1、精選文檔材料力學金屬扭轉試驗報告【試驗目的】1、驗證扭轉變形公式，測定低碳鋼的切變模量G。；測定低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限握典型塑性材料（低碳鋼）和脆性材料（鑄鐵）的扭轉性能； 2、繪制扭矩一扭角圖；3、觀看和分析上述兩種材料在扭轉過程中的各種力學現(xiàn)象，并比較它們性質的差異；4、了解扭轉材料試驗機的構造和工作原理，把握其使用方法。【試驗儀器】儀器名稱數(shù)量參數(shù)游標卡尺10-150mm，精度0.02mmCTT502微機把握電液伺服扭轉試驗機1最大扭矩500N·m，最大功率0.4kw低碳鋼、鑄鐵各1標準【試驗原理和方法】1.測定低碳鋼扭轉時的強度性能指標試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點

2、處于純剪切應力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，當達到某一值時，測矩盤上的指針會消滅停頓，這時指針所指示的外力偶矩的數(shù)值即為屈服力偶矩，低碳鋼的扭轉屈服應力為式中：為試樣在標距內的抗扭截面系數(shù)。在測出屈服扭矩后，改用電動快速加載，直到試樣被扭斷為止。這時測矩盤上的從動指針所指示的外力偶矩數(shù)值即為最大力偶矩，低碳鋼的抗扭強度為對上述兩公式的來源說明如下：低碳鋼試樣在扭轉變形過程中，利用扭轉試驗機上的自動繪圖裝置繪出的圖如圖1-3-2所示。當達到圖中點時，與成正比的關系開頭破壞，這時，試樣表面處的切應力達到了材料的扭轉屈服應力，如能測得此時相應的外力偶矩，如圖1-3-3a所示，則扭轉屈服應力為經(jīng)過點后，橫

3、截面上消滅了一個環(huán)狀的塑性區(qū)，如圖1-3-3b所示。若材料的塑性很好，且當塑性區(qū)擴展到接近中心時，橫截面周邊上各點的切應力仍未超過扭轉屈服應力，此時的切應力分布可簡化成圖1-7c所示的狀況，對應的扭矩為圖1-3-2 低碳鋼的扭轉圖 （a） （b） （c）圖1-3-3 低碳鋼圓柱形試樣扭轉時橫截面上的切應力分布由于，因此，由上式可以得到無論從測矩盤上指針前進的狀況，還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看，點的位置不易精確判定，而點的位置則較為明顯。因此，一般均依據(jù)由點測定的來求扭轉切應力。當然這種計算方法也有缺陷，只有當實際的應力分布與圖1-7c完全相符合時才是正確的，對塑性較小的材料差異是比較大的

4、。從圖1-6可以看出，當外力偶矩超過后，扭轉角增加很快，而外力偶矩增加很小，近似于一條直線。因此，可認為橫截面上的切應力分布如圖1-7c所示，只是切應力值比大。依據(jù)測定的試樣在斷裂時的外力偶矩，可求得抗扭強度為2.測定灰鑄鐵扭轉時的強度性能指標對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩（方法同2），抗扭強度為由上述扭轉破壞的試樣可以看出：低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直，表明破壞是由切應力引起的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成角，表明破壞是由拉應力引起的。【試驗步驟】一、低碳鋼1、試件預備：在標距的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值

5、作為試件的直徑d。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，以便觀看扭轉變形。2、試驗機預備：按試驗機計算機打印機的挨次開機，開機后須預熱格外鐘才可使用。依據(jù)計算機的提示，設定試驗方案，試驗參數(shù)。3、裝夾試件：（1）先將一個定位環(huán)夾套在試件的一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一個定位環(huán)夾套在試件的另一端，裝上另一卡盤；依據(jù)不同的試件標距要求，將試件擱放在相應的V形塊上，使兩卡盤與V形塊的兩端貼緊，保證卡盤與試件垂直，以確保標距精確。將卡盤上的螺釘擰緊。（2）先按“對正”按鍵，使兩夾頭對正。如發(fā)覺夾頭有明顯的偏差，請按下“正轉”或“反轉”按鍵進行微調。將已安裝卡盤的試件的一端放入從動夾頭的鉗口

6、間，扳動夾頭的手柄將試件夾緊。按“扭矩清零”按鍵或試驗操作界面上的扭矩“清零”按鈕。推動移動支座移動，使試件的頭部進入主動夾頭的鉗口間。先按下“試件愛護”按鍵，然后慢速扳動夾頭的手柄，直至將試件夾緊。（3）將扭角測量裝置的轉動臂的距離調好，轉動轉動臂，使測量輥壓在卡盤上。4、開頭試驗：按“扭轉角清零”按鍵，使電腦顯示屏上的扭轉角顯示值為零。按“運行”鍵，開頭試驗。5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后，取下試件，觀看分析斷口形貌和塑性變形力量，填寫試驗數(shù)據(jù)和計算結果。6、試驗結束：試驗結束后，清理好機器，以及夾頭中的碎屑，關斷電源。二、鑄鐵1、試件預備：在標距的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直方向各測量

7、一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑d。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，以便觀看扭轉變形。2、試驗機預備：按試驗機計算機打印機的挨次開機，開機后須預熱格外鐘才可使用。依據(jù)計算機的提示，設定試驗方案，試驗參數(shù)。3、裝夾試件：啟動扭轉試驗機并預熱后,將試件一端固定于機器,按"對正"按鈕使兩夾頭對正后,推動移動支座使試件頭部進入鉗口間.4、開頭試驗：按“扭轉角清零”按鍵，使電腦顯示屏上的扭轉角顯示值為零。按“運行”鍵，開頭試驗。5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后，取下試件，觀看分析斷口形貌和塑性變形力量，填寫試驗數(shù)據(jù)和計算結果。6、試驗結束：試驗結束后，清理

8、好機器，以及夾頭中的碎屑，關斷電源。【試驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】一. 低碳鋼扭轉1.低碳鋼直徑D測量第一次測量其次次測量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm2.低碳鋼定位環(huán)間距L測量第一次測量其次次測量平均值L61.55mm61.57mm61.56mm注：其次次試驗修正標距為1003.線性階段相關數(shù)據(jù)當處于線性階時,有扭矩M(N·m)扭角(°)相對扭角0(°)43.8186353.4819645.10207二. 鑄鐵扭轉1.鑄鐵直徑d測量第一次測量其次次測量平均值

9、上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm【試驗結果分析】一、低碳鋼數(shù)據(jù)處理1、驗證線性階段的數(shù)據(jù)是否為一條直線，以驗證比例極限內的扭轉角公式依據(jù)Original Data,運用matlab擬合試驗數(shù)據(jù)則選取數(shù)據(jù)如下表數(shù)據(jù)LoadV5.00637.503010.00312.53015.00617.49220.00122.517PosV0.95591.33851.68822.01672.32192.62182.90533.1942LoadV25.00827.50030.02232.51935.0113

10、7.50640.01442.5016PosV3.47773.76114.03334.31624.60044.87295.14505.4336用matlab繪制的圖如下滿足線性關系二、計算低碳鋼模量GG1=T1L1IP=43.81863×100×10-345.10207×9.817×10-10×180Pa=5.6703GPaG2=T2L2IP=96.08313×100×10-3895.0185×9.817×10-10×180Pa=0.62313GPaG3=T3L3IP=105.35714×

11、;100×10-31732.0889×9.817×10-10×180Pa=0.35501GPa所以，G=i=1nGi=G1+G2+G33=5.6703+0.62313+0.355013GPa=2.21615GPa三、計算低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限1、低碳鋼：屈服極限：s=34M1Wb=34×43.81863x10x10-32×9.817×10-10Pa=167.4MPa強度極限：b=34M2Wb=34×106.4582x10x10-32×9.817×10-10Pa=406.65MPa2、鑄鐵強度極限：b=M0Wb=53.17x10x10-32×9.817×10-10Pa=270.8MPa端口外形： 低碳鋼 鑄鐵【試驗思考】1、試件的尺寸和外形對測定彈性模量有無影響?為什么?答：彈性模量是材料的固有性質，與試件的尺寸和外形無關。2、逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同?為什么必需用逐級加載的方法測彈性模量?答: 逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量不相同，接受逐級加載方法所求出的彈性模量可降低誤差，同時可以驗證材料此時是否處于彈性狀態(tài)，以保證明驗結果的牢靠性。3