82压缩实验1、概述实验表明，工程中常用的金属塑性材料，其受拉与受压是所表现出来的强度、刚度和塑性等力学性能是大致相同的。但广泛使用的脆性材料如铸铁、砖、石等，其抗拉强度很低，但抗压强度却很高。为便于合理选用工程材料，以及满足金属成型工艺的要求，测定材料受压时的力学性能是十分重要的。因此，压缩实验和拉伸实验一样，也是测定材料在常温、静载、单向受力状态下力学性能的最常用最基本的实验之一。2、实验目的2.1测定低碳钢压缩实验的屈服极限，；2.1测定铸铁压缩实验的抗压强度,；2.3观察并比较低碳钢（塑性材料的代表）和铸铁（脆性材料的代表）在压缩时的变形和破坏现象。3、实验原理对一确定形状试件（详见试件的制作）两端施加轴向压力，使试件实验段处于单轴压缩状态，试件产生变形，在不断压缩过程中不同材料的试件会有不同的实验现象，在实验过程中通过测量试件所受荷载及变形的关系曲线并观察试件的破坏特征，依据一定的计算及判定准则，可以得到反映材料压缩试验的力学指标，并以此指标来判定材料的性质。为便于比较，选用如图2.1所示直径相同的典型塑性材料低碳钢Q235及典型的脆性材料灰铸铁HT200标准试件进行对比实验。图2.1压缩试件典型的低碳钢（Q235)的F-△LFtH4 1△ L图2.2低碳钢压缩F-△L曲线图2.3铸铁压缩F-△L曲线
§2 压 缩 实 验 1、概述 实验表明，工程中常用的金属塑性材料，其受拉与受压是所表现出来的强度、刚度和 塑性等力学性能是大致相同的。但广泛使用的脆性材料如铸铁、砖、石等，其抗拉强度很 低，但抗压强度却很高。为便于合理选用工程材料，以及满足金属成型工艺的要求，测定 材料受压时的力学性能是十分重要的。因此，压缩实验和拉伸实验一样，也是测定材料在 常温、静载、单向受力状态下力学性能的最常用最基本的实验之一。 2、实验目的 2.1 测定低碳钢压缩实验的屈服极限 s ； 2.1 测定铸铁压缩实验的抗压强度 b ； 2.3 观察并比较低碳钢（塑性材料的代表）和铸铁（脆性材料的代表）在压缩时的变形和破 坏现象。 3、实验原理 对一确定形状试件（详见试件的制作）两端施加轴向压力，使试件实验段处于单轴压 缩状态，试件产生变形，在不断压缩过程中不同材料的试件会有不同的实验现象， 在实验 过程中通过测量试件所受荷载及变形的关系曲线并观察试件的破坏特征，依据一定的计算及 判定准则，可以得到反映材料压缩试验的力学指标，并以此指标来判定材料的性质。为便于 比较，选用如图 2.1 所示直径相同的典型塑性材料低碳钢 Q235 及典型的脆性材料灰铸铁 HT200 标准试件进行对比实验。 典型的低碳 钢(Q235)的 F − L 图 2.2 低碳钢压缩 F − L 曲线 图 2.3 铸铁压缩 F − L 曲线 图 2.1 压缩试件
曲线和灰口铸铁（HT200）的F一△L曲线如图2.2、图2.3所示。低碳钢Q235试件的压缩变形过程如图2.4所示，铸铁HT200试件的压缩破坏形状如图2.5所示。图2.4低碳钢Q235试件压缩实验变形过程图2.5铸铁HT200试件压缩实验破环现象观察F一△I曲线，及试件的变形可发现，低碳钢F一△I曲线有明显的拐点，称之为屈服点，以此点计算的屈服强度α，=F/S。，其值与拉伸时屈服强度接近，继续加载，试件持续变形，由中间稍粗的鼓形变成圆饼形，但并不发生断裂破坏。铸铁的F一△I曲线无明显拐点，当压力增大时，试件表面出现交错的剪切滑移线，试件中间略微变粗，持续加压剪切滑移线明显增多、增宽，最终试样在与轴线大约成45°～55°的方向上发生断裂破坏，此时施加的压力达到最大值，并以此值定义铸铁的抗压强度α，=F,/S。。实验表明材料受轴向力产生压缩变形时，在径向上会产生一定的横向延伸，尤其是到屈服点以后这种变形更为明显，但由于试件两端面与试验机垫板间存在摩擦力，约束了这种横向变形，故压缩试样在变形时会出现中间鼓胀现象，塑性材料试件尤其明显。为了减少鼓胀效应的影响，通常的做法是除了将试样端面制作得光滑外，还在端面上面涂上润滑油以进一步减小摩擦力，但这并不能完全消除此现象。4、实验方案
曲线和灰口铸铁（HT200）的 F − L 曲线如图 2.2、图 2.3 所示。 低碳钢 Q235 试件的压缩变形过程如图 2.4 所示，铸铁 HT200 试件的压缩破坏形状如图 2. 5 所示。 观察 F－ 曲线，及试件的变形可发现，低碳钢 F－ 曲线有明显的拐点，称之为屈 服点，以此点计算的屈服强度 0 s = Fs / S ，其值与拉伸时屈服强度接近，继续加载，试件 持续变形，由中间稍粗的鼓形变成圆饼形，但并不发生断裂破坏。铸铁的 F－ 曲线无明显 拐点，当压力增大时，试件表面出现交错的剪切滑移线，试件中间略微变粗，持续加压剪切 滑移线明显增多、增宽，最终试样在与轴线大约成 45 ~ 55 的方向上发生断裂破坏，此时 施加的压力达到最大值，并以此值定义铸铁的抗压强度 0 b = Fb / S 。 实验表明材料受轴向力产生压缩变形时，在径向上会产生一定的横向延伸，尤其是到 屈服点以后这种变形更为明显，但由于试件两端面与试验机垫板间存在摩擦力，约束了这种 横向变形，故压缩试样在变形时会出现中间鼓胀现象，塑性材料试件尤其明显。为了减少鼓 胀效应的影响，通常的做法是除了将试样端面制作得光滑外，还在端面上面涂上润滑油以进 一步减小摩擦力，但这并不能完全消除此现象。 4、实验方案 l l l 图 2.4 低碳钢 Q235 试件压缩实验变形过程 图 2.5 铸铁 HT200 试件压缩实验破坏现象
4.1实验设备、测量工具及试件YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm游标卡尺、标准低碳钢、铸铁压缩试件（图2.1）。YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、2分析等。试件采用标准圆柱体短试件，为方便观测试件的4变形及测量低碳钢试件的真实应力，试验前需用游标卡尺测量出试件的最小直径（d。）及高度（H。）。54.2装夹、加载方案安装好的试件如图2.6所示。压缩试验时，试件o放在下承压板的中央，当控制下承压板上行，试件和上部承压板接触时就会对试件施加一轴向压力。压缩试验时，上承压板为一固定承压板，下承压板为一活动铰承压板，在加载过程中起到自动找正的作用，从图2.6压缩实验试件的装夹而保证试件处于单轴受压状态。加载时通过控制进油手轮的旋转来控制加载速度。4.3数据测试方案同拉伸实验一样，试件所受到的压力通过安装在油缸底部的拉、压力传感器测量，变形通过安装在油缸活塞杆内的位移传感器测量。与拉伸试验所不同的是，在压缩实验中我们所测得的力及位移均为负值。4.4数据的分析处理数据采集分析系统，实时记录试件所受的力及变形，并生成力、变形实时曲线及力、变形X-Y曲线，图2.7为实测低碳钢压缩实验曲线，图2.8为实测铸铁压缩实验曲线
4.1 实验设备、测量工具及试件 YDD-1 型多功能材料力学试验机（图 1.8）、150mm 游 标卡尺、标准低碳钢、铸铁压缩试件（图 2.1）。 YDD-1 型多功能材料力学试验机由试验机主机部 分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构 及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、 分析等。 试件采用标准圆柱体短试件，为方便观测试件的 变形及测量低碳钢试件的真实应力，试验前需用游标 卡尺测量出试件的最小直径（ 0 d ）及高度（ H0 ）。 4.2 装夹、加载方案 安装好的试件如图 2.6 所示。压缩试验时，试件 放在下承压板的中央，当控制下承压板上行，试件和 上部承压板接触时就会对试件施加一轴向压力。压缩 试验时，上承压板为一固定承压板，下承压板为一活 动铰承压板，在加载过程中起到自动找正的作用，从 而保证试件处于单轴受压状态。加载时通过控制进油 手轮的旋转来控制加载速度。 4.3 数据测试方案 同拉伸实验一样，试件所受到的压力通过安装在油缸底部的拉、压力传感器测量，变形 通过安装在油缸活塞杆内的位移传感器测量。与拉伸试验所不同的是，在压缩实验中我们所 测得的力及位移均为负值。 4.4 数据的分析处理 数据采集分析系统，实时记录试件所受的力及变形，并生成力、变形实时曲线及力、变 形 X-Y 曲线，图 2.7 为实测低碳钢压缩实验曲线，图 2.8 为实测铸铁压缩实验曲线。 图 2.6 压缩实验试件的装夹 6 1 5 2 4 3
[yd-051123-017TCH001CH002口口区口数[yd-051123-011 X-YCH002CH001150.0150.0福恒凯E量X1:53.17:31医82JY12:74.574.5w.36.31-1.0.000.617.0KN15.0SF[Y%-051123-01TCH001CH002X[YZ-051123-011X-YCH002CH001口回区100:0100.0拉最大值：82.21司口金富最大值：82.21]50.0-50.0-0.0.000.560.03.8KN7.5S左窗口为力和变形的实时曲线窗口，右窗口为力和变形的X-Y曲线窗口。通过移动光标可以方便地读取我们所需要的数据。得到相关数据后，依据实验原理，就可以得到我们所需要的力学指标。5、完成实验预习报告在了解实验原理、实验方案及实验设备操作后，就应该完成实验预习报告。实验预习报告包括：明确相关概念、预估试件的最大载荷、明确操作步骤等，在完成预习报告时，有些条件实验指导书已给出（包括后续的试验操作步骤简介）、有些条件为已知条件、有些条件则需要查找相关标准或参考资料。通过预习报告的完成，将有利于正确理解及顺利完成实验。有条件的同学可以利用多媒体教学课件，分析以往的实验数据、观看实验过程等。完成实验预习报告，并获得辅导教师的认可，是进行正式实验操作的先决条件。6、实验操作步骤简介6.1试件原始参数的测量用游标卡尺在试件的中央按两个垂直方向多次测量试件的直径以及试件的原始高度，并将实验数据填入实验表格。6.2装夹试件6.2.1实验预压操作步骤：打开“压力控制手轮”，选择“启动油泵”、“压缩上行”，打开“进油手轮”油缸活塞杆上行，上、下承压板接触，压力表显示当前力值，旋转“调压手轮”，荷载变化
左窗口为力和变形的实时曲线窗口，右窗口为力和变形的 X-Y 曲线窗口。通过移动光标 可以方便地读取我们所需要的数据。 得到相关数据后，依据实验原理，就可以得到我们所需要的力学指标。 5、完成实验预习报告 在了解实验原理、实验方案及实验设备操作后，就应该完成实验预习报告。实验预习 报告包括：明确相关概念、预估试件的最大载荷、明确操作步骤等，在完成预习报告时， 有些条件实验指导书已给出（包括后续的试验操作步骤简介）、有些条件为已知条件、有些 条件则需要查找相关标准或参考资料。通过预习报告的完成，将有利于正确理解及顺利完 成实验。 有条件的同学可以利用多媒体教学课件，分析以往的实验数据、观看实验过程等。 完成实验预习报告，并获得辅导教师的认可，是进行正式实验操作的先决条件。 6、实验操作步骤简介 6.1 试件原始参数的测量 用游标卡尺在试件的中央按两个垂直方向多次测量试件的直径以及试件的原始高度， 并将实验数据填入实验表格。 6.2 装夹试件 6.2.1 实验预压 操作步骤：打开“压力控制手轮”，选择“启动油泵”、“压缩上行”，打开“进油手轮”， 油缸活塞杆上行，上、下承压板接触，压力表显示当前力值，旋转“调压手轮”，荷载变化， 图 2.8 实测铸铁压缩实验曲线 图 2.7 实测低碳钢压缩实验曲线
证明加载设备正常工作。6.2.2试件安装打开“压力控制手轮”、选择“拉伸下行”，至下夹头运行至试件安装位置，关闭“进油手轮”、将试件放在下部承压板的中央、选择“压缩上行”、打开“进油手轮”，油缸活塞杆上行至试件上部距离上部承压板1-2mm时关闭“进油手轮”，关闭“调压手轮”。这样就完成了试件的装夹。6.3连接测试线路按要求联接测试线路，同拉伸实验，一般第一通道选择测力，第三通道选择测位移。6.4设置数据采集环境6.4.1进入测试环境按要求联接测试线路，确认无误后，打开仪器电源及计算机电源，双击桌面上的快捷图标，提示检测到采集设备进入测试环境。检测到仪器后，系统将自动给出上一次实验的测试环境。6.4.2设置测试参数测试参数是联系被测物理量与实测电信号的组带，设置合理的测试参数是得到正确数据的前提。测试参数由系统参数、通道参数及窗口参数三部分组成。第一项、通道参数选择第一通道测量试件所受的压力，第三通道测油缸活塞杆位移。需要选择及输入的参数有：测量内容、工程单位、修正系数，并选择相应的满度值。需要注意的是：1、同拉伸试验相比，压缩试验数据均为负值，为理解方便，我们习惯于将相关修正系数设置为负值，这样读取的荷载及变形就为正值。2、由手试验机所采用的传感器类型并不相同，及同一类型的传感器个体之间存在差异，不同试验机的转换因子并不相同。如当通过拉、压力传感器直接测量试件所受的荷载时，只需选择修正比例系数b即可，且拉、压实验具有相同的系数；而当通过测量油缸油压间接测量试件的荷载时，由于油缸活塞杆运行时的摩擦力、及油缸拉压面积的不等，需要选择b、c两个系数，且拉、压时，两个系数各不相同。第二项、采样参数采样频率：“20-100Hz”，“拉压测试”。第三项、窗口参数可以开设两个数据窗口，左窗口为力、变形的实时曲线窗口，右窗口为力、变形的X-Y曲线窗口，并设定好窗口的其它参数如坐标等。在对坐标参数的设置时，需对被测试件的极限承载力及变形进行预估，这样可以得到较好的图形比例。对比当前各参数与实际的测试内容是否相符，若相符进入“5.4.3数据预采集”，如不符，则应选择正确的参数或通过引入项目的方式引入所需要的测试环境。具体操作：打开“文件”选择“引入项目”，引入所需要的采集环境。6.4.3数据预采集6.4.3.1采集设备满度值对应检查检查采集设备各通道显示的满度值是否与通道参数的设定值相一致，如不一致，需进行初始化硬件操作，单击菜单栏中的“控制”，选择“初始化硬件”，就可以实现采集设备满度值与通道参数设置满度值相一致。6.4.3.2数据平衡、清零
证明加载设备正常工作。 6.2.2 试件安装 打开“压力控制手轮”、选择“拉伸下行”，至下夹头运行至试件安装位置，关闭“进油 手轮”、将试件放在下部承压板的中央、选择“压缩上行”、打开“进油手轮”，油缸活塞杆 上行至试件上部距离上部承压板 1-2mm 时关闭“进油手轮”，关闭“调压手轮”。这样就完成 了试件的装夹。 6.3 连接测试线路 按要求联接测试线路，同拉伸实验，一般第一通道选择测力，第三通道选择测位移。 6.4 设置数据采集环境 6.4.1 进入测试环境 按要求联接测试线路，确认无误后，打开仪器电源及计算机电源，双击桌面上的快捷图 标，提示检测到采集设备进入测试环境。检测到仪器后，系统将自动给出上一次实验的测试 环境。 6.4.2 设置测试参数 测试参数是联系被测物理量与实测电信号的纽带，设置合理的测试参数是得到正确数 据的前提。测试参数由系统参数、通道参数及窗口参数三部分组成。 第一项、通道参数 选择第一通道测量试件所受的压力，第三通道测油缸活塞杆位移。需要选择及输入的参 数有：测量内容、工程单位、修正系数，并选择相应的满度值。 需要注意的是： 1、同拉伸试验相比，压缩试验数据均为负值，为理解方便，我们习惯于将相关修正系 数设置为负值，这样读取的荷载及变形就为正值。 2、由于试验机所采用的传感器类型并不相同，及同一类型的传感器个体之间存在差异， 不同试验机的转换因子并不相同。如当通过拉、压力传感器直接测量试件所受的荷载时，只 需选择修正比例系数 b 即可，且拉、压实验具有相同的系数；而当通过测量油缸油压间接测 量试件的荷载时，由于油缸活塞杆运行时的摩擦力、及油缸拉压面积的不等，需要选择 b、 c 两个系数，且拉、压时，两个系数各不相同。 第二项、采样参数 采样频率：“20-100Hz”，“拉压测试”。 第三项、窗口参数 可以开设两个数据窗口，左窗口为力、变形的实时曲线窗口，右窗口为力、变形的 X-Y 曲线窗口，并设定好窗口的其它参数如坐标等。在对坐标参数的设置时，需对被测试件的极 限承载力及变形进行预估，这样可以得到较好的图形比例。 对比当前各参数与实际的测试内容是否相符，若相符进入“5.4.3 数据预采集”，如不 符，则应选择正确的参数或通过引入项目的方式引入所需要的测试环境。具体操作：打开“文 件”选择“引入项目”，引入所需要的采集环境。 6.4.3 数据预采集 6.4.3.1 采集设备满度值对应检查 检查采集设备各通道显示的满度值是否与通道参数的设定值相一致，如不一致，需 进行初始化硬件操作，单击菜单栏中的“控制”，选择“初始化硬件”，就可以实现采集设 备满度值与通道参数设置满度值相一致。 6.4.3.2 数据平衡、清零