萬能試驗機(jī)測量材料的 拉伸力學(xué)性能實驗 一、實驗?zāi)康?1、了解試驗設(shè)備――萬能材料試驗機(jī)的構(gòu)造和工作原理，掌握其操作規(guī)程及使用注意事項。 2、測定低碳鋼的屈服極限 σ s 、強(qiáng)度極限 σ b 、伸長率δ 和斷面收縮率ψ； 3、測定鑄鐵的強(qiáng)度極限 σ b ； 4、觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象（彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、局部變形階段、斷裂特征等）， 并繪制拉伸圖（ σ － ε 曲線、比較塑性材料和脆性材料力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)。 二、實驗設(shè)備 1、RGM－4100 100KN 萬能試驗機(jī) 2、游標(biāo)卡尺 3、直尺 三、試件 試件一般制成圓形或矩形截面，圓形截面形狀如下圖所示，試件中段用于測量拉伸變形， 此段的長度 l o 稱為“標(biāo)距”。兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗機(jī)夾頭內(nèi)部分，試件頭部形狀視 試驗機(jī)夾頭要求而定，可制成圓柱形（a）、階梯形（b）、螺紋形（c）。 試件的尺寸和形狀對桿件的強(qiáng)度和變形影響很大，也就影響按其均值表示的材料強(qiáng)度和塑性 指標(biāo)。為了能正確地比較材料的機(jī)械性質(zhì)，國家對試件尺寸作了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定。據(jù)此，對圓截面試 樣，標(biāo)距為： l = 10d 和 l = 5d 。對矩形截面試樣，標(biāo)距為： l = 11.3 A 和 l = 5.65 A 四、實驗原理 將劃好刻度線的標(biāo)準(zhǔn)試件，安裝在萬能試驗機(jī)的上下夾頭內(nèi)。開啟試驗機(jī)，由于機(jī)械作用 便 帶動活動平臺上升。因下夾頭和蝸桿相連，一般固定不動。上夾頭在活動平臺里，當(dāng)活動平臺上 升時，試件便受到拉力作用，產(chǎn)生拉伸變形。力和變形的大小以及 P-?L 曲線可以通過試驗機(jī)的 配套電腦軟件直接顯示出來。 低碳鋼是典型的塑性材料，試樣依次經(jīng)過彈性、屈服、強(qiáng)化和局部變形四個階段。 對于低碳鋼試件，在比例極限內(nèi)，力與變形成線性關(guān)系，拉伸圖上 OA 是一段斜直線（實際 上試件開始受力時，頭部在夾頭內(nèi)有一點(diǎn)點(diǎn)滑動，故拉伸圖最初一段是曲線）此階段稱為彈性階 段。拉伸圖上 BC 呈鋸齒形，表示載荷基本不變，變形增加很快，材料失去抵抗變形能力，這一 現(xiàn)象稱為屈服，此階段則稱為屈服階段。試件經(jīng)過屈服階段后，若要使其繼續(xù)伸長，由于材料在 塑性變形過程不斷發(fā)生強(qiáng)化，因而試樣中的抗力不斷增長（拉伸圖上 CD 曲線）。此階段稱為強(qiáng) 化階段。試樣伸長到一定程度后，荷載讀數(shù)反而逐漸降低（拉伸圖上 DE 曲線），此時可以看到 試樣某一段內(nèi)的橫截面面積顯著地收縮，這一現(xiàn)象稱為“縮頸”現(xiàn)象。在試樣繼續(xù)伸長的過程中， 由于“縮頸”部分的橫截面面積急劇縮小，因此，荷載讀數(shù)反而降低，一直到試樣被拉斷。此階 段稱為局部變形階段。 鑄鐵試件在變形極小時，就達(dá)到最大載荷而突然發(fā)生斷裂，這時沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，是典 型的脆性材料。 低碳鋼拉伸圖 鑄鐵拉伸圖 五、低碳鋼拉伸實驗步驟 1、試件準(zhǔn)備 在試件的試驗段的左、中、右分別選取三個截面，每個截面沿互相垂直的兩個方 向各測量一次直徑，并取平均值。取這三個截面的最小平均半徑 d o 作為計算橫 截面 Ao 的依據(jù)。在試件的試驗段量取長度為10 d o 的有效部分，并用記號筆做上 標(biāo)記，該段稱為工作段，其長度稱為標(biāo)距。 2、安裝試件 先將試件安裝在上夾頭上，調(diào)節(jié)上夾頭使之移動到合適位置，再把試件下端夾在 下夾頭中夾緊。緩慢加載，觀察力的變化情況，以檢查試件是否已夾緊，如有打 滑則需重新安裝。 3、開始實驗 開啟試驗機(jī)及配套軟件，啟動加載按鈕使試件緩慢勻速加載，隨時觀察軟件界面 顯示拉伸過程中的各個階段的變形特征。直至試件斷裂。（各個階段所要得到的 數(shù)據(jù)，電腦會自動保存，實驗后可以調(diào)用）。 4、實驗結(jié)束 實驗完畢，儀器設(shè)備恢復(fù)原狀。測量試件的斷后尺寸，清理現(xiàn)場，檢查實驗記錄 是否齊全，并請指導(dǎo)教師檢查實驗記錄。 六、鑄鐵拉伸實驗步驟 實驗步驟與低碳鋼基本相同，但拉伸圖沒有明顯的四個階段，只有破壞荷載 Pb ，而且數(shù)值較 小，變形也不大。因此加載時速度一定要慢，試件斷裂前沒有任何預(yù)兆，斷裂是突然發(fā)生的，是 典型的脆性材料。最后觀察斷口形狀，其斷口形狀與低碳鋼有何不同，請教師檢查試驗記錄。 七、實驗結(jié)果處理 1、根據(jù)測得的屈服荷載 Fs 和最大荷載 Fb ，計算屈服極限 σ s 和強(qiáng)度極限 σ b 。 對于低碳鋼 σs = Fs Ao σb = Fb Ao 對于鑄鐵等脆性材料，沒有屈服階段只有最大荷載 Fb ，因此，對于這一類的脆性材料，通常取總 應(yīng)變?yōu)?0.1% 時 σ － ε 曲線的割線斜率來確定其彈性模量，稱為割線彈性模量。具體方法可以參 照教材第33頁的圖2－21及相關(guān)文字。 2、根據(jù)拉伸前后試件的標(biāo)距長度和橫截面面積，計算出試件的伸長率 δ 和截面收縮率 ? 。 即： δ= l1 ? l o × 100% lo ?= Ao ? A1 × 100% Ao 式中： l o 和 l1 分別為試件斷裂前、后的標(biāo)距 ， Ao 和 A1 分別為試件斷裂前、后的截面面積。 3、根據(jù)實驗原始數(shù)據(jù)繪制拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（ σ － ε 曲線）。
拉力試驗機(jī)是用于橡膠、塑料板材、管材、異型材，塑料薄膜、電線電纜、防水卷材、金屬絲等材料的各種物理機(jī)械性能測試，拉力機(jī)的撕裂實驗是為了求出撕裂強(qiáng)度值，一般是使用拉力試驗機(jī)，對有割口或無割口的橡膠制品在規(guī)定的速度下進(jìn)行連續(xù)拉伸，知道橡膠制品被撕段為止，這樣即可得到撕裂強(qiáng)度值。撕裂強(qiáng)度值一般與試樣形狀、拉伸速度、試驗溫度有關(guān)。
一、選用褲形試樣：
1、使用褲形試樣對切口長度不敏感，而另處兩種試樣的割口要求嚴(yán)格控制；
2、另外，獲得的結(jié)果更有可能與材料的基本撕裂能力有關(guān)；
3、而受定伸應(yīng)力的影響較小（一般忽略不計）；
4、并且撕裂擴(kuò)展速度與夾持器拉伸速度有直接關(guān)系。
二、選用無割口直角形試樣：
1、無割口直角形試樣是撕裂開始和撕裂擴(kuò)展的綜合；
2、在直角點(diǎn)處的應(yīng)力上升至足以發(fā)生初始撕裂；
3、然后應(yīng)力進(jìn)一步增大直至試樣撕裂；
4、但是，只能測定破壞試樣所需的總力；
5、因此，所測得的力不能分解為產(chǎn)生撕裂開始和撕裂擴(kuò)展的兩個分力。
三、選用有割口直角形試樣：
1、有割口直角形試樣是將試樣預(yù)先割口；
2、測定其擴(kuò)展撕裂所需的力，但應(yīng)注意；
3、撕裂割口的方向應(yīng)與壓延方向一致；
4、因為擴(kuò)展速度與拉伸速度沒有直接關(guān)系；
5、與試樣的裁取方式、壓延方向有相關(guān)關(guān)系。
四、選用新月形試樣：
新月形試樣是將試樣預(yù)先割口，測定其擴(kuò)展撕裂所需的力，試樣割口、測量和試驗應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如果不能連續(xù)進(jìn)行試驗時，應(yīng)根據(jù)具體情況，將試樣在規(guī)定的溫試下保存至試驗。割口和試驗之間的間隔不應(yīng)超過24h，還有進(jìn)行老化試驗時，切口和割口應(yīng)在老化后時行。
拉力試驗機(jī)在做試樣時應(yīng)注意：
試樣應(yīng)從厚度均勻的試片上裁取，試片的厚度為（2.0±0.2）mm，試片可以模壓或通過制品進(jìn)行切割、打磨制得。
液壓萬能試驗機(jī)除了常見的試驗結(jié)果包括屈服、延伸率、伸長率、力、速率等相關(guān)數(shù)據(jù)，關(guān)于數(shù)據(jù)的測量方法、計算公式標(biāo)準(zhǔn)中都有明確提示，還有為屈服和彈性模量這兩種復(fù)雜數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析用戶需要注意一下。
1、相關(guān)參數(shù)位于菜單"調(diào)整"->"分析參數(shù)"。一般情況下，選取標(biāo)志點(diǎn)20%~40%。彈性模量分析的是否正確，可以在"力-變形"曲線上觀察到，直線段為線性擬和線，這條線應(yīng)該與曲線上的直線部分重合。
2、關(guān)于”屈服"的特別說明：根據(jù)曲線的類型（參閱標(biāo)準(zhǔn)GB/T228相關(guān)說明）分析方式：有明顯的屈服或非比應(yīng)力Rp。
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