预习报告

一、实验任务1.低碳钢拉伸试件(1)弹性性能E(2)规定微量塑性伸长应力指标s𝑝0.01s𝑟0.2(采用引伸计法和做图法)(3)屈服性能指标屈服点𝜎𝑠上屈服点𝜎𝑠𝑢下屈服点𝜎𝑠𝑙(4)强度性能指标𝜎𝑏(5)断后伸长率𝛿(6)断面收缩率Z2.铸铁拉伸试件(1)弹性性能E(2)强度性能指标𝜎𝑏3.铝拉伸试件(1)规定微量塑性伸长应力指标s𝑝0.01s𝑟0.2(采用引伸计法和做图法)4.自行设计实验方案并完成实验报告二、实验主要仪器设备与试件1.CSS-400电子万能材料试验机2.YJY夹式引伸计、游标卡尺、划线器3.低碳钢拉伸试件、铸铁拉伸试件、铝拉伸试件三、实验方案（一）低碳钢拉伸试件1、弹性模量E的测量（1）原理在比例极限内测定弹性常数，应力与应变服从虎克定律，其关系式为：𝜎=𝐸𝘀上式中的比例系数E称为材料的弹性模量。测定材料的弹性模量必须采用引伸计，引伸计的标距𝐿𝑒不应小于20mm，最好取50mm。本实验采用分级加载的方法，首先跟据低碳钢试件的屈服强度𝜎𝑠以及试件的横截面积𝑆0（需在实验中测定）来估计试件的屈服强度𝑃𝑠，取该值的一半作为加力值𝐹𝑘的上限。把𝐹𝑘分为十级（即k取10），依次为𝐹1，𝐹2，⋯，𝐹𝑘−1，实验中，调整加载速率为6M𝑃𝑎∙𝑠−1，先预加载荷到𝐹1，将引伸计调零，然后从𝐹1预拉到𝐹𝑘−1并卸载到𝐹1（此过程中，加力不能超过𝐹𝑘−1，卸力不能低于𝐹1），检查引伸计是否回零。重复以上过程，直到卸载到𝐹1时引伸计回零。依次按𝐹1，𝐹2，⋯，𝐹𝑘−1加载，记录下相应力下的引伸计延伸𝐿𝑖（或延伸率𝘀𝑖），若不能严格控制力值，则在连续加载过程中同时计录力𝐹𝑖和引利计延伸𝐿𝑖（或延伸率𝘀𝑖）。将记录的力值𝐹𝑖除以试样原始截面面积𝐴0后得各测点的应力𝜎𝑖；将引伸计延伸𝐿𝑖除以引伸计标距𝐿𝑒后得各点应变值𝘀𝑖。求得各测点的应力平均值和应变平均值为：𝜎̅=1𝑘∑𝜎𝑖𝑘𝑖=1𝘀̅=1𝑘∑𝜖𝑖𝑘𝑖=1按最小二乘法求得应力——应变曲线的斜率，即得材料的弹性模量E为：E=𝐿𝜀𝜎𝐿𝜀𝜀=∑(𝘀𝑖−𝘀̅)(𝜎𝑖−𝜎̅)𝑘𝑖=1∑(𝘀𝑖−𝘀̅)𝑘𝑖=1（2）步骤A、用划线器对试件进行标距，按要求测量试件的直径（在标距两端及中部，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，然后计算出这三处的平均截面面积）。B、打开主机控制箱电源和计算机电源并打开学生试验软件进行连机。C、打开EDC控制器开关D、将完成标距和尺寸测量的试件安装在试验机上。首先将试件的夹持部分放入上夹具中（试件夹持部分与上夹具下端面平齐），根据上夹具提示方向旋紧；然后将下夹具旋松到夹持开口为最大状态，操作调节器，移动活动横梁至装夹试件的合位置（试件夹持部分完全进入下夹具，即试件夹持部分与下夹具上端面平齐），根据下夹具提示方向旋紧，试件安装完毕手动调节器操作活动横梁的上下移动，上行键和下行键只确定活动横梁移动的方向，手轮调节运行速度，顺时针速度加快逆时针速度减慢。操作时，若要活动横梁上移，则先按上行键，上行指示灯亮，然后慢慢调节手轮，控制活动横梁移动速度，到达所需位置，按停止键；反之，需要活动横梁下移，则先按下行键，下行键指示灯亮，然后同样通过手轮控制活动横梁移动速度，到达所需位置，按停止键（当按停止键后，手轮调节速度自动回到零点，因此，无论什么时候，按上下行键，活动横梁是不移动的，只有通过手轮才能控制活动横梁的移动速度，改变活动位置。活动横梁移动速度不宜太快）。E、安装引伸计。F、运行实验向导，设置参数并选择合适的选项。G、按实验原理中的设定进行实验并记录所需数据。（3）数据引伸计标距：𝐿𝑒=()；低碳钢屈服强度𝜎𝑠=()。表一低碳钢试件测量数据材料直径0()平均横截面积0(2)截面一截面二截面三12平均12平均12平均低碳钢表二力及伸长数据记录表力()应力(M)平均应力𝜎̅(M)延伸()应变()平均应变̅()0123456789弹性模量E=（）。2、规定微量塑性伸长应力指标s𝑝0.01的测定（1）原理本实验中采用图解法和引伸计来测定sp0.01，如下图所示：首先绘制力与伸长的曲线，在伸长轴上截取C点使OC=𝑝=nlep（若编号项目曲线不过原点，则对曲线进行原点修正），过C点作与力与拉伸曲线直线段相平行的直线与曲线相交于点A，过A点作与轴平行的直线与力轴相交于𝑃𝑝点，𝑃𝑝即为规定的非比例伸长力值，s𝑝=𝑃𝑝𝐴0⁄（𝐴0为试件横截面积）。在绘制力与伸长曲线时，要保证以下三点：力轴小于10M/；非比例伸长大于5mm，即≥5；非比例伸长应力所对应的力P处于力轴的一半以上，即𝑃≥12𝑃𝑚𝑎𝑥。因此，有实验前要根据p的大小来估计加力的极值𝑃𝑚𝑎𝑥；由于非比例伸长非常小，需要进行放大，式OC=𝑝=nlep中的n即为引伸计的放大倍数，le为引伸计的标距。（2）步骤A、用划线器对试件进行标距，按要求测量试件的直径（在标距两端及中部，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，然后计算出这三处的平均截面面积）。B、实验仪器的相关设置。C、试件与引伸计的安装。（BC两步与弹性模量测定实验中的相同）D、运行实验向导，设置参数并选择合适的选项。E、按实验原理中的设定进行实验并记录所需数据。（3）数据引伸计标距𝐿𝑒=()；𝑝=();𝑃𝑚𝑎𝑥=();𝐴0=()。s𝑝0.01=𝑃𝑝0.01𝐴0=()⁄3、规定微量塑性伸长应力指标s𝑟0.2的测定（1）原理本实验中采用逼近法来测定sr0.2，实验中同样用到引伸计。实验方案如下:a、根据残余应变以及引伸计的放大倍数确定残余伸长量𝑟=nlerb、根据残余应变估计估计达到规定残余应变时所需的拉力𝑃𝑟,并取初载荷𝑃0=𝑃𝑟10⁄。c、对试件加初载荷𝑃0，装引伸计。d、对试件加载荷到2𝑃0，并卸载到𝑃0，将引伸计读数置零。e、加载，使引伸计读数为𝑟+𝑟5⁄，计录此时的载荷𝑃1。f、卸载到𝑃0，计录此时引伸计的读数残余伸长量𝑟1。g、加载，使引伸计读数为𝑟+(𝑟−𝑟1)𝑟5⁄，计录此时载荷𝑃2。h、卸载到𝑃0，计录此时引伸计的读数残余伸长量𝑟2。i、加载，使引伸计读数为𝑟+(𝑟−𝑟2)𝑟5⁄，计录此时载荷𝑃3。j、卸载到𝑃0，计录此时引伸计的读数残余伸长量𝑟3。k、依次进行下去，直到𝑟𝑖=𝑟或𝑟𝑖𝑟（此时需要进行插值），得到相应的𝑃𝑖，则s𝑟=𝑃𝑖𝐴0⁄（𝐴0为试件横截面积）。（2）步骤A、用划线器对试件进行标距，按要求测量试件的直径（在标距两端及中部，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，然后计算出这三处的平均截面面积）。B、实验仪器的相关设置。C、安装试件并加初载。D、安装引伸计。E、设置参数并选择合适的选项。F、按实验原理中的设定进行实验并记录所需数据。（3）数据𝐿𝑒=()；𝑟=()；𝑃𝑟=()；𝑃0=()表一低碳钢试件测量数据材料直径0()平均横截面积0(2)截面一截面二截面三12平均12平均12平均低碳钢表二实验数据计录表载荷()应力(M)残余伸长量()残余应变()1234567891011121314151617181920利用插值可得sr0.2=()（此处利用线性插值）。4、屈服性能指标𝜎𝑠,𝜎𝑠𝑢,𝜎𝑠𝑙、强度指标𝜎𝑏、断后伸长率𝛿与断面收缩率Z的测定（1）原理实验中，以6M∙s−1的速率对低碳钢试件进行加载，直到将试件拉断。项目编号对于屈服性能指标，可在实验中直接由电脑计算给出，也可由图解法得到：实验时记录力——延伸曲线或力——位移曲线，从曲线图读取力首次下降前的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力。将其分别除以试样原始截面积0得到上屈服强度和下屈服强度。一般屈服强度取下屈服强度。过了屈服阶段，断续加载，曲线上升，直至到达最大载荷𝑃𝑚的D点。用𝑃𝑚除以试件原始截面积0得到强度指标𝜎𝑏。此指标也可通过电脑计算直接得到。试件断裂后，可测量得到试样横截面积的最大缩减量𝐴0−𝐴𝑢与原始横截面积𝐴0之比的百分率，即为断面收缩率Z:Z=𝐴0−𝐴𝑢0用断后标距的残余伸长𝐿𝑢−𝐿0除以原始标距𝐿0取百分比即得断后伸长率𝛿:𝛿=𝐿𝑢−𝐿0𝐿0（2）步骤A、用划线器对试件进行标距，按要求测量试件的直径（在标距两端及中部，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，并分别计算这三处的平均值，然后取三者中的最小值作为试件的横截面积）。B、实验仪器的相关设置。C、安装试件并加初载。D、安装引伸计。E、设置参数并选择合适的选项。F、按实验原理中的设定进行实验并记录所需数据。（3）数据表一低碳钢试件测量数据材料直径0()最小横截面积0(2)截面一截面二截面三12平均12平均12平均低碳钢表二实验计算结果标距𝐿0()最小截面积0(2)屈服强度𝜎𝑠(𝑀𝑃𝑎)下屈服强度𝜎𝑠𝑙(𝑀𝑃𝑎)上屈服强度𝜎𝑠𝑢(𝑀𝑃𝑎)断后伸长率𝛿断面收缩率Z（二）铸铁拉伸试件与铝拉伸试件在铸铁弹性模量E的测定中，加载上限的参考为sr0.2，其余各参数的测量与低碳钢中各参数的测量一致。下面仅留数据记录部分。1、铸铁试件弹性模量E的测定引伸计标距：𝐿𝑒=()；低碳钢微量塑性伸长强度𝜎𝑟0.2=()。表一铸铁试件测量数据材料直径0()平均横截面积0(2)截面一截面二截面三12平均12平均12平均铸铁表二力及伸长数据记录表力()应力(M)平均应力𝜎̅(M)延伸()应变()平均应变̅()0123456789弹性模量E=（）。2、铸铁抗拉强度𝜎𝑏表一铸铁试件测量数据材料直径0()最小横截面积0(2)截面一截面二截面三12平均12平均12平均铸铁抗拉强度𝜎𝑏=()。3、铝试件s𝑝0.01的测定𝐿𝑒=()；𝑝=()；𝑃𝑚𝑎𝑥=()；𝐴0=()；𝑃𝑝0.01=()。s𝑝0.01=𝑃𝑝0.01𝐴0=()⁄4、铝试件s𝑟0.2的测定𝐿𝑒=()；𝑟=()；𝑃𝑟=()；𝑃0=()表一低碳钢试件测量数据材料直径0()平均横截面积0(2)截面一截面二截面三12平均12平均12平均铝表二实验数据计录表编号项目载荷()应力(M)残余伸长量()残余应变()1234567891011121314151617181920利用插值可得sr0.2=()（此处利用线性插值）。项目编号