2011级机械基础课程实验指导书汇编

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2011级机械基次程实验指导书汇编

目 录

-.机械设计制造及其自动化专业
1.《材料力学》实验教学指导书XX
2.《机械原理》实验教学指导书XX
3.《机械设计》实验教学指导书XX
4.《互换性测量》实验教学指导书XX
5.《工程材料》实验教学指导书XX
6.《液压与气动控制》实验教学指导书XX

材料力学实验 指导书

课程名称：机械基次程实验
课程总学时：36学时
课程总学分：1学分
本实验学时：4学时
课程属性：专业基础
适用专业：机械设计制造及其自动化
开设学期：第5学期
本指导书执笔人：杨咸启 审稿人：杨咸启 审定人：汪虹
编写日期：2013年9月

实验- 低碳钢的拉伸力学性能测试

-、实验目的
1.观察并比较低碳钢在拉伸过程中的各种现象；
2.测绘低碳钢的荷载-变形曲线；
3.测定低碳钢拉伸时的屈服极限 ，强度极限 ，断后伸长率 和界面收缩率 ，
二、实验仪器和设备
1.微机控制万能试验。
2.游标卡尺。
3.划线机。
4.拉伸试件。
三、实验原理和方法
实验中采用按国家标准制成的圆截面短比例试样，如上图所示。图中： 为试样原直径， 为原标距，且短比例试样要求 。

在实验过程中，从电子万能试验机的微机显示屏幕上，可以看到记录的拉伸曲线，如上图所示。低碳钢的拉伸曲线可分为四个阶段
（弹性、屈服、强化、颈缩阶段）。铸铁试样承受的荷载较小时就突然断裂，断裂时的变形也比较小，而且没有屈服阶段，抗拉强度较低。断裂时实验完毕，微机自动给出屈服荷载和最大荷载。再测取试样断后直径 和断后标距 ，代入下列公式：
； ； ；
其中： ，
可求出低碳钢的拉伸屈服点 、极限强度 、伸长率 、断面收缩率 和铸铁的抗拉强度 等力学性能指标。
应当指出，上述所测定的性能指标都为名义值，在工程上使用较为方便。由于试样受力后其直径和标距都随载荷而改变，真实的应力和应变应当用试样瞬时的截面积和瞬时的标距进行计算。在试样屈服以后，其直径和标距都有较大的改变，因此应力和应变的真实值与名义值之间会有较大的差别。
四、实验步骤
1.分别测量两种试样的尺寸：在试样标距段内的两端和中间三处测取直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。用最小直径计算试样横截面积 。测量低碳钢试样的标距 ；
2.熟悉电子万能试验机的操作方法，运行测试应用程序并开启控制器，输入存盘文件名或采用默认文件名，输入试样尺寸、试样标距及相关实验数据；
3.在试验机上装卡低碳钢试样：先用上夹头卡紧试样-端，然后提升试验机活动横梁，使试样下端缓慢插入下夹头的V形卡板中，锁紧下夹头；
4.实验力清零，位移清零；
5.开始实验。软件自动切换到实验界面；
6.注意观察试样的变形情况和颈缩现象，试样断裂后自动停止加载，打印曲线；
7.取下试样，在断后处两个相互垂直方向量取直径，取平均值 作为断后直径，记录数据。把低碳钢拉伸试件两端断口对正密合在-起，量取试件断后的标距线之间长度 。并如断口发生于 的两端或在 之外，则实验无效，应重作。若断口距 的-端的距离小于或等于 ，如下图A所示，则按下述断口移中法测定 。在拉断后的长度上，由断口处取约等于短段格数得B点，若剩余格数为偶数，如下图B所示，则取其-半得C点，设AB长为a，BC长为b，则 。当长断剩余格数为奇数时，如下图C所示，取剩余格数减1后的-半得C点，加1后的-半得 点，设AB、BC和 的长度分别为a、 和 ，则 。


五、实验报告要求

学号： 学生姓名： 成绩：

专业： 班级： 日期： 指导教师：

1、实验目的

2、实验设备

3、实验机构及测试原理图

4、实验内容和步骤

5、实验数据与曲线

6、结论

六、注意事项
1.为避免损伤试验机的卡板与卡头，同时防止铸铁试样脆断飞出伤及操作者，应注意： 装卡试样时，横梁移动速度要慢，使试样下端缓慢插入下夹头的V形卡板中，不要顶到卡板顶部；试样下端不要装卡过长，以免顶到卡头内部装配卡板用的平台。
2.为保证试验顺利进行，试验时要读取正确的试验条件，严禁随意改动计算机的软件配置。
七、思考题
拉伸试验为什么必须采用比例试样或定标距试样。

实验二 压杆稳定实验

-、 实验目的
1. 用电测法测定两端铰支压杆的临界载荷Pcr，并与理论值进行比较，验证欧拉公式。
2. 观察两端铰支压杆丧失稳定的现象。
二、实验仪器设备和工具
1. 材料力学压杆稳定实验仪
2. 游标卡尺、钢板尺
三、实验原理和方法
对于两端铰支，中心受压的细长杆其临界力可按欧拉公式计算

式中： Imin - 杠杆横截面的最小惯性矩； Imin bh3 / 12
L - 压杆的计算长度。

图1

图1（b）中AB 水平线与P轴相交的P值，即为依据欧拉公式计算所得的临界力Pcr 的值。在A点之前，当P< Pcr 时压杆式中保持直线形式，处于稳定平衡状态。在A点，P Pcr 时，标志着压杆丧失稳定平衡的开始，压杆可在微弯的状态下维持平衡。在A 点之后，当P> Pcr 时压杆将丧失稳定而发生弯曲变形。因此，Pcr 是压杆由稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界力。
实际实验中的压杆，由于不可避免地存在初曲率，材料不均匀和载荷偏心等因素影响，由于这些影响，在P远小于Pcr 时，压杆也会发生微小的弯曲变形，只是当P接近Pcr 时弯曲变形会突然增大，而丧失稳定。
实验测定Pcr 时，可采用本材料力学多功能试验装置中压杆稳定试验部件，该装置上、下支座为V型槽口，将带有圆烩端的压杆装入支座中，在外力的作用下，通过能上下活动的上支座对压杆施加载荷，压杆变形时，两端能自由地绕V 型槽口转动，即相当于两端铰支的情况。利用电测法在压杆中央两侧各贴-枚应变片R1 和R2 ，如图1（a）所示。假设压杆受力后如图标向右弯曲情况下，以ε1 和ε2 分别表示应变片R1 和R2 左右两点的应变值，此时，ε1 是由轴向压应变与弯曲产生的拉应变之代数和，ε2 则是由轴向压应变与弯曲产生的压应变之代数和。
当P << Pcr 时，压杆几乎不发生任何弯曲变形，ε1 和ε2 均为轴向压缩引起的压应变，两者相等，当载荷P增大时，弯曲应变ε1 则逐渐增大，ε1 和ε2 的差值也愈来愈大；当载荷P接近临界力Pcr 时，二者相差更大，而ε1 变成为拉应变。故无论ε1 还是ε2 ，当载荷P接近临界力Pcr 时，均急剧增加。如用横坐标代表载荷P，纵坐标代表压应变ε，则压杆的P-ε关系曲线如图1（b）所示。从图中可以看出，当P接近Pcr 时，P-ε1 和P-ε2 曲线都接近同-水平渐近线，A点对应的横坐标大写为实验临界压力值。
四、实验步骤
1. 设计好本实验所需的各类数据表格
2. 测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面的宽度b和厚度h，取其平均值用于计算横截面的最小惯性矩Imin，见附表1
3. 拟定加载方案。加载前用欧拉公式求出压杆临界压力Pcr 的理论值，在预估临界力值的80%以内，可采用大等级加载，进行载荷控制。例如可以分成45级加载，载荷每增加-个△P，记录响应的应变值-次，超过此范围后，当接近失稳时，变形量快速增加，此时载荷量应取小些，或者改为变形量控制加载，即变形每增加-定的数量读取响应的载荷，直到△P的变化很小，渐近线的趋势已经明显为止。
4. 根据加载方案，调整好实验加载装置。
5. 按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个系统是否处于正常工作状态。
6. 加载分成三个阶段，在达到理论临界载荷Pcr 的80%之前，由载荷控制，均匀缓慢加载，每增加-级载荷，记录两点应变值ε1 和ε2 ; 超过理论临界载荷80%以后，由变形控制每增加-定的应变量读取相应的载荷值。当试件的弯曲变形明显时即可停止加载。卸掉载荷。实验至少重复两次。见附表2。
7. 作完试验后，逐级卸掉载荷，仔细观察生活间的变化，直到试件回弹至初始状态。关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。