1、姓名：鐘燕平_學號：5902411050專業班級：本碩111班班級編號：S088實驗時間-14時00分 第9星期三座位號： 教師編號：成績：金屬扭轉破壞實驗、剪切彈性模量的測定一、實驗目的和要求X測定低碳鋼的剪切屈服點耳、抗剪強度q和鑄鐵的抗剪強度訂觀察扭 矩戶扭轉角曲線(八®曲線人2、觀察兩類材料試樣扭轉破壞斷口形貌，井進行比較和分析。3、測定低碳鋼的剪切彈性模景7。4、驗證圓截面桿扭轉變形的胡克定律二實驗設備和儀器K微機控制扭轉試驗機.2游標卡尺。3、裝夾丁具&三、實驗原理和方法遵照國家標準(GB/T10128-1988)采用圓截面試樣般扭轉試驗，可以測走各 種工程材料在

2、純剪切情況下的力學性能*如材料的剪切屈服點兀和抗剪強度兀 等*圓截面試樣須按上述國家標準制成(如圖4“所示h試樣兩端胸夾持段銳削， 為平面，這樣可以有效地防止試驗時試樣在試驗機卡頭中打滑.試驗機軟伸的繪圖系統可繪制扭矩_扭轉角曲線，簡稱叛轉曲線（圖42冬b中的廠"曲線兒從圖42a可以看到，低碳鋼試樣的扭轉試驗曲線由彈性階段（加段八屈服階段Sb段）和強化階段段）構成，但屈服階段和強化階段均不像拉伸試驗曲線中那么明顯。由于強化階段的過程很長， 圖中只繪出其開始階段和最后階段，破壞時實驗段的扭角可達10 n以上a）低碳鋼占橫截面絕大部分的內層沒有明顯的屈服現象。當扭矩試樣會表現出明顯的屈服

3、b）鑄鐵圖所示的鑄鐵試樣扭轉曲線可近似的視為直線（與拉伸曲線相似，沒有明顯的直線段），試樣破環時的扭轉形變比拉伸時的形變要明顯的多。從扭轉試驗機上可讀取的試樣的屈服扭矩Ts和破環扭矩 Tb。由：廠.2 1和抵 =人/附寸計算材料的屈服剪切點和抗剪切強度。需要指出的是，對于塑形材料，采用實心圓截面試樣測量得到的屈服點和抗剪強度，高于薄壁圓環截面試樣的測量值，這是因為實心園截面試樣扭轉時橫截面切應力分布不均 勻所致。當園截面試樣橫截面的最外層切應力達到剪切強度屈服點時, 應力仍低于彈性極限，因此此時試樣仍表現為彈性行為， 繼續增加使橫截面大部分區域的切應力均達到剪切屈服點時,現象，此時的扭矩比真實

4、的屈服扭矩要大一點，對于破環扭矩也會有同樣的情況。低碳 鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉破環斷口形貌有很大的差別斷面是最大切應力作用面， 斷口較 為平齊，可知剪切破壞，圖 2所示為鑄鐵試樣的斷面是與試樣軸成 45度角的螺旋面斷 面是最大拉應力作用面，斷口較為粗糙，因而是最大拉應力造成的拉伸斷裂破壞。材料的剪切彈性模量G遵照國家標®(GB/T!OI281988河由圓截面試樣的 扭轉試驗測定*在彈性范圍內進行圓截而試樣扭轉試驗吋，扭矩與揺轉角之間的 關系符合扭轉變形的胡克矩律切式中廠磁/32為截面的極慣性 矩。半試樣長度！和極慣性矩厶均為已知時，貝要測取扭矩堆量#廠和相應的扭 轉角增量0念、可由式

5、計算得到材料的剪切彈性模疑*實驗通常采用多級籌増量加載法，這樣不僅可以 避免人為讀取數搦產生的誤卷而且可嘆通過每次載荷増量和扭轉角增就驗證扭 轉變形的胡克定律，注意到三個彈性常數殆扯，G之間的關系6=亠由材料手冊査得 材料的彈性模杠和泊松比廠計算得到材料的剪切彈性模量G,如將計算值取作真值，可將測試得到的G值與q,值進行比較，檢驗測試誤差。四、實驗步驟(1)低碳鋼的扭轉實驗步驟首先測量試樣直徑d在試樣上安裝扭角測試樣裝置，將一個定位環套在試樣的一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一個定位環套在試樣的另一端，裝上另一個卡盤，根據不同的試樣標距要求將試樣擱放在相應的V型塊上，使卡盤與V型塊兩端緊貼，

6、保證卡盤與試樣垂直，將卡盤上的螺釘擰緊。接著將試樣機兩端夾頭對正。將已裝扭角測試實驗裝置的試樣的一端放入從動夾頭的夾口間，將試樣加緊，進行扭矩清零操作，推動移動支座，使試樣的另一端進入主動夾頭間， 進行試樣保護， 從而消除夾持扭矩，并清零扭角。進入電子扭轉實驗機應用軟件，選擇低碳鋼扭轉實驗方案，按軟 件運行鍵，開始實驗，記錄多級等增量加載實驗數據試樣被扭斷 后停機，去下試樣，注意觀察試樣破壞斷口形貌。（2）鑄鐵扭轉實驗步驟鑄鐵扭轉實驗步驟與低碳鋼扭轉實驗步驟相同。只因鑄鐵是脆性 材料，只需記錄破壞荷載數據，無需安裝扭角測量裝置。五、實驗數據記錄及處理實驗記錄及數據處理低碳鋼/mm鑄鐵/mm截面

7、d平均d最小d截面d平均d最小d9. 869.869.839.909.909.909. 869.909. 849.849.929.929.849.929.849.839.949.829.92材料低碳鋼鑄鐵試樣 尺寸nd33d = 9.86mm, W° =188.2 mmp 16兀d33d 9.90 mm ,Wp 190.5 mmp 16(1)鑄鐵數據記錄T/NM5.0969.91215.04619.93025.40330.00635.083扭角0.6261.2141.8992.6583.5724.3715.522屈 服 扭 矩 Ts二34.667實 驗 數 據N m最大扭矩 幾二 8

8、9.075N m屈服切應力s = * - 186.4 MPaWp最大扭 矩Tb =68.275 N m最大扭角=41.508 o抗切強度Eb =衛=358.4 MPa Wp抗切強度b二二478.9 MPaWp© /度T/NM40. 00544.98050.04755.04159.99765.02168.275扭角© /度6.9469.04612.27716.88523.36532.58641.805可做出扭矩-扭角曲線如下: B由圖中可知弘=68.275NM(1)低碳鋼數據記錄處理標距 -一 =50mmdo /mm9.869.869.849.849.849.82線彈性階段T

9、/NM5.00110.00415.00320.15725.032標距扭角/度0.1580.3300.5110.6880.869扭角© /度1.3871.9612.6003.1843.76屈服階段最大值 最小值T/NM39.42934.667扭角© /度5.68833.720強化階段T/NM35.27140.73350.33260.413扭角© /度53.81977.534150.702290.092T/NM70. 17580.46485.55089.075扭角© /度555.2781128.2541627.822208.197可做圖如下扭矩-標距扭角曲線

10、扭矩-扭角曲線一一 B100 “8060orxA Y40205001000150020002500X Axis Title測定低碳鋼的切變模量 G T= ( 5.003+4.999+5.154+4.875 ) /4=5.008 ( NM、二(0.172+0.181+0.177+0.181 ) /4=0.178 (°)I =3/32=9.13 x 10exp所以 G U=15.4GPa心Ip又Gtr六、思考題1.為什么低碳鋼試樣扭轉破壞斷面與橫截面重合，而鑄鐵試樣是與 試樣軸線成45°螺旋斷裂面？答：在圓桿扭轉實驗中，低碳鋼屬于剪切強度低于拉伸強度的材料， 破壞是由橫截面上的

11、最大切應力引起，并從桿的最外層沿橫截面發生 剪斷產生的，而鑄鐵是屬于拉伸強度低于剪切強度的材料，它的破壞是由-45 °斜截面上最大拉應力引起，并從桿的最外層沿著軸線約 45°傾角的螺旋形曲面發生拉斷而產生的， 故低碳鋼試樣扭轉破壞斷 面與橫截面重合，而鑄鐵試樣是與試樣軸線成 45°螺旋斷裂面。低碳鋼扭轉0.155N mra?72147,350983.96389.079Sffiis.lt 50116512Mh3013-1Q-W 16：22事開姑111靜3 | * SWJS甫昌大，”也丈檔1-Mlmo&o.|-迦7蟲生©a 16;22苗克K r nor 廣高童25S：±_ 5HH2110135b左暉針大 礙汁左醍卡梅 昭眾折擁耳圧兀由皚巒近-TFJ1啟距盍錄車停機 修止譽海 OtS-P試出時可567,g“ 一|Q.KJ7J_dP St0. 00鑄鐵扭轉占SANS南a大學丄程力亨實雀電心r附扭矩 r鼻槪1血£7妣R 廠上巨廉點-峙證皓運T菽人用戶參敷爭圖色詢甲圖應用益哎報告姑黑數器r允許卿逅歷詛蠱i-ajR«i.Ff»L 停上采徉 宓紜生細+少我大 fiw-taied' 5pace逝3( 平籐 掃.丄：曙才射疊從 馬蹴輛猖向用充: 巫枚建迥并且速度"niiri規宅非