材料力学实验报告3篇
2026-03-24
材料力学实验报告一拉伸实验（低碳钢与铸铁）一、实验目的
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屈服强度： （MPa）
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抗拉强度： （MPa）
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延伸率：
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断面收缩率：
其中： 为屈服载荷， 为最大载荷， 为原始横截面积， 为原始标距长度， 为断后标距长度， 为断口处最小横截面积。
三、实验设备与试样
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设备：WDW-100微机控制电子万能试验机、游标卡尺、打点机
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试样：低碳钢圆棒试样（直径 mm，标距 mm或100mm）；铸铁圆棒试样（直径 mm）
四、实验步骤
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试样准备：测量试样原始直径 （取三个截面，每个截面测量相互垂直的两个方向，取平均值），计算 ；用打点机在标距范围内打标记点
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装夹试样：将试样装入试验机夹头，确保对中
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参数设置：设置试验速度（低碳钢：屈服前2mm/min，屈服后20mm/min；铸铁：5mm/min）
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开始试验：启动试验机，记录载荷-位移曲线
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断后测量：取下试样，测量断后标距 和断口处直径 ，计算
五、实验数据与处理
低碳钢试样数据：
| 测量项目 | 数值 |
|---|---|
| 原始直径 (mm) | 10.02 |
| 原始标距 (mm) | 50.00 |
| 原始面积 (mm²) | 78.85 |
| 屈服载荷 (kN) | 18.50 |
| 最大载荷 (kN) | 28.60 |
| 断后标距 (mm) | 62.50 |
| 断口直径 (mm) | 6.20 |
| 断口面积 (mm²) | 30.19 |
计算结果：
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屈服强度： MPa
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抗拉强度： MPa
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延伸率：
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断面收缩率：
铸铁试样数据：
| 测量项目 | 数值 |
|---|---|
| 原始直径 (mm) | 10.00 |
| 原始面积 (mm²) | 78.54 |
| 最大载荷 (kN) | 12.80 |
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抗拉强度： MPa
六、实验结果分析
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低碳钢：表现出明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。断口呈杯锥状，有显著的塑性变形，为韧性断裂。延伸率和断面收缩率均较大，说明材料具有良好的塑性。
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铸铁：拉伸过程无明显屈服现象，变形很小即突然断裂。断口平齐，垂直于轴线，为脆性断裂。抗拉强度远低于低碳钢。
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工程意义：低碳钢适合承受拉力的结构件；铸铁抗压性能好但抗拉性能差，应避免用于受拉构件。
七、思考题
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为什么铸铁拉伸时没有屈服现象？
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答：铸铁内部存在大量石墨片，相当于微裂纹，应力集中导致早期脆断，无明显的塑性流动阶段。
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低碳钢颈缩后应力如何变化？
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答：颈缩后名义应力下降，但真应力继续上升，直至断裂。
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材料力学实验报告二
扭转实验（圆轴扭转）
一、实验目的
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测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限
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测定铸铁的剪切强度极限
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观察比较低碳钢和铸铁在扭转时的变形和破坏现象
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验证圆轴扭转时的剪切应力公式
二、实验原理
圆轴扭转时，横截面上产生剪应力，其分布规律为：
最大剪应力发生在截面边缘：
其中： 为扭矩， 为极惯性矩， 为抗扭截面系数。
剪切强度计算：
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剪切屈服极限： （低碳钢）
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剪切强度极限：
三、实验设备与试样
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设备：NJ-100扭转试验机、游标卡尺
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试样：低碳钢圆轴（直径 mm，标距 mm）；铸铁圆轴（直径 mm）
四、实验步骤
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测量试样直径，计算
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将试样装入试验机夹头，一端固定，一端可转动
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安装扭转角测量装置
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缓慢加载，记录扭矩-扭转角曲线
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观察试样变形和破坏现象，记录破坏扭矩
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分析断口形貌
五、实验数据与处理
低碳钢试样：
| 测量项目 | 数值 |
|---|---|
| 直径 (mm) | 10.00 |
| 标距 (mm) | 100.00 |
| 抗扭截面系数 (mm³) | 196.35 |
| 屈服扭矩 (N·m) | 45.2 |
| 最大扭矩 (N·m) | 68.5 |
| 最大扭转角 (°) | 320 |
计算结果：
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剪切屈服极限： MPa
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剪切强度极限： MPa
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单位长度扭转角： rad/m
铸铁试样：
| 测量项目 | 数值 |
|---|---|
| 直径 (mm) | 10.00 |
| 抗扭截面系数 (mm³) | 196.35 |
| 最大扭矩 (N·m) | 38.6 |
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剪切强度极限： MPa
六、实验现象与结果分析
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低碳钢：
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变形过程：先弹性变形，后明显塑性变形，最后沿横截面剪断
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断口特征：横截面平整，呈剪切破坏
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破坏形式：塑性破坏，有明显预警
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铸铁：
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变形过程：弹性变形阶段很短，突然断裂
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断口特征：与轴线成45°螺旋面，呈拉断特征
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破坏形式：脆性破坏，无预警
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理论分析：
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铸铁在45°方向存在最大拉应力： ，而铸铁抗拉强度远低于抗剪强度，故沿45°方向拉断
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低碳钢抗拉和抗剪强度相近，最大剪应力在横截面，故沿横截面剪断
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七、误差分析
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试样加工误差：直径不均匀导致应力集中
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装夹误差：偏心加载产生附加弯曲应力
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测量误差：扭转角读数精度限制
八、思考题
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为什么铸铁扭转断口呈45°螺旋面？
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答：圆轴扭转时，各点处于纯剪切应力状态，主应力方向与轴线成45°。铸铁抗拉强度低，在最大拉应力方向断裂。
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低碳钢和铸铁的扭转破坏形式为何不同？
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答：低碳钢塑性好，沿最大剪应力面（横截面）剪断；铸铁脆性大，沿最大拉应力面（45°斜截面）拉断。
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材料力学实验报告三
梁的弯曲正应力测定实验
一、实验目的
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测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布规律
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验证弯曲正应力理论公式 的正确性
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掌握电测法的基本原理和应变仪的使用方法
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了解温度补偿和桥路连接方法
二、实验原理
1. 弯曲正应力理论公式
对于纯弯曲梁，横截面上正应力分布为：
其中： 为截面弯矩， 为点到中性轴的距离， 为截面惯性矩。
最大正应力发生在离中性轴最远处：
2. 电测法原理
通过电阻应变片测量表面应变，根据胡克定律计算应力：
其中 为材料弹性模量， 为测得的应变值。
三、实验设备与试样
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设备：纯弯曲梁实验装置、YJ-31型静态电阻应变仪、游标卡尺、钢尺
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试样：矩形截面钢梁（材料：Q235钢， GPa）
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应变片：7片，沿梁高度等间距布置，间距10mm
四、实验装置与布片方案
试样尺寸：
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梁长 mm
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截面宽度 mm
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截面高度 mm
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纯弯段长度 mm（四点弯曲加载）
应变片布置： 沿梁高度方向布置7枚应变片，编号1-7，距中性轴距离分别为： mm
五、实验步骤
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测量试样尺寸：测量梁的宽度 、高度 、跨度 和力臂
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粘贴应变片：检查应变片粘贴质量和阻值
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连接桥路：采用半桥接法，公共补偿片法
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预调平衡：对各测点进行初始平衡调节
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分级加载：采用增量法加载，每级增量 N，最大载荷 N
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记录数据：记录各级载荷下各测点的应变读数
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重复测量：卸载后重复2-3次，取平均值
六、实验数据与处理
试样参数计算：
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截面惯性矩： mm⁴
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抗弯截面系数： mm³
实验数据记录（取第三次加载数据）：
| 测点 | (mm) | 应变读数 () | 实验应力 (MPa) | 理论应力 (MPa) | 相对误差 (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | -20 | -285 | -58.7 | -56.3 | 4.3 |
| 2 | -13.33 | -190 | -39.1 | -37.5 | 4.3 |
| 3 | -6.67 | -95 | -19.6 | -18.8 | 4.3 |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 6.67 | 92 | 18.9 | 18.8 | 0.5 |
| 6 | 13.33 | 183 | 37.7 | 37.5 | 0.5 |
| 7 | 20 | 275 | 56.7 | 56.3 | 0.7 |
注：实验应力 MPa
理论应力计算：
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最大弯矩： N·mm
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测点1、7理论应力： MPa（修正：应为56.3 MPa，重新计算）
修正计算： MPa
（注：表中数据为示例，实际应根据具体实验数据计算）
七、应力分布图
plain
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应力 σ (MPa) ↑ 60 ┤ ● │ ╱ 40 ┤ ● │ ╱ 20 ┤ ● │ ╱ 0 ┼──●───────────────→ y (mm) │ ╲ -20┤ ● │ ╲ -40┤ ● │ ╲ -60┤ ● └────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬ -20 -13 -7 0 7 13 20 ● 理论值 ○ 实验值八、实验结果分析
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线性分布验证：实验数据表明，正应力沿梁高度呈线性分布，中性轴处应力为零，与理论预测一致。
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误差分析：
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系统误差：应变片粘贴位置偏差、载荷偏心、梁自重影响
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随机误差：读数误差、温度波动、接触电阻变化
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最大相对误差约4.3%，在工程允许范围内
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结论：弯曲正应力理论公式 得到实验验证，可用于工程计算。
九、思考题
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中性轴处的应变片读数不为零的原因？
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答：可能原因包括：应变片未准确贴在中性轴、梁存在初曲率、加载偏心产生附加应力。
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温度补偿片的作用是什么？
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答：消除环境温度变化和连接导线电阻变化对测量结果的影响，提高测量精度。
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为什么采用增量法加载？
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答：可以消除系统误差（如初始间隙、零点漂移），通过多次测量取平均提高精度，同时便于发现异常数据。
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