上海交通大学：《工程力学实验》课程教学资源（实验讲义）5.4 冲击

5.4冲击 工程结构在工作中不仅受到静载荷，有时还处于动载荷的作用。加载速度的不同，材料和结构 所表现的机械性能也不同。这就需要通过动载荷实验来描述材料和结构的性能。 常见的实验有冲击拉伸、冲击弯曲和疲劳。 冲击拉伸主要是比较低碳钢等塑性材料在静力拉伸和冲击拉伸时的平均应力、绝对伸长量的大 小，来描述变形速度对其机械性能的影响。 冲击弯曲实验，方法简单，试件尺寸小，实验结果对材质的变化较为敏感，能够揭示金属在静 载荷下不能发现的缺陷，所以它是动载荷实验中最常见的一种。 一，实验目的 1.掌握冲击弯曲实验方法： 2.了解冲击实验的意义与用途： 3.测定低碳钢和铸铁的冲击韧性。 二.仪器设备与试件 摆锤式冲击试验机，游标卡尺，低碳钢和铸铁试件各5个，形状和尺寸如图5.41所示（铸铁为 无缺口)。 55 -10 2 图5.4-1冲击试件 三.实验原理 按照GB/T229一1994标准规定，冲击实验的试件可采用V型和U型缺口试件，试件的中央做 一切口，因为在切口处断面形状急剧的变化，而产生很大的局部应力集中，所以大部分冲击能量均 为该处附近的材料所承受。 冲击试验机用于测定材料的冲击韧性。常见的冲击试验机一般为摆锤-简支梁式，即冲击能量由 摆锤提供，而试件设置成简支梁形式。 设摆锤重量为G,摆锤处在挂摆位置时，其质心相对于试件中心的高度为H,摆锤冲断试件通 过支座后的最大上升高度为h,则冲击过程中摆锤势能的改变量为G(H-)。如果忽略摩擦损耗，则 可以认为这部分能量完全消耗于对试件做功，即试件折断时吸收的能量等于GH-列。因此，摆锤的 冲击功W与试件吸收的能量A:相等，即 9

94 5.4 冲击 工程结构在工作中不仅受到静载荷，有时还处于动载荷的作用。加载速度的不同，材料和结构 所表现的机械性能也不同。这就需要通过动载荷实验来描述材料和结构的性能。 常见的实验有冲击拉伸、冲击弯曲和疲劳。 冲击拉伸主要是比较低碳钢等塑性材料在静力拉伸和冲击拉伸时的平均应力、绝对伸长量的大 小，来描述变形速度对其机械性能的影响。 冲击弯曲实验，方法简单，试件尺寸小，实验结果对材质的变化较为敏感，能够揭示金属在静 载荷下不能发现的缺陷，所以它是动载荷实验中最常见的一种。 一．实验目的 1．掌握冲击弯曲实验方法； 2．了解冲击实验的意义与用途； 3．测定低碳钢和铸铁的冲击韧性。 二．仪器设备与试件 摆锤式冲击试验机，游标卡尺，低碳钢和铸铁试件各 5 个，形状和尺寸如图 5.4-1 所示（铸铁为 无缺口）。 三．实验原理 按照 GB/T229—1994 标准规定，冲击实验的试件可采用 V 型和 U 型缺口试件，试件的中央做 一切口，因为在切口处断面形状急剧的变化，而产生很大的局部应力集中，所以大部分冲击能量均 为该处附近的材料所承受。 冲击试验机用于测定材料的冲击韧性。常见的冲击试验机一般为摆锤-简支梁式，即冲击能量由 摆锤提供，而试件设置成简支梁形式。 设摆锤重量为 G，摆锤处在挂摆位置时，其质心相对于试件中心的高度为 H，摆锤冲断试件通 过支座后的最大上升高度为 h，则冲击过程中摆锤势能的改变量为 G(H-h)。如果忽略摩擦损耗，则 可以认为这部分能量完全消耗于对试件做功，即试件折断时吸收的能量等于 G(H-h)。因此，摆锤的 冲击功 W 与试件吸收的能量 Ak相等，即 图 5.4-1 冲击试件

W=A=G(H-h) (5.4-1) 冲击试验机的测量系统中的摆捶和指针刻度就是按照这一关系设计的。 4095 图5.4-2冲击试验机结构 三.实验步骤 1.测量试件尺寸（长、宽、高、切口处断面尺寸）： 2.调节两个支座之间的距离，使其关于摆锤刀刃中线对称。 3.将试件放在试验机的支座上，使试件缺口对准刀刃中线，并背向摆锤刀刃： 4.把摆锤举起、钩住。注意：此时在摆的摆动范围内禁有人站立！ 5.将指针拨向最大值位置： 6.放下摆锤： 7.待摆锤冲过试件后，即刹住： 8.记录指针在刻度盘上指出的功能数值。 四.实验结果 根据试件尺寸和冲击功，计算冲击韧性： 、4 (5.4-2) So 式中S,一为切口处的横截面面积：A一吸收功数值。 五.思考题 1.简要说明冲击韧性的意义及其应用： 2.冲击动载荷实验与静载荷实验有何不同？加载速度对材料的机械性能有何影响？ 3.如何判断冲击实验的结果是否有效？ 95

95 W = A = G H - h k   （5.4-1） 冲击试验机的测量系统中的摆捶和指针刻度就是按照这一关系设计的。 三．实验步骤 1．测量试件尺寸（长、宽、高、切口处断面尺寸）； 2．调节两个支座之间的距离，使其关于摆锤刀刃中线对称。 3．将试件放在试验机的支座上，使试件缺口对准刀刃中线，并背向摆锤刀刃； 4．把摆锤举起、钩住。注意：此时在摆的摆动范围内禁有人站立！ 5．将指针拨向最大值位置； 6．放下摆锤； 7．待摆锤冲过试件后，即刹住； 8．记录指针在刻度盘上指出的功能数值。 四．实验结果 根据试件尺寸和冲击功，计算冲击韧性: 0 k k A S   （5.4-2） 式中 S0—为切口处的横截面面积；Ak—吸收功数值。 五．思考题 1．简要说明冲击韧性的意义及其应用； 2．冲击动载荷实验与静载荷实验有何不同？加载速度对材料的机械性能有何影响？ 3．如何判断冲击实验的结果是否有效？ 图 5.4-2 冲击试验机结构 H 40+0.5 0 1 2 1 h