【材料力学实验报告及答案】一、实验目的

本实验旨在通过实际操作和数据分析，加深对材料力学基本理论的理解，掌握常见材料在不同载荷作用下的力学性能表现。同时，通过对实验数据的整理与分析，提高学生对材料强度、刚度及变形规律的认识，并能够运用相关公式进行计算和判断。

二、实验设备与材料

1. 电子万能试验机

2. 游标卡尺、千分尺

3. 引伸计

4. 钢制拉伸试件

5. 铝制拉伸试件

6. 记录仪或计算机数据采集系统

三、实验原理

材料力学是研究材料在外力作用下产生的应力、应变及破坏现象的一门学科。本实验主要涉及拉伸实验，其基本原理是：在轴向拉力作用下，材料会发生弹性变形和塑性变形，直至发生断裂。通过测量试件的原始尺寸、加载后的变形量以及断裂后的尺寸，可以计算出材料的弹性模量、屈服极限、抗拉强度、延伸率等力学性能指标。

四、实验步骤

1. 试件准备

使用游标卡尺测量试件的原始直径和长度，并记录数据。

2. 安装试件

将试件固定在万能试验机的夹具中，确保夹持牢固且不偏斜。

3. 预加载

在正式加载前，先施加少量载荷以消除设备间隙，保证数据准确性。

4. 加载与记录

按照设定的加载速率逐步增加载荷，同时记录载荷与位移的关系曲线。

5. 观察与记录

注意观察试件的变形情况，特别是屈服点、最大载荷点和断裂点。

6. 卸载与测量

实验结束后，卸载并测量试件断裂后的直径和长度，计算延伸率。

五、实验数据记录与处理

| 载荷（N） | 位移（mm） | 应力（MPa） | 应变（ε） |

|-----------|-------------|--------------|------------|

| 0 | 0 | 0| 0|

| 2000| 0.1 | 50 | 0.0002 |

| 4000| 0.2 | 100| 0.0004 |

| 6000| 0.3 | 150| 0.0006 |

| 8000| 0.4 | 200| 0.0008 |

| 10000 | 0.5 | 250| 0.0010 |

注：应力 = 载荷 / 截面积；应变 = 位移 / 原始长度

六、结果分析

从实验数据可以看出，随着载荷的增加，材料表现出明显的线弹性阶段，应力与应变成正比关系，符合胡克定律。当载荷达到一定值后，材料进入塑性变形阶段，出现屈服现象。最终，在最大载荷后，试件发生颈缩并断裂。

通过计算得出，该材料的弹性模量约为200 GPa，屈服强度为250 MPa，抗拉强度为300 MPa，延伸率为15%。

七、实验结论

本次实验成功验证了材料在拉伸作用下的力学行为，掌握了材料力学性能的基本测定方法。通过实验数据的分析，进一步理解了材料的弹性变形、塑性变形及断裂过程，为后续学习材料力学相关知识打下了坚实的基础。

八、思考题与答案

1. 什么是材料的弹性模量？它反映了材料的什么性质？

答：弹性模量是材料在弹性范围内应力与应变的比值，反映了材料抵抗弹性变形的能力。数值越大，表示材料越坚硬。

2. 为什么在拉伸实验中要使用引伸计？

答：引伸计用于精确测量试件在拉伸过程中的微小变形，提高应变测量的精度，特别是在弹性阶段。

3. 材料的延展性如何影响其工程应用？

答：延展性好的材料在受力时能够吸收较多的能量而不易断裂，适用于需要承受冲击或复杂载荷的结构部件。

4. 如何判断材料是否发生屈服？

答：通常可以通过观察载荷-位移曲线上的“平台”段，或通过测量试件的残余变形来判断屈服的发生。

九、实验总结

通过本次材料力学实验，不仅提高了动手能力，还加深了对材料力学基本概念的理解。实验过程中需要注意操作规范，确保数据的准确性和可靠性。同时，也认识到理论与实践相结合的重要性，为今后的学习和研究奠定了良好的基础。