拉伸实验报告(1)

NANCHANGUNIVERSITY实验应力分析题目：低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验学院：建筑工程学院专业：力学学号：406013614006姓名：陈林指导教师：兰志文填表日期：2014.10.11低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验1一、实验目的与要求1.观察低碳钢的拉伸过程的变形和破坏现象，分析其力学性能。2.测绘低碳钢试件的载荷-变形曲线。3.测定低碳钢的拉伸屈服点s、抗拉强度b、伸长率、断面收缩率。4.测定低碳钢的弹性模量E。5.观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象，并对比直接拉断与冷作硬化后再拉断的区别。二、实验设备和仪器1.微机控制电子万能试验机2.电子式引伸计3.游标卡尺三、实验原理与方法低碳钢的屈服点s，抗拉强度b，伸长率，断面收缩率是由拉伸试验测定的。试验采用的圆截面短比例试样按照国家标准（GB/T228-2002）制成，如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异。图中：0d为试样直径，0l为试样的标距，并且短比例试样要求005dl。图1-1低碳钢拉伸试验应遵照国家标准（GB/T228-2002）在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线（也称为lF曲线），如图1-2所示。低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验2图1-2低碳钢试样的拉伸曲线（图1-2）分为四个阶段-弹性、屈服、强化、局部变形阶段。如果在强化阶段卸载，lF曲线会从卸载点开始向下绘出平行于初始加载弹性阶段直线的一条斜直线，表面他服从弹性规律。如若重新加载，lF曲线将沿此斜直线重新回到卸载点，并从卸载点接续原强化阶段曲线继续向前绘制。此种经过冷拉伸使弹性阶段加长、弹性极限提高，塑性下降的现象，工程中称为冷作硬化现象。与电子万能试验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试样的屈服载荷SF、最大载荷bF。取下试样测量试样断后的最小直径1d和断后标距1l，由下述公式%100%,100,,01000100AAAlllAFAFbbSs可计算低碳钢的拉伸屈服点s、抗拉强度b、伸长率，和断面收缩率。如若实验前将试样的初始直径0d，初始标距长度0l等数据输入微型计算机，微型计算机可绘出应力-应变（）曲线，并在实验结束后给出该材料的屈服点s，和抗拉强度b。应当指出，上述所测定的力学性能均为名义值，工程应用较为方便，称为工程应力和工程应变。由于试样受力后其直径和长度都随载荷变化而改变，真实应力和真实应变须用试样瞬时截面积和瞬时标距长度进行计算。注意到试样在屈服前，其直径和标距变化很小，真应力和真应变与工程应力和工程应变差别不大。试样屈服以后，其直径和标距都有较大的改变，此时的真应力与工程应力和工程应变会有较大的差别。低碳钢的弹性模量E由以下公式计算：lAFlE00低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验3式中F为相等的加载等级，l为与F相对应的变形增量，0l为引伸计的标距。四、实验步骤1.分别测量两个试样的初始直径0d和初始标距长度0l：在试样标距段的两端和中间三处测量试样直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。三处直径的平均值取做试样的初始直径0d。用游标卡尺测量低碳钢试样的初始标距长度0l2.熟悉微机控制电子万能试验机的操作方法，运行测试应用程序POWERTEST3.0，并开启电子万能试验机电源3.依据以往实验资料，在微机电子万能试验机上编辑实验方案，需考虑力加载速度，力控制大小，弹性范围，引伸计拆卸点，卸载方式，实验终止条件等。编辑一套实验方案：低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验。4.检查试验机家具是否与试件配套，确定配套后在试验机上装夹低碳钢试样：先用上夹头卡紧试样一端，测试应用程序中荷载项清零，然后下降试验机活动横梁，使试样下端缓慢插入下夹头的V型卡板中，锁紧下夹头。（注意此时荷载项不再为零，因为已有初始荷载，不能再用荷载清零，而是按试验机上控制面板额保护按钮，以消除初始荷载，当荷载项接近零时，按停止按钮。）5.在试样的试验段上利用橡皮筋安装引伸计，注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。6.设置限位挡块，确定实验方案无误后在计算机应用程序界面中单击界面右侧按钮“试验”按钮，开始试验。观测实验曲线变化，以及试样在实验过程中的变形过程。在实验过程中，到达引伸计拆卸点时迅速拆下引伸计。7.实验结束后，拆卸试样，用游标卡尺量取破坏后试样的最小直径1d以及标距长度1l。8.导出实验数据，以备后续数据处理。9.结束实验并整理实验现场。五、试验程序的编制表1-1试验程序的编制方案低碳钢冷作硬化拉伸实验实验方向拉向实验标准GB/T228-2002入口力5N低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验4实验结束参数设置定力：70000N定力衰减率：50%程序设计1.力控制150N/S，目标力控制4000N2.力保载10S（保载时记录引伸计读数）3.力控制150N/S，目标力控制8000N4.力保载10S（保载时记录引伸计读数）5.力控制150N/S，目标力控制12000N6.力保载10S（保载时记录引伸计读数）7.力控制150N/S，目标力控制16000N8.力保载10S（保载时记录引伸计读数）9.力控制150N/S，目标力控制20000N10.力保载10S（保载时记录引伸计读数）11.力控制150N/S，目标力控制26000N12.力控制150N/S，目标力控制2000N13.力控制150N/S，目标力控制28000N14.力控制150N/S，目标力控制2000N15.力控制150N/S，目标位移控制30mm六、实验数据及处理表1-2直径测量表测点D（mm）测点一10.00测点二10.00测点三10.00均值10.00低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验5表1-3屈服点和抗拉强度计算表屈服点(N)屈服应力s（MPa）上屈服点24351.9310.2下屈服点22648.5288.52极限拉力（N）极限拉应力b(MPa)33655.75428.86表1-4屈服点和抗拉强度计算表记录次数力（N）引伸计读数（mm）140000.011280000.0233120000.0354160000.0485200000.06105101520253000.511.522.533.5x104图2.1低碳钢冷作硬化两次拉伸破坏实验力-位移曲线低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验6低碳钢的弹性模量E由以下公式计算：式中：NF4000，0l=50mm，0A=78.50mm2，0.0125mm0.048)]/4-(0.0610.035)-(0.0480.023)-(0.0350.011)-[(0.023l故低碳钢的弹性模量2500/1004.20125.050.78504000mmNlAFlE七、实验注意事项1.为避免损伤试验机的卡板与夹头，应注意装卡试样时，横梁移动速度要慢，使试样上端缓慢插入上夹头的V形卡板中，不要顶撞卡板顶部；试样上端不要装卡过长，以免顶撞夹头内部装配卡板用的平台。2.为保证实验顺利进行，试验要读取正确的试验条件，严禁随意改动计算机的软件配置。3.装夹、拆卸引伸计时，要注意插好销钉，实验时要注意拔出定位销钉，一面损坏引伸计4.实验过程中和实验结束后记得拍照，方便数据的整理。八、实验结论及思考1.本次实验因未能充分了解低碳钢拉伸试验的知识，对试验存在的疑问也未能及时向老师求证，导致在设计实验方案的时候没能设计到位，破坏时目标控制为位移控制低碳钢拉伸冷作硬化破坏试验730mm，而对比其他组的试验破坏时位移至少达到了33mm，从而导致低碳钢试件只出现颈缩现象试验就终止了，未能拉断试件，无法计算试件伸长率和断面收缩率，进而不能达到试验预期的效果。以后做试验时要做好充分的准备，了解材料的性能，在实验过程中，不懂的及时咨询老师，可以多对比其他组的试验过程看是否出现遗漏的问题。2.低碳钢拉伸过程中，如果达到强化阶段后进行卸载，卸载后立即再加荷载，则荷载与伸长量间基本上仍然遵循着卸载时的同一直线关系，一直到开始卸载时的荷载为止。再往后则大体上遵循着原来拉伸图的曲线关系。可是我们得到的冷作硬化段的拉伸图显示卸载后和加载时的两条线并没有重合，而是相交了（见图2.1），出现“滞后环”，分析后可知，试件在加、卸载的过程会有能量的损失，而两条线包围的部分的面积刚好就是能量损失的大小。对比其他组的试验，发现他们的试验两条线拟合效果更好，分析他们的试验设计方案，其原因是我们的试验卸载达到了2000N才重新加载，而其他组的试验则是卸载达到了8KN或10KN就已经结束了卸载重新加载了。