1、材料基本力學性能試驗一拉伸和彎曲一、實驗原理 拉伸實驗原理拉伸試驗是夾持均勻橫截面樣品兩端，用拉伸力將試樣沿軸向拉伸，一般拉至斷裂為止，通過記錄的力一一位移曲線測定材料的基本拉伸力學性 能。對于均勻橫截面樣品的拉伸過程，如圖 1所示，圖1金屬試樣拉伸示意圖則樣品中的應力為F(7 =一A其中A為樣品橫截面的面積。應變定義為£ L其中41是試樣拉伸變形的長度典型的金屬拉伸實驗曲線見圖2所示o彈性階段(OAB段)比例極m彈性極I泣* 楊民模量E變形均為伴桂麥形,旦滿足Hook、Law .業=屈服階段d, ° 屈限極限J7r.<7f = 25 MPa|=7Ie ”材料使時失去

2、抵抗變f形的能力.o<3)屈服階段SB屈服階段圖3金屬拉伸的四個階段典型的金屬拉伸曲線分為四個階段，分別如圖3(a)-(d)所示直線部分的斜率E就是楊氏模量、os點是屈服點。金屬拉伸達到屈服點后，開始出現頸縮現象，接著產生強化后最終斷裂 彎曲實驗原理可采用三點彎曲或四點彎曲方式對試樣施加彎曲力，一般直至斷裂，通過實驗結果測定材料彎曲力學性能。為方便分析，樣品的橫截面一般為圓 形或矩形。三點彎曲的示意圖如圖4所示。圖4三點彎曲試驗示意圖據材料力學，彈性范圍內三點彎曲情況下C點的總撓度和力F之 間的關系是其中I為試樣截面的慣性矩，E為楊氏模量。彎曲彈性模量的測定將一定形狀和尺寸的試樣放置于彎

3、曲裝置上， 施加橫向力對樣品進行彎曲, 對于矩形截面的試樣，具體符號及彎曲示意如圖 5所示。索1一符號名 稱單位符號名移串位&一貳林厚度或直徑nimL +甯心直和mmb髭樣寬度rum彎曲用度度L試樣任度一 皿r 誠唆力Ni支輒間噩商11T5矩形或F成樣的三點號僧員臉對試樣施加相當于（Tpb0.01。（或（rrbO.01）的10%以下的預彎 應力F。并記錄此力和跨中點處的撓度，然后對試樣連續施加彎曲力， 直至相應于（rpb0.01（或（rrbO.01）的50%。記錄彎曲力的增量DF和 相應撓度的增量Df ,則彎曲彈性模量為(1)對于矩形橫截面試樣，橫截面的慣性矩I為1=跳3（5）其中b、

4、h分別是試樣橫截面的寬度和高度。也可用自動方法連續記錄彎曲力一一撓度曲線至超過相應的（7pb0.01（或（rrbO.01）的彎曲力。宜使曲線彈性直線段與力軸的夾角不小于40o,彈性直線段的高度應超過力軸量程的3/5。在曲線圖上確定 最佳彈性直線段，讀取該直線段的彎曲力增量和相應的撓度增量，見圖6所示。然后利用式（4）計算彎曲彈性模量。圖6圖解法測定吸曲彈性模量二、試樣要求1 .拉伸實驗對厚、薄板材，一般采用矩形試樣，其寬度根據產品厚度（通常為0.10-25mm）,采用10,12.5,15,20,25 和30mmk種比例試樣，盡可能 采用l o=5.65 （E） °5的短比例試樣。試樣

5、厚度一般應為原軋制厚度， 但在特殊情況下也允許采用四面機加工的試樣。通常試樣寬度與厚度之比不大于4:1或8:1 ,對鋁鎂材則一般可采用較小寬度。 對厚度小于 0.5mm勺薄板（帶），亦可采用定標距試樣。試樣各部分允許機加工偏差及側邊加工粗糙度應符合圖10和表1的規定圖10金屬拉伸標準板材試樣表1金屬拉伸標準板材試樣尺寸要求能用試樣團樣七死部分內 定度垢的丸目餐近金樣國，臣不中 內房火與最小寬 度瓦的北注色低1寬度的出打標距并分內 寬片前門住偏累區樣標距部分內 段大6最小究 凌風的允評是值2013.5±20. 125±1).50 215M |2)實驗樣品評定(1)出現下列情況

6、之一者，試驗結果無效。a.試樣斷在機械刻劃的標記上或標距外，造成性能不合格。b.操作不當。c.試驗記錄有誤或設備發生故障影響試驗結果。(2)實驗后試樣出現兩個或兩個以上的縮頸以及顯示出肉眼可見的冶金缺陷（例 如分層、氣泡、夾渣、縮孔等），應在試驗記錄和報告中注明2 .彎曲實驗1）試樣尺寸要求表2薄板武樣尺寸要求薄版試樣橫霞甌尺寸1LR1 .一 .產品寬需<19>iy6又的10XA 0.第屯5>0x5 1.51室仇片聃臺助如何ZSQ*160*-CIQ15Kg I加 )2 52）試樣制備和尺寸測量矩形橫截面試樣應在跨距的兩端和中間處分別測量其高度和寬度。計算彎曲彈性模量時，取用三

7、處高度測量值的算術平均值和三處寬度測量值的算術平均值。計算彎曲應力時，取用中間處測量的高度和寬度。對于薄板試樣, 高度測量值超過其平均值2%勺試樣不應用于試驗。3）實驗樣品評定（1）彎曲實驗后，按有關標準規定檢查試樣彎曲外表面，進行結果評定。(2)檢查試樣彎曲外表面，測試規范進行評定，若無裂紋、裂縫或裂斷，則評 定試樣合格，測試有效。三.結果與分析1 .拉伸試驗鋼板尺寸：寬度b=31.26mm厚度h=1.16mm標距L=260mm拉力機記錄的是不同載荷F下的形變 L的大小，根據公式計算出每一時刻的應力-應變數據，作圖如下:圖1是一定負荷范圍內不銹鋼板的拉伸應力-應變曲線。根據變化趨勢，將曲線分

8、為三個階段：0股，位移在增大，而負荷幾乎等于0,是試樣由松弛而夾緊的階段，真正的拉伸形變過程自A電開始。AB段，隨著拉應力的增加，形變也逐漸增大，形變與外力大小呈正比，符合Hook!律，試樣處于彈性變形階段。BCt繼續施加較小的外力就可以產生較大的形變，此時，鋼材除彈性變形外，還發生了塑性形變，其中塑性變形在卸載后不再恢復，試樣處于彈塑性階段。試想如果繼續增加負荷，鋼材將發生屈服及至應變強化(圖中未體現)。楊氏模量的計算：根據彈性階段應力與應變呈線性關系(t=E-e 知，直線段的斜率即為鋼材的彈性模量，在A暇直線上取兩點，見圖中所標，則E= (136.7846-52.3784 ) / (1.0

9、118-0.6326 ) X 100 = 22259MPa = 22.26GPa2 . 彎曲試驗鋼板尺寸：寬度b=26.63mm 厚度h=1.03mm 跨距L=240mm 無卸載試驗根據試驗機記錄的荷載-位移數值，作彎曲力-撓度曲線圖如下：彎曲模量的計算:根據公式(1)以及 I=1/12bh 3,求得 Eb=1079GPa其中， F/ f= 斜率(31.1535-12.1779)/(3.3717-1.2828)*1000=9084Nm(2)有卸載的情況同一鋼板在加載又卸載的過程中，彎曲力-撓度曲線變化見圖3。圖3說明，隨著加載負荷的增大，鋼板彎曲變形程度也逐漸增大, 在外加負荷增大到50N左右

10、時，停止加力，并逐漸卸載，所得曲線與 原曲線并不重合，表現出一定的滯回特性，說明所施加的最大應力已 經大于鋼材的彈性極限，鋼材的變形包括彈性和塑性兩部分， 其中的塑性變形在卸載后不再恢復（從圖上看是1.46mm殘余形變）。滯回曲 線所包含的面積反映了鋼板吸收耗散能量的大小。四.誤差分析本實驗可能存在的誤差有：1 .夾持試樣時，由于目測不可能使試樣正好處于與夾具垂直的方向， 拉應力方向與試樣中軸線方向偏離。2 .彎曲試驗中，應把試樣放在支座上，使兩端露出部分的長度相等。3 .試樣尺寸人為測量過程可能引入的讀數誤差，即試樣測量尺寸與實 際尺寸的差別，導致理論結果計算的誤差。4 .試樣本身是否具有代

11、表性，有無缺陷，試樣的形狀，拉伸速率，以 及試驗溫度等。5 .所使用力學試驗機的量程。若試樣拉斷時只需要很小的力，而拉力機的最大入口力卻很大，測量的精確性將大大下降。兩者需匹配。五思考題三點彎曲與四點彎曲的區別？三點彎曲強度: 將試樣放在一定距離的兩支座上，在兩支座中心點上加試驗力，直至折斷時的最大彎曲應力。3 FL(T b3二2 bh 2四點彎曲強度: 將試樣放在一定距離的兩支座上，往兩支座中心左右等距離的兩點上加試驗力，直到折斷時的最大彎曲應力。3 F(L-l)(T b4二一2 bh 2式中：(rb3三點彎曲強度，MPa (rb4四點彎曲強度，MPaF試樣斷裂時白最大試驗力，N; L試樣支座間的距離， mm；l 壓頭間的距離，mm；由公式可以看出，三點彎曲實際上是四點彎曲的一個特例，當壓頭間距1=0時，ab4=a b3,四點變為三點。對于同一試樣，四