材料力學(xué)實驗

前言

近年來，隨著高等教育逐步普及，高等教育培養(yǎng)方針的深化改革，實驗教學(xué)方法與動手能力的培養(yǎng)已經(jīng)引起各方重視。為了滿足社會的需求，我們根據(jù)多年的教學(xué)與科研積累，推出了這本材料力學(xué)實驗教材。全書內(nèi)容是在教育部基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)示范標準（2000年討論稿）中實驗教學(xué)內(nèi)容要求的基礎(chǔ)上編著的，內(nèi)容主要包括：高等院校大面積基本材料力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容以及針對部分優(yōu)秀學(xué)生為對象開展的提高性實驗內(nèi)容和實驗方法討論；最后介紹部分力學(xué)前沿領(lǐng)域中的研究性實驗內(nèi)容和方法；同時本書也反映了“985”清華大學(xué)在創(chuàng)建一流大學(xué)過程中材料力學(xué)實驗教學(xué)改革的部分成果。教育部基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)示范中心的教學(xué)任務(wù)主要包含：①示范中心所在院校大面積基本實驗教學(xué)；②示范中心所在院校適度規(guī)模專題性提高型實驗教學(xué)；③面向全社會開放式實驗教學(xué)；④面向教育工作者和力學(xué)工作者的示范教學(xué)內(nèi)容。本書主要由清華大學(xué)力學(xué)實驗教學(xué)示范中心付朝華、胡德貴、蔣小林編寫。另外，王習(xí)術(shù)參加了本書部分內(nèi)容的編寫工作，付朝華負責最后統(tǒng)編完稿。本書由清華大學(xué)殷雅俊教授審閱，為本書編寫給予了很大的幫助和指導(dǎo)，提出了很多寶貴意見，謹此致謝。限于編者水平，本書難免有不妥之處，懇請廣大師生和讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書參照教育部基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)示范標準（2000年討論稿）編著。為了適應(yīng)開放式、自主研究型實驗教學(xué)模式的要求，本書將材料力學(xué)實驗的實驗原理、測試方法和實驗設(shè)備等內(nèi)容獨立出來，分別在第二章、第三章和第五章集中介紹；而在第四章的實驗內(nèi)容部分，減少了實驗的具體過程的說明，增補了實驗前和實驗后的思考題，力求激勵學(xué)生主動、積極地參與到實驗教學(xué)中來。本書中的14個實驗，既包括了材料力學(xué)的基礎(chǔ)性實驗教學(xué)內(nèi)容，也包括了提高性和綜合性實驗教學(xué)內(nèi)容；另外，還有部分力學(xué)前沿領(lǐng)域中的研究性和探索性實驗教學(xué)內(nèi)容。    本書適于獨立設(shè)課的高校材料力學(xué)實驗使用，也可作為高等學(xué)校工科各專業(yè)材料力學(xué)課程實驗教學(xué)的配套教材。

書籍目錄

第一章 緒論  第一節(jié) 實驗在材料力學(xué)中的地位  第二節(jié) 材料力學(xué)實驗的內(nèi)容  第三節(jié) 材料力學(xué)實驗注意事項第二章 材料力學(xué)基本性能及測試方法  第一節(jié) 拉伸實驗條件  第二節(jié) 典型材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線  第三節(jié) 金屬材料拉伸現(xiàn)象的細微觀解釋  第四節(jié) 拉伸實驗步驟第三章 電測法的基本原理  第一節(jié) 敏感元件——電阻應(yīng)變片的工作原理  第二節(jié) 測量電路——電橋的工作原理  第三節(jié) 組橋方式舉例  第四節(jié) 溫度補償方法  第五節(jié) 應(yīng)力測量與計算方法第四章 材料力學(xué)實驗  第一節(jié) 試驗機操作實驗  第二節(jié) 電測組橋?qū)嶒? 第三節(jié) 常溫靜荷拉伸破壞實驗  第四節(jié) 彈性模量和泊松比測定實驗  第五節(jié) 矩形截面梁彎曲正應(yīng)力實驗  第六節(jié) 組合梁應(yīng)力分析實驗  第七節(jié) 彎扭組合受力下的圓管應(yīng)力與內(nèi)力測定實驗  第八節(jié) 大撓度桿穩(wěn)定實驗  第九節(jié) 彎扭管貼片實驗  第十節(jié) 復(fù)合材料力學(xué)行為研究實驗  第十一節(jié) 三角架結(jié)構(gòu)應(yīng)力與內(nèi)力測試實驗  第十二節(jié) 框架內(nèi)力分析實驗  第十三節(jié) 開口薄壁桿件應(yīng)力分布特性研究實驗  第十四節(jié) 光測演示實驗  實驗一 光彈性實驗  實驗二 云紋干涉法實驗第五章 常用實驗設(shè)備  第一節(jié) 材料試驗機結(jié)構(gòu)原理  第二節(jié) 負荷傳感器和引伸計  第三節(jié) WDW-100型電子萬能試驗機操作要點  第四節(jié) CSS-2210型電子萬能試驗機操作要點  第五節(jié) WDW-3020型電子萬能試驗機操作要點  第六節(jié) 其他材料試驗機簡介  第七節(jié) 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀結(jié)構(gòu)原理  第八節(jié) YE2539高速靜態(tài)應(yīng)變儀操作要點附錄A 金屬拉伸實驗新舊國家標準符號對照表附錄B 力學(xué)性能測試實驗常用國家標準列表參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：從分析不難看出金屬晶格的滑移，是由于作用在晶面內(nèi)的剪應(yīng)力引起，它將使材料發(fā)生永久變形。低碳鋼在屈服過程中，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線上會產(chǎn)生鋸齒形的應(yīng)力值。這一現(xiàn)象主要是因為低碳鋼材料是多晶體材料。由許多晶粒組成的多晶體，各晶粒的晶面方向是隨機分布的，由于滑移首先沿45角的截面上發(fā)生（最大剪應(yīng)力作用方向），滑移發(fā)生后，對應(yīng)新的晶格，金屬原子間的伸長將消失，原子間的引力也隨之消失，從而導(dǎo)致該晶粒內(nèi)材料的卸載，也使整個試樣發(fā)生微小的卸載。隨著位移控制加載繼續(xù)進行，試樣載荷又呈上升，直至晶面上剪應(yīng)力較大的下一個晶粒發(fā)生滑移，試樣載荷又下降。各晶粒逐次輪回經(jīng)歷加載、滑移、卸載、再加載……的過程。在屈服階段，滑移累積所引起的試樣變形要遠遠大于試樣在彈性階段所發(fā)生的彈性變形。該階段試樣所受的載荷，只是在晶格發(fā)生初始滑移所需要的應(yīng)力的附近作微小波動，形成了一段“屈服平臺”。3.金屬材料的應(yīng)變強化金屬材料的塑性變形是因為晶體內(nèi)部位錯的定向移動造成的，但必須有一定大小的剪應(yīng)力作用于晶面上，這種移動才能發(fā)生。使晶面方向產(chǎn)生滑移時的剪應(yīng)力，這時剛好能克服晶體的滑移阻力，使滑移能夠進行。隨著晶格滑移的數(shù)量的積累，在各晶粒的內(nèi)部，將出現(xiàn)多個位錯連續(xù)分布或堆積于晶界處的現(xiàn)象。這種連續(xù)分布的位錯群，稱為位錯的塞積。根據(jù)對原子間庫侖力的作用分析，可以得出位錯的塞積將增大對進一步滑移的阻力，這一結(jié)果也適于晶界處。因而，當晶粒內(nèi)的位錯塞積群達到一定密度時，必須加大作用于各晶面上的外力，即加大試樣表面上的外力，才能克服由位錯帶來的滑移阻力，進而繼續(xù)驅(qū)使位錯群的移動，使晶體進一步累積滑移或塑性變形?？梢?，金屬材料發(fā)生塑性變形的物理本質(zhì)，就是晶格位錯在外力作用下，不斷產(chǎn)生、增殖、塞積和運動的宏觀表現(xiàn)。如果在強化階段卸載，顯然由晶格滑移產(chǎn)生的塑性變形不會消失，可以恢復(fù)的只能是對應(yīng)當前晶格的原子間的位移“，即彈性變形。既然都是彈性變形的卸載，這時材料的受力和變形的變化量之間當然應(yīng)該服從線性關(guān)系。重復(fù)加載時，晶體內(nèi)的位錯群已經(jīng)積累到一定程度，如果要使試樣繼續(xù)發(fā)生塑性變形，顯然施加的外力必須能克服卸載前的滑移阻力，即達到或超過卸載前的外力值。這時對應(yīng)的應(yīng)力值為材料的后繼屈服極限。在強化階段卸載，顯然材料的后繼屈服極限高于初始的屈服極限，這種現(xiàn)象稱為材料的冷作硬化。經(jīng)過冷作硬化處理的材料或者構(gòu)件，能使其承受更大的外力作用而不發(fā)生塑性變形，即擴展了材料彈性階段的范圍。這種處理方法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

編輯推薦

《材料力學(xué)實驗》是由清華大學(xué)出版社出版的。

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