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彈性模量和規定非比例延伸強度的測定

來源：天氏庫力發布日期 2018-12-01 瀏覽：

試驗采用“程控”控制方式，利用試驗機的引申計系統，繪制力-變形彈性回歸曲線，這個實驗內容的技術含量是最高的，能充分發揮微機控制電子萬能試驗機的特點。

本次試驗學生操作要點有兩個：一是讓學生動手進行變形測量系統標定（即引伸計標定），使學生明白標定是怎么一回事，標定是本次試驗最重要的環節，標定的好壞直接影響試驗精度；二是讓學生自己動手在試樣上裝卡引伸計，在材料的彈性范圍內用程控方式進行卸載和再加載，繪制力-變形彈性回歸曲線，以證明胡克定律。這個實驗過程看起來很簡單，因為胡克定律是經典理論，不會有錯，但在彈性范圍內力-變形曲線的加載線，卸載線和再加載線能否重合，實際上是考核微機控制電子萬能試驗機的整體水平（包括測量控制系統和試驗軟件）及試驗者的操作技能。下圖為低碳鋼試樣驗證胡克定律（加載-卸載-再加載）的力-變形彈性回歸曲線。

本次實驗需要準確繪制低碳鋼和硬鋁兩種材料的力-變形曲線，根據實驗曲線判讀并計算彈性模量和規定非比例延伸強度，這樣實驗內容在高校材料力學實驗中一般不做，因為需要學生使用引伸計系統，如果操作不當容易出事，損壞引伸計系統。當然試驗結果的正確與否，也跟微機控制電子萬能試驗機的引伸計配置、試驗軟件有關。引伸計的正確配置應為50mm標距5mm量程，變形測量范圍為0.2%-100%F.S。在材料力學性能實驗中應該讓學生動手使用引伸計系統，這樣才能全面掌握微機控制電子萬能試驗機的使用，而且使用引伸計可以使學生更好理解“變形”和“位移”的不同含義，掌握測量試樣變形的試驗方法。

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

在編制“自動程控”程序時要求：一對試樣所加載荷必須保證材料不進入屈服，這樣試樣可反復使用；二在彈性范圍內能自動進行加載卸載再加載以驗證胡克定律。在編制“低碳鋼彈性模量測試”方案時，設置了返車參數，試驗結束后試驗機會以5mm/min速度自動返車，返回試驗開始設置（即試驗力卸到零），便于取下試樣。本次試驗最大變形量只有0.052mm左右，對學生的操作技能是個考驗。

在試驗中要求學生注意觀察彈性直線段內的加載、卸載再重新加載過程，觀察所繪制的直線是否重合，以驗證胡克定律。試驗結束后學生在軟件的數據處理界面上自己進行數據處理，計算出彈性模量并按國家標準規定修約。

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

鋁合金拉伸試驗的“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步是為了驗證卸載定律、觀測冷作硬化和材料屈服后產生的滯后現象。第5步當變形至1.6mm時，根據試驗方案的預先設置，程序會自動提示取下引伸計，從這時起位移代替試樣的變形。第7步至第8步是為驗證“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，不能定量計算E。第8步至第10步，改變試驗速度（加快速度）直至試樣拉斷，試驗機停機。

試驗結束后，進入數據處理界面，用作圖方法可直觀判讀R，其過程為：用鼠標在彈性直線內判讀彈性段J點（一般取彈性直線段的10%）和彈性段K點（一般取彈性直線段的50%），通過所選的兩點確定直線段的斜率，用直線平移法平移0.2%.Le與曲線相交的點即為R。

學生在數據處理界面上自己進行數據處理，計算出鋁合金的彈性模量E、規定非比例延伸強度R、抗拉強度R，并按國標規定進行修約，最后打印試驗報告。

本次試驗要求學員應觀察和掌握的重點：電測作圖法原理和方法、在彈性直線段驗證胡克定律的情況、材料屈服后的滯后現象、變形和位移的區別、硬鋁冷作后的硬化現象、硬鋁的破壞斷口及原因、引伸計裝卡技能、規定非比例延伸強度R判讀和處理；彈性模量修約規則。