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彈性模量和規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的測定

來源：天氏庫力發(fā)布日期 2018-12-01 瀏覽：

試驗(yàn)采用“程控”控制方式，利用試驗(yàn)機(jī)的引申計(jì)系統(tǒng)，繪制力-變形彈性回歸曲線，這個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的技術(shù)含量是最高的，能充分發(fā)揮微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)。

本次試驗(yàn)學(xué)生操作要點(diǎn)有兩個：一是讓學(xué)生動手進(jìn)行變形測量系統(tǒng)標(biāo)定（即引伸計(jì)標(biāo)定），使學(xué)生明白標(biāo)定是怎么一回事，標(biāo)定是本次試驗(yàn)最重要的環(huán)節(jié)，標(biāo)定的好壞直接影響試驗(yàn)精度；二是讓學(xué)生自己動手在試樣上裝卡引伸計(jì)，在材料的彈性范圍內(nèi)用程控方式進(jìn)行卸載和再加載，繪制力-變形彈性回歸曲線，以證明胡克定律。這個實(shí)驗(yàn)過程看起來很簡單，因?yàn)楹硕墒墙?jīng)典理論，不會有錯，但在彈性范圍內(nèi)力-變形曲線的加載線，卸載線和再加載線能否重合，實(shí)際上是考核微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的整體水平（包括測量控制系統(tǒng)和試驗(yàn)軟件）及試驗(yàn)者的操作技能。下圖為低碳鋼試樣驗(yàn)證胡克定律（加載-卸載-再加載）的力-變形彈性回歸曲線。

本次實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)確繪制低碳鋼和硬鋁兩種材料的力-變形曲線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線判讀并計(jì)算彈性模量和規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，這樣實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在高校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中一般不做，因?yàn)樾枰獙W(xué)生使用引伸計(jì)系統(tǒng)，如果操作不當(dāng)容易出事，損壞引伸計(jì)系統(tǒng)。當(dāng)然試驗(yàn)結(jié)果的正確與否，也跟微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的引伸計(jì)配置、試驗(yàn)軟件有關(guān)。引伸計(jì)的正確配置應(yīng)為50mm標(biāo)距5mm量程，變形測量范圍為0.2%-100%F.S。在材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該讓學(xué)生動手使用引伸計(jì)系統(tǒng)，這樣才能全面掌握微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的使用，而且使用引伸計(jì)可以使學(xué)生更好理解“變形”和“位移”的不同含義，掌握測量試樣變形的試驗(yàn)方法。

（1）對于低碳鋼彈性模量測試，實(shí)驗(yàn)的主要目的是為了驗(yàn)證胡克定律和測定其拉伸彈性模量。

在編制“自動程控”程序時(shí)要求：一對試樣所加載荷必須保證材料不進(jìn)入屈服，這樣試樣可反復(fù)使用；二在彈性范圍內(nèi)能自動進(jìn)行加載卸載再加載以驗(yàn)證胡克定律。在編制“低碳鋼彈性模量測試”方案時(shí)，設(shè)置了返車參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束后試驗(yàn)機(jī)會以5mm/min速度自動返車，返回試驗(yàn)開始設(shè)置（即試驗(yàn)力卸到零），便于取下試樣。本次試驗(yàn)最大變形量只有0.052mm左右，對學(xué)生的操作技能是個考驗(yàn)。

在試驗(yàn)中要求學(xué)生注意觀察彈性直線段內(nèi)的加載、卸載再重新加載過程，觀察所繪制的直線是否重合，以驗(yàn)證胡克定律。試驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生在軟件的數(shù)據(jù)處理界面上自己進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出彈性模量并按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定修約。

（2）對于鋁合金拉伸試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)主要目的是為了驗(yàn)證胡克定律、測定彈性模量和規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、觀察材料的滯后現(xiàn)象、驗(yàn)證“位移”與“變形”不是同一概念，掌握直線平移法判讀規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的處理方法。

鋁合金拉伸試驗(yàn)的“自動程控”程序有10步：第1步至第3步是為了證明胡克定律。第4步至第5步是為了驗(yàn)證卸載定律、觀測冷作硬化和材料屈服后產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象。第5步當(dāng)變形至1.6mm時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)方案的預(yù)先設(shè)置，程序會自動提示取下引伸計(jì)，從這時(shí)起位移代替試樣的變形。第7步至第8步是為驗(yàn)證“位移”與“變形”不是同一概念編制的，說明力-位移曲線只能定性分析，不能定量計(jì)算E。第8步至第10步，改變試驗(yàn)速度（加快速度）直至試樣拉斷，試驗(yàn)機(jī)停機(jī)。

試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理界面，用作圖方法可直觀判讀R，其過程為：用鼠標(biāo)在彈性直線內(nèi)判讀彈性段J點(diǎn)（一般取彈性直線段的10%）和彈性段K點(diǎn)（一般取彈性直線段的50%），通過所選的兩點(diǎn)確定直線段的斜率，用直線平移法平移0.2%.Le與曲線相交的點(diǎn)即為R。

學(xué)生在數(shù)據(jù)處理界面上自己進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出鋁合金的彈性模量E、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度R、抗拉強(qiáng)度R，并按國標(biāo)規(guī)定進(jìn)行修約，最后打印試驗(yàn)報(bào)告。

本次試驗(yàn)要求學(xué)員應(yīng)觀察和掌握的重點(diǎn)：電測作圖法原理和方法、在彈性直線段驗(yàn)證胡克定律的情況、材料屈服后的滯后現(xiàn)象、變形和位移的區(qū)別、硬鋁冷作后的硬化現(xiàn)象、硬鋁的破壞斷口及原因、引伸計(jì)裝卡技能、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度R判讀和處理；彈性模量修約規(guī)則。