铸铁 15.00 176.71 66.99 379.10
思考题：
1、铸铁试件受压时，为什么会沿与轴线成45o左右的斜面发生破裂？
2、低碳钢压缩时，测不到抗压强试δb，是否意味着工程上可对由该的构件施加“无限大”的压力？ 3、试件压缩变形后，一般会变成腰鼓形，为什么会如此？ 答：
1、 这种现象是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，从而使试样被剪断。铸铁试样轴
线呈45度的斜面上产生的剪切力最大。
2、 不是。铸铁承受压缩的能力远远大于承受拉伸的能力，属于脆性材料，其抗压能力比
抗拉能力好，作为受压构件使用。而虽然实验测不到其抗压强度极限，但是在工程应用中低碳钢受压易发生变形，不能施加无限大的压力。低碳钢为塑性材料抗拉与抗压性能接近，适用于受拉构件。
3、 当达到屈服应力后，试件会产生横向塑性变形，随着压力的继续增加，试件的横截面
面积不断变大，同时由于试样两端面与试验机支承垫板间存在摩擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀，呈鼓形。
实验三：低碳钢的τs、τb及铸铁τb的测定
一、 实验目的：
了解扭转试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程和使用方法； 通过对两种材料在扭转破坏中的变形特征的观察、记录与分析比较，总结其力学性能特点；
测定低碳钢扭转的剪切屈服极限和剪切强度极限；测定铸铁材料的剪切强度极限。
二：实验仪器（实验仪器设备的名称）：
电子扭转试验机
三、实验原理：
类似拉伸和压缩过程，部分塑性材料在扭转过程中也会出现明显的屈服现象。在线弹性范围内，根据剪切胡克定律，材料的扭转剪切应力与截面半径成正比，在截面的外表面处达到最大值。也就是说，对于塑性材料而言，其外表面先达到屈服应力，屈服区由外而内逐渐扩展。存在一个扭矩几乎不再增加，而扭角继续增加的点（抗扭屈服点），此处应力即为剪切屈服极限。
剪切屈服极限τs——塑性材料试样在扭转过程中扭矩Ts不增加而扭角继续增加时的剪切应力值，考虑到整体屈服后塑性变形对应力分布的影响，低碳钢剪切屈服极限公式为:τs=3Ts/4Wp
继续加载，试样再继续变形，当扭矩达到极限值Tb时，试样断裂，与屈服时的计算相似，塑性材料剪切强度极限为τb=3Tb/4Wp.
对于脆性材料，可以近似地认为材料直到破坏都服从胡克定律，故脆性材
料剪切强度极限Tb的计算公式为τb=Tb/Wp.
四、实验数据及结果：
试件直径 抗扭截面模量 屈服扭矩 试件材料 D mm 低碳钢 铸铁 10 10 W mm3 196.35 196,35 Ts N．m 41.89 破坏扭矩 Tb N.m 94.79 34.4 屈服极限 τs Mpa 160.00 强度极限 τb Mpa 362.07 175.20 思考题
1、低碳钢和铸铁的扭转破坏有什么不同?根据断口形式分析其破坏原因？
2、分析比较塑性材料和脆性材料在拉伸、压缩及扭转时的变形情况和破坏特点，并归纳这两种材料的机械性能。
3、按弹性扭转公式计算出的剪应力，是否与实际情况完全一致？分别对铸铁和低碳钢进行讨论。 答：
1、 低碳钢扭转时发生屈服，加工硬化，最后断裂。塑性变形量较大。铸铁扭转时几乎不发生
塑性变形，直接断裂。低碳钢断口和式样轴线垂直，是剪切力切断。铸铁断口和式样轴线呈45度，是正应力拉断。 2、 材料 塑性 脆性 强度 抗压=抗拉>抗剪 抗压>抗剪>抗拉 变形（即刚度） 有显著变形 破坏时变形不明显 抗冲击性 通过变形缓解（强） 易破坏（弱） 应力集中敏感性 不敏感 敏感 3、 不一致。对于低碳钢而言，计算公式是将由塑性理论推导出的公式是略去了一项后得到的，
而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。对于铸铁，近似地认为材料直到破坏都服从胡克定律，故计算结果同样是近似的。
实验四：低碳钢拉伸时的弹性模量E测定实验
一、 实验目的：
了解所用设备的构造与工作原理，掌握其操作规程和方法并能够进行正确操作；
测定低碳钢的杨氏弹性模量，掌握其拉伸电测法的测定方法与原理。
二：实验仪器（实验仪器设备的名称）：
应变仪 多功能试验台 游标卡尺
三、实验原理：
弹性模量E——材料在线性弹性范围内的轴向应力与轴向应变之比，即
其中，试件的横截面积A0是已知的，只需要知道轴向拉伸载荷就可算出轴向应力，这个载荷通过力传感器可以反映出来；ΔL/L0这个应变值可以通过另一种方式反映出来，即贴于试件轴向的应变片的电阻变化值ΔR/R。
ΔR/R=KΔL/L=Kεx
通过这一番转换，就可以直接在电阻应变仪上读出试件在拉伸过程中的应变值ε，结合拉伸载荷F及试件横截面积A，就可最后计算出杨氏弹性模量E。
注意，实际实验过程可以通过逐级加载的方式，将载荷从0加到2000N，
注意读取500N、1000N、1500N、2000N时的应变值，采用ΔF和Δε的比值来减少实验误差和验证实验的准确性。
四、实验数据及结果：
纵向读数（应变仪读数） 载荷（N） 第一次 读数 读数差Δ×10 0 500 1000 1500 2000 平均读数差 材料尺寸 0 40 80 33 113 153 40 38.25 120 158 38 38.5 40 40 -6 第三次 第二次 读数 0 40 77 43 2-6 应变增量 -6读数差Δ×10 读数 读数差Δ×10 40 33 Δε=平均读数差×10 -6E=???????增A=232.7Gpa 宽度a= 18mm 厚度b= 3.1mm A=55.8mm 思考题
1、拉伸弹性模量E的物理意义是什么?表示材料的什么性能？ 2、影响测试结果的因素有哪些？如何减小测量误差？ 答：
1、 拉伸弹性模量是指轴向拉伸应力与轴向拉伸应变在呈线性比例关系范围内，轴向拉伸应力与轴
向拉伸应变的比。弹性模量主要反应的是材料抗弹性变形的能力，是材料刚度的一个指标，在构件的理论分析和设计计算时，弹性模量E是经常要用到的一个重要力学性能指标。
2、 误差影响最大的因素是直径和伸长量的测量。为了减小误差，应当对直径采取更多次数的测量
以及尽量保证测量仪器本身的正确工作状态及正确使用。
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