电子万能材料试验机ppt

　　* 武汉理工大学华夏学院 力学实验室 金属材料的拉伸实验 拉伸试验是材料力学性能测试中最普遍、最常用、最重要的一种试验方法。一般是指材料在常温中、光滑试样、缓慢施加的单向轴向载荷下的力学行为。 目的：结构和零部件设计上的需要；材料研究和工艺选择上的需要；出厂检验和进料验收的需要；由材料拉伸性能指标推断该材料的其他力学性能指标。 特点：能够反映材料的基本属性（强度 、 ，刚度E，塑性δ、ψ，韧性）；具有简单、快速和可靠的特点。 一、实验目的 1）了解电子万能材料试验机的基本构造与原理。 2）测定低碳钢的屈服强度 、抗拉强度 、断后伸长率δ 和断面收缩率ψ。 3）测定铸铁的抗拉强度 。 4）分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征。 WDW3100电子万能材料试验机 WD--- 电子万能材料试验机 W----微机控制 3---第三代 100---最大荷载 100 kN(10T) 上卡爪 下卡爪 横梁 下压座 立柱 上压头 电机和减速机构 二、实验设备及测量仪器 1）WDW3100（WDW3200）电子万能材料试验机。 2）游标卡尺、钢直尺。 遥控器 附录：电子万能材料试验机 电子万能材料试验机是电子技术与物理运动相结合的新型试验机。它对载荷、变形、位移的测量和控制有较高的精度和灵敏度。通过X-Y函数记录仪可准确记录载荷－变形曲线，与计算机联机还可实现控制、检测和数据处理的自动化。有的电子万能机还能实现恒载荷、恒应变和恒位移的自动控制，也有低周循环载荷、循环变形和循环位移的功能。 1、加载系统 上图是电子万能试验机的工作原理图。在加载系统中，由上横梁9、四根立柱12和工作平台15组成门式框架。活动横梁11由滚珠丝杆13驱动。试样14安装于活动横梁与工作平台之间。速度控制单元发出指令，伺服电机1便驱动齿轮箱16带动滚珠丝杆转动，使活动横梁上下移动，以此来实现对试样的加载。通过测速电机2的测速反馈和旋转变压器3的相位反馈形成闭环控制，以保证加载速度的稳定。 2、测量系统 测量系统包括载荷测量、试样变形观测和活动横梁的位移测量等三部分。载荷测量把应变式拉压力传感器10发出的信号变为微弱的电信号，经放大器6放大，再经A/D转换变成数字显示。变形测量则是把应变式引伸计4的信号经放大器5放大，再经A/D转换变为数字信号显示。如把放大器5和6的信号接到X-Y记录仪7上，即可画出载荷－变形曲线。活动横梁的位移是借助丝杆的转动来实现的。滚珠丝杆转动时，装在滚珠丝杆上的光栅编码器8输出的脉冲信号经过转换，也可用数字显示。 遥控器的使用 ▼按钮---按下使横梁下移 ▲按钮---按下使横梁上移 ■按钮---按下使横梁停止 上面的旋钮在按下▼按钮 或▲按钮后,顺时针转动使横梁 加速下移或上移； 遥控器 逆时针转动使横梁减速下移或 上移。 游标卡尺 一种具有游标刻度的量具。主要由一根刻有整数值（如1mm）的主尺和一根移动的副尺（游标）所组成。测量时，移动副尺，与主尺配合，能测得较精确的尺寸，精度可达0.02mm。可测量物体内外径尺寸、深度、高度等。 三、试样的制备 试样的制备按照GB/T2975—1998的要求切取样坯和制备试样。本实验所用的拉伸试样是经机械加工制成的圆柱形试样, L0=100 mm，直径d=10 mm左右。 试样的材料为低碳钢和铸铁，因为该两种材料应用广泛，价格低，而且是典型的不同性质材料；低碳钢是典型的塑性材料，铸铁是典型的脆性材料，所以实验中的轴向拉伸和轴向压缩实验都采用这两种材料。 四、实验原理 低碳钢试样受拉而伸长，横梁下移，力传感器把试样受拉力的信息传给电脑，而位移传感器把横梁下移的信息也传给电脑，画出力和横梁的位移曲线，如图所示；该曲线分为四段：弹性阶段，曲服阶段，均匀变形阶段（强化阶段）和局部变形阶段（颈缩及断裂阶段）。 低碳钢拉伸曲线 铸铁拉伸曲线 铸铁在整个拉伸过程中变形很小，无屈服、颈缩现象，拉伸图无明显的直线段。曲线很快达到最大拉力Pb，试样突然发生断裂，其断口是平齐粗糙的，如右图所示。其抗拉强度小于低碳钢材料。 从材料力－变形曲线的形状，我们大概能知道材料是塑性材料还是脆性材料。塑性材料有明显的屈服，而脆性材料没有屈服。 拉伸试样断口形状 低碳钢拉伸试样的断口形状如右图（a），断裂处为颈缩而形成的最小直径，断面中间是粗糙的平断面，周边是剪切唇，形成杯锥形断口。 铸铁拉伸试样的断口形状如右图（b），断裂处无明显的塑性变形，断口平齐粗糙，是由正应力引起的脆性断裂。 五、实验步骤 用游标卡尺分别在试样标距范围内两个相互垂直的方向上各测一次横截面直径，精确到0.02mm，取其算术平均值。选用标距上、中、下三处中的最小直径值，以此值计算横截面面积。 打开试验机电源、微机电源并预热。 点击“试样录入”， 输入：实验材料－金属； 实验方法－拉伸； 试样编组号－统一编组号； 标距－100； 直径－最小直径值； 形状－圆形。 然后点击“保存”、“关闭”。 4. 点击“参数设置”，横梁位移速度：3mm/min、最大力、 下屈服力、强度极限、下屈服极限等，其它参数为机器内设定，不要更改，点击“下一步”， 直到“关闭” 。 5. 先将试样安装在下夹头，点击“联机”，选取试样编组号，选择“试验力－位移曲线”、将力和位移清零。再用上夹头将试样固定。 6. 点击“试验开始”，开始试验，直到试样断裂。 7. 点击“数据管理”和“分析”，抄录实验数据和曲线. 点击“脱机”，退出微机控制管理系统，卸下试样。 9. 关机，清理现场。 注意： 1）在低碳钢试样拉伸过程中，要求均匀缓慢地进行加载。弹性阶段和屈服阶段横梁移动速度为3mm/min，进入强化阶段后可改为（13～15）mm/min 。 2）为了测定断后伸长率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后，分别测量断后标距Lu和颈缩处的最小直径du，再计算颈缩处的最小面积Au。 3）装拉伸试样时，试样先轻轻装在上、下夹具内，先紧固下夹具, 在电脑上平衡荷载；再紧固上夹具，开始做实验。 六、实验结果处理 根据实验测定的数据，可分别计算材料的强度指标和塑性指标。 1）低碳钢强度指标：屈服强度： 抗拉强度： 塑性指标：断后伸长率： 断后截面收缩率： (1) (2) (3) (4) 2）铸铁 强度指标：抗拉强度： 3）绘出拉伸过程中的P-ΔL曲线，对实验中的各种现象做多元化的分析比较，并写进实验报告中。 (5) 七、思考题 1）实验时如何观察低碳钢的屈服点？ 2）比较低碳钢拉伸、铸铁拉伸的断口形状，分析其破坏的力学原因。 金属材料的压缩实验 很多零部件要承受压缩载荷作用。金属成型工艺。脆性材料抗压能力大大优于抗拉，拉无塑性，压有塑性，压缩试验便于研究脆性材料的塑性行为。 特点： 1，理论上讲，压缩是反方向的拉伸，可比。 2，压缩时的力学分析方法与拉伸时相同。 3，压缩试验中材料的破坏特性与拉伸时的不同，有自己的特殊规律。 一、实验目的 二、实验设备及量具 与金属的拉伸实验相同。 1）测定低碳钢压缩时的屈服强度 。 2）测定铸铁压缩时的抗住压力的强度 。 3）观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时的变形和破坏现象。 三、试样的制备 按照国标GB/T7314—2005《金属材料室温压缩试验方法》，金属材料的压缩试样多采用短圆柱如下图所示,直径d=10 mm左右。 短圆柱试样 四、实验原理 塑性材料在压缩过程中的屈服点与拉伸时相近，但在到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显，因此要仔仔细细地观察才能确定屈服载荷Ps。当继续加载时，试样越压越扁，由于横截面面积不断增大，试样抗压载荷也随之提高，曲线持续上升，如右上图所示。 右下图为低碳钢试样受压的变形图。低碳钢试样受压而变形，越压越扁，实验时压力到达80kN后就停止实验，因为压缩的变形－－鼓状已很明显，已不能有效承载。 铸铁试样的压力和横梁位移曲线，如右上图所示，该曲线近似于直线，为弹性阶段。 右下图为铸铁试样受压的变形图。变形图为斜截面断裂，断裂面与横截面近似成45度左右，是由剪应力所引起的断裂。 五、实验步骤 基本与拉伸实验方法相似，不同之处是： 1）试验方法是压缩。 2）横梁位移速度是2mm/min。 3）把试样放在试验机的压缩底座上。 4）对于低碳钢试样，将试样压成鼓形即可停止实验。对于铸铁试样，加载到试样破坏时，立马停止实验，以免试样进一步被压碎。 1）低碳钢的屈服强度： 2）铸铁的抗压强度： (6) (7) 六、实验结果处理 根据实验记录，计算应力值。 七、思考题 1）试比较塑性材料和脆性材料在压缩时的变形及破坏形式有什么不同？ 2）将低碳钢压缩时的屈服强度与拉伸时的屈服强度作比较；将铸铁压缩时的抗住压力的强度与拉伸时的抗拉强度作比较。 四天内交实验报告。 * * *

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