材料力学实验课程教学大纲 郭空明2015-6 课程编号： 课程名称：材料力学 英文名称：Experiment of Material Mechanics 是否独立设课：否 课程性质：必修口√选修口 课程类别：基础口专业基础口√专业口 实验项目数：2 必做实验项目数 2 选做实验项目数：0 开放实验项目数：0 综合性、设计性实验数：0 开课学期： 开课院系：机电工程学院电子机械系 课程总学时： 4 实验学时：4 课程总学分： 实验学分： 一、本实验课程的教学目标与任务 材料力学实验是《材料力学》课程的实验教学环节。通过 本实验课程的学习和实际操作，使学生巩固和加深材料力学的 理论知识，提高学生的实验水平，培养学生独立分析问题、解 决问题的能力和理论联系实际、实事求是的作风。 二、本课程与其他课程的联系和分工 本课程是《材料力学》课程的重要组成部分。 三、实验课程内容和基本要求 课程内容：低碳钢拉伸实验、铸铁拉伸实验、低碳钢扭转 实验、铸铁扭转实验。 基本要求：要求课前认真预习《材料力学》相关知识，实 验前将该指导书连同实验报告打印并带至实验室（每组带一 份)，并带刻录光盘（每组一张）。实验过程中正确操作、实验 后对数据进行分析，并上交实验报告（每人一份）。 四、教学安排及方式
材料力学实验课程教学大纲 郭空明 2015-6 课程编号： 课程名称：材料力学 英文名称：Experiment of Material Mechanics 是否独立设课： 否 课程性质： 必修□√ 选修□ 课程类别： 基础□ 专业基础□√ 专业□ 实验项目数：2 必做实验项目数： 2 选做实验项目数：0 开放实验项目数： 0 综合性、设计性实验数：0 开课学期： 开课院系：机电工程学院 电子机械系 课程总学时： 4 实验学时：4 课程总学分： 实验学分： 一、 本实验课程的教学目标与任务 材料力学实验是《材料力学》课程的实验教学环节。通过 本实验课程的学习和实际操作，使学生巩固和加深材料力学的 理论知识，提高学生的实验水平，培养学生独立分析问题、解 决问题的能力和理论联系实际、实事求是的作风。 二、 本课程与其他课程的联系和分工 本课程是《材料力学》课程的重要组成部分。 三、 实验课程内容和基本要求 课程内容：低碳钢拉伸实验、铸铁拉伸实验、低碳钢扭转 实验、铸铁扭转实验。 基本要求：要求课前认真预习《材料力学》相关知识，实 验前将该指导书连同实验报告打印并带至实验室（每组带一 份），并带刻录光盘（每组一张）。实验过程中正确操作、实验 后对数据进行分析，并上交实验报告（每人一份）。 四、 教学安排及方式
实验名称 实验主要内容和基本要求 学 每 性质 时 组 人 数 拉伸实验 验证1、测定低碳钢拉伸时的屈服极限、 2 6 强度极限、伸长率和断面收缩率；2、 测定灰铸铁的抗拉强度；3、观察 低碳钢与灰铸铁在拉伸时的变形和 破坏现象；4、比较低碳钢与灰铸铁 在拉伸时的力学性能 扭转实验 验证1、测定低碳钢剪切时的屈服极限、 26 强度极限；2、测定灰铸铁的抗剪切 强度；3、观察低碳钢与灰铸铁在 扭转时的变形和破坏现象；4、比较 低碳钢与灰铸铁在扭转时的力学性 能 五、考核方式 操作30%，实验报告70%，满分10分，计入《材料力学》 课程总成绩。 六、推荐教材及参考方案 [1]刘鸿文、吕荣坤，《材料力学实验》，高等教育出版社，1998 [2]同济大学材料力学教研室，《材料力学教学实验》，同济大学 出版社，1994.6
实验名称 实 验 性质 主要内容和基本要求 学 时 每 组 人 数 拉伸实验 验证 1、测定低碳钢拉伸时的屈服极限、 强度极限、伸长率和断面收缩率； 2、 测定灰铸铁的抗拉强度； 3、观察 低碳钢与灰铸铁在拉伸时的变形和 破坏现象；4、比较低碳钢与灰铸铁 在拉伸时的力学性能 2 6 扭转实验 验证 1、测定低碳钢剪切时的屈服极限、 强度极限； 2、测定灰铸铁的抗剪切 强度； 3、观察低碳钢与灰铸铁在 扭转时的变形和破坏现象；4、比较 低碳钢与灰铸铁在扭转时的力学性 能 2 6 五、 考核方式 操作 30%，实验报告 70%，满分 10 分，计入《材料力学》 课程总成绩。 六、推荐教材及参考方案 [1] 刘鸿文、吕荣坤，《材料力学实验》，高等教育出版社，1998 [2] 同济大学材料力学教研室，《材料力学教学实验》，同济大学 出版社，1994.6
材料拉伸实验指导书 郭空明2015-6 一、实验目的 1、测定低碳钢材料（塑性材料）拉伸时的屈服极限、强 度极限、延伸率和截面收缩率。 2、测定铸铁材料（脆性材料）拉伸时的强度极限。 3、观察两种材料拉伸过程中的各种现象、拉断后的断口情 况，分析二者的力学性能。 4、熟悉万能材料试验机和其它仪器的使用。 二、实验原理 1标准试件 根据国标《金属拉伸试验方法》中的规定，进行试件的加工 和测量。金属材料拉伸实验常用的试件形状如图1所示，图中 L段称为标距，一般所说试件的变形就是指这一段的变形。。为 标距段直径，两端是试验机夹持的部分。 中-日 图1拉伸试件图 试样的横截面原始面积按照以下原则确定：在标距两端及 中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径，取三处测量直 径平均值中的最小值来计算试样横截面原始面积S。 对拉断后的低碳钢试件，要测量断裂后的标距L。按国标 中的规定，断口应处在标距中间的1/3长度内。实验前，应将标 距分成10等份，并刻划0-10标记线。如果断口离标距端点的距 离大于1/3L,只要将拉断后的两段试样对拼在一起，直接测量 标距两端点距离即可得L。如果断口离标距端点的距离小于或等
材料拉伸实验指导书 郭空明 2015-6 一、 实验目的 1、测定低碳钢材料（塑性材料）拉伸时的屈服极限、强 度极限、延伸率和截面收缩率。 2、测定铸铁材料（脆性材料）拉伸时的强度极限 。 3、观察两种材料拉伸过程中的各种现象、拉断后的断口情 况，分析二者的力学性能。 4、熟悉万能材料试验机和其它仪器的使用。 二、 实验原理 1 标准试件 根据国标《金属拉伸试验方法》中的规定，进行试件的加工 和测量。金属材料拉伸实验常用的试件形状如图 1 所示，图中 L0段称为标距，一般所说试件的变形就是指这一段的变形。d0为 标距段直径， 两端是试验机夹持的部分。 图 1 拉伸试件图 试样的横截面原始面积按照以下原则确定：在标距两端及 中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径，取三处测量直 径平均值中的最小值来计算试样横截面原始面积 S0。 对拉断后的低碳钢试件，要测量断裂后的标距 Lu。按国标 中的规定，断口应处在标距中间的 1/3 长度内。实验前，应将标 距分成 10 等份，并刻划 0-10 标记线。如果断口离标距端点的距 离大于 1/3L0，只要将拉断后的两段试样对拼在一起，直接测量 标距两端点距离即可得 Lu。如果断口离标距端点的距离小于或等
于1/3L。,由于试件夹持段较粗而影响颈缩部份的局部伸长，使 延伸率6的值偏小，必须用下述的“断口移中法”来确定L。 将拉断的试件断口紧密对齐（如图2所示），以断口O为 起点，在长段上取基本等于短段格数得B点，若剩余格数为偶数 (图2(a),取其一半为C点，则移位后的L=AB+2BC:若剩余 格数为奇数（图2(b)),取剩余格数减1后的一半为C点和剩余 格数加1后的一半为C1点，则移位后的L.AB+BC+BC1。 A ·移位 《位移后的》 (a) 、移位 L(资的) L位移的) (6) 图2断口移中法 若断口在标距外，则试验无效，应重做。 2低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质 低碳钢拉伸特性曲线如图3(a)所示。 F a)低碳钢 b)铸铁 图3低碳钢和铸铁的拉伸特性曲线
于 1/3L0，由于试件夹持段较粗而影响颈缩部份的局部伸长，使 延伸率δ的值偏小，必须用下述的“断口移中法”来确定 Lu。 将拉断的试件断口紧密对齐（如图 2 所示），以断口 O 为 起点，在长段上取基本等于短段格数得 B 点，若剩余格数为偶数 （图 2(a)），取其一半为 C 点，则移位后的 Lu=AB+2BC；若剩余 格数为奇数（图 2(b)），取剩余格数减 1 后的一半为 C 点和剩余 格数加 1 后的一半为 C1点，则移位后的 Lu=AB+BC+BC1。 (a) (b) 图 2 断口移中法 若断口在标距外，则试验无效，应重做。 2 低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质 低碳钢拉伸特性曲线如图 3(a)所示。 a）低碳钢 b) 铸铁 图 3 低碳钢和铸铁的拉伸特性曲线
低碳钢拉伸曲线主要分以下几个阶段（详细可参考材料力学教 材)： (1)弹性阶段。(2)屈服阶段，通常选择下屈服点为屈服极限， 屈服极限按公式F1S,确定。(3)强化阶段，抗拉强度按公式F,/S,确 定。(4)局部变形阶段，试件发生颈缩，直至拉断。 试件拉断后，断面收缩率按公式S,二x100%计算，其中S.为颈 S。 缩处的最小横截面面积。断后伸长率按公式L,-L×100%计算。 L 铸铁整个拉伸过程中的变形很小，无屈服、颈缩现象，拉伸图 (图3(b)无直线段，曲线很快达到最大拉力，试件突然断裂，设断 裂载荷为F6,则抗拉强度为F/S。 三、实验仪器 1微机控制电子万能试验机（型号：DNS-100) 2游标卡尺 四、实验内容及步骤 1核对试样是否与要测试的材料相符，然后检查外观是否符合 要求。对低碳钢材料打标距，并划分10等分。本试验采用 的试件标距长度100mm。 2试验前用游标卡尺测量低碳钢、铸铁材料的直径。计算截 面积。 3打开计算机和试验机，打开“TestExpert软件，直接点击 登陆。进入软件后，在左侧的试验按钮组点击“联机”按 钮(1行1列)。系统可能会提示传感器1未插入，忽略之。 4联机后，试验按钮组的“启动”按钮便可点击(1行2列)， 点击之，会听到一声响，试验机启动成功
低碳钢拉伸曲线主要分以下几个阶段（详细可参考材料力学教 材）： （1）弹性阶段。（2）屈服阶段，通常选择下屈服点为屈服极限， 屈服极限按公式 S 0 F S/ 确定。（3）强化阶段，抗拉强度按公式 0 / F S b 确 定。（4）局部变形阶段，试件发生颈缩，直至拉断。 试件拉断后，断面收缩率按公式 0 0 u 100% S S S 计算，其中 Su为颈 缩处的最小横截面面积。断后伸长率按公式 0 0 u 100% L L L 计算。 铸铁整个拉伸过程中的变形很小，无屈服、颈缩现象，拉伸图 (图 3(b))无直线段，曲线很快达到最大拉力，试件突然断裂，设断 裂载荷为 Fb，则抗拉强度为 Fb/S0。 三、 实验仪器 1 微机控制电子万能试验机（型号：DNS-100） 2 游标卡尺 四、 实验内容及步骤 1 核对试样是否与要测试的材料相符，然后检查外观是否符合 要求。对低碳钢材料打标距，并划分 10 等分。本试验采用 的试件标距长度 100mm。 2 试验前用游标卡尺测量低碳钢、铸铁材料的直径。计算截 面积。 3 打开计算机和试验机，打开“TestExpert”软件，直接点击 登陆。进入软件后，在左侧的试验按钮组点击“联机”按 钮（1 行 1 列）。系统可能会提示传感器 1 未插入，忽略之。 4 联机后，试验按钮组的“启动”按钮便可点击（1 行 2 列）， 点击之，会听到一声响，试验机启动成功
5利用手控盒（顺时针为加速），将横梁做适当移动，以方便 安装试件，注意不要按下手控盒的旋钮（按下为制动）。 6安装试件。先安装下端，之后利用手控盒令横梁缓缓上移， 再安装上端。保证试件夹紧。注意试件上移时，要令上端 夹头自然下垂，不要用手扶。 7点击菜单栏中的“方法M”,选择实验方式“低碳钢（或铸 铁)拉伸试验方法”。点击试验按钮组的“开始实验”按钮 (3行2列)，会提示输入试件尺寸，无视之，直接点“确 定”。 8试件拉断后，会提示“本次试验是否有效”和输入试验名 称。若断口在标距外，则无效。实验名称：班号+组号+材 料+实验方法，如：1304011第1组铸铁拉伸。 9之后界面会直接进入“数据处理”。点击菜单栏的excel图 标，可以用excel打开数据。将数据另存在桌面上，命名 方法：班号+组号+材料+实验方法。注意前12行为试验参 数，从第13行开始为试验数据。 10取出试件，对于低碳钢材料，需要测量断后标距和颈缩处 直径。 11整理现场。将桌面上的实验数据利用刻录软件刻录到自带 光盘中。 五、按以下格式写出实验报告（打印出来之后，手填，每人 交一份)
5 利用手控盒（顺时针为加速），将横梁做适当移动，以方便 安装试件，注意不要按下手控盒的旋钮（按下为制动）。 6 安装试件。先安装下端，之后利用手控盒令横梁缓缓上移， 再安装上端。保证试件夹紧。注意试件上移时，要令上端 夹头自然下垂，不要用手扶。 7 点击菜单栏中的“方法 M”，选择实验方式“低碳钢（或铸 铁）拉伸试验方法”。点击试验按钮组的“开始实验”按钮 （3 行 2 列），会提示输入试件尺寸，无视之，直接点“确 定”。 8 试件拉断后，会提示“本次试验是否有效”和输入试验名 称。若断口在标距外，则无效。实验名称：班号+组号+材 料+实验方法，如：1304011 第 1 组铸铁拉伸。 9 之后界面会直接进入“数据处理”。点击菜单栏的 excel 图 标，可以用 excel 打开数据。将数据另存在桌面上，命名 方法：班号+组号+材料+实验方法。注意前 12 行为试验参 数，从第 13 行开始为试验数据。 10 取出试件，对于低碳钢材料，需要测量断后标距和颈缩处 直径。 11 整理现场。将桌面上的实验数据利用刻录软件刻录到自带 光盘中。 五、 按以下格式写出实验报告（打印出来之后，手填，每人 交一份）
实验一拉伸实验 年月日 一、实验目的 二、实验设备（规格、型号） 三、实验记录及数据处理 1.测定低碳钢拉伸时的力学性能 直 径 do (mm) 横截面1 横截面2 横截面3 (1)(2)平均(1)(2)平均(1)(2)平均 试 尺寸 实验数据 实验前： 屈服载荷 kN 标 距 直 径 mm 最大载荷 横截面面积 mm? 实验后： 屈服应力 MPa 标 mm 最小直径 抗拉强度 MPa 最小横截面面积 伸长率 断面收缩率
实验一 拉伸实验 实验日期 年 月 日 姓名、班级、学号 一、实验目的 二、实验设备（规格、型号） 三、实验记录及数据处理 1．测定低碳钢拉伸时的力学性能 直 径 d0 ( mm ) 横截面 1 横截面 2 横截面 3 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 试 样 尺 寸 实 验 数 据 实验前： 标 距 mm 直 径 mm 横截面面积 2 mm 实验后： 标 距 mm 最 小 直 径 mm 最小横截面面积 2 mm 屈服载荷 kN 最大载荷 kN 屈服应力 MPa 抗拉强度 MPa 伸 长 率 断面收缩率
实验前试样草图 实验后试样草图 实验前： 实验后（画出形状与断口特征）： 3.测定灰铸铁拉伸时的力学性能 直 d(mm） 横截面1 横截面2 横截面3 (1)(2)平均 (1)(2)平均 (1)(2)平均 试样尺寸 实验数据 实验前： 最大载荷P= kN 直径d= mm 横截面面积A= mm2 抗拉强度， MPa 实验前试样草图 实验后试样草图 实验前： 实验后（画出形状与断口特征）：
实验前试样草图 实验后试样草图 实验前： 实验后（画出形状与断口特征）： 3．测定灰铸铁拉伸时的力学性能 直 径 d0 ( mm ) 横截面 1 横截面 2 横截面 3 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 试 样 尺 寸 实 验 数 据 实验前： 直 径 d mm 横截面面积 A mm 2 最大载荷 pb kN 抗拉强度 A pb b MPa 实验前试样草图 实验后试样草图 实验前： 实验后（画出形状与断口特征）：
四、基于输出的数据，利用软件绘制低碳钢和铸铁的力变形曲线。打印并黏贴在实验报告 纸上。 五、分析比较两种材料拉伸机械性能以及破坏的原因 低碳钢 灰铸铁
四、基于输出的数据，利用软件绘制低碳钢和铸铁的力-变形曲线。打印并黏贴在实验报告 纸上。 五、分析比较两种材料拉伸机械性能以及破坏的原因 低 碳 钢 灰 铸 铁
材料扭转实验指导书 郭空明2015-6 一、实验目的 1、测定低碳钢材料（塑性材料）扭转时的屈服极限、强 度极限。 2、测定铸铁材料（脆性材料）扭转时的强度极限。 3、观察两种材料扭转过程中的各种现象、拉断后的断口情 况，分析二者的力学性能。 4、熟悉扭转试验机和其它仪器的使用。 二、实验原理 1标准试件 按国家标准采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材 料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的屈服剪应力和抗剪强度等： 圆截面试样须按上述国家标准制成（如图1所示）。试样两端的夹持段 铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。 11 肠 图1扭转试件 试验前在标距两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直 径，取三处测量直径平均值中的最小值来计算试样的截面抗扭系数。 2低碳钢和铸铁扭转时的力学性质 低碳钢和铸铁试件的扭转角-扭矩曲线如图2所示
材料扭转实验指导书 郭空明 2015-6 一、实验目的 1、测定低碳钢材料（塑性材料）扭转时的屈服极限、强 度极限。 2、测定铸铁材料（脆性材料）扭转时的强度极限 。 3、观察两种材料扭转过程中的各种现象、拉断后的断口情 况，分析二者的力学性能。 4、熟悉扭转试验机和其它仪器的使用。 二、实验原理 1 标准试件 按国家标准采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材 料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的屈服剪应力和抗剪强度等。 圆截面试样须按上述国家标准制成(如图 1 所示)。试样两端的夹持段 铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。 图 1 扭转试件 试验前在标距两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直 径，取三处测量直径平均值中的最小值来计算试样的截面抗扭系数。 2 低碳钢和铸铁扭转时的力学性质 低碳钢和铸铁试件的扭转角-扭矩曲线如图 2 所示