材料力学金属扭转实验报告
9页1、材料力学金属扭转实验报告【实验目的】1、验证扭转变形公式,测定低碳钢的切变模量G。;测定低碳钢和铸铁的剪 切强度极限5握典型塑性材料(低碳钢)和脆性材料(铸铁)的扭转性能;2、绘制扭矩一扭角图;3、观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象,并比较它们性 质的差异;4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理,掌握其使用方法。【实验仪器】仪器名称数量参数游标卡尺10-150mm,精度CTT502微机控制电液伺服扭转试验机1最大扭矩500Nm,最大功率低碳钢、铸铁各1标准【实验原理和方法】1 测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下,其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶 矩的增加,当达到某一值时,测矩盘上的指针会出现停顿,这时指针所指示的外 力偶矩的数值即为屈服力偶矩,低碳钢的扭转屈服应力为r - 3兀式中:=加,/16为试样在标距内的抗扭截面系数。在测出屈服扭矩7;后,改用电动快速加载,直到试样被扭断为止。这时测矩 盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩必小,低碳钢的抗扭强度 为如b 4 Wp对上述两公式的来源说明如下:低碳钢试样在扭转变形过程中,利用扭转试
2、验机上的自动绘图装置绘出的 MC-(P图如图1-3-2所示。当达到图中A点时,仏与卩成正比的关系开始破坏, 这时,试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力耳,如能测得此时相应的 外力偶矩Mcp,如图1-3-3a所示,则扭转屈服应力为一 经过A点后,横截面上出现了一个环状的塑性区,如图1-3-3b所示。若材 料的塑性很好,且当塑性区扩展到接近中心时,横截面周边上各点的切应力仍未 超过扭转屈服应力,此时的切应力分布可简化成图1-7c所示的情况,对应的扭 矩7;为仏CBG厂iMeb/ 7p iI 图1-3-2低碳钢的扭转图图1-3-3低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布TZ = Jo Zq2 咖 Q = 2rJo2dp = -r:=- Wprs由于Tz=Mtz,因此,由上式可以得到.显生一 4 %无论从测矩盘上指针前进的情况,还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看,A点的位置不易精确判定,而3点的位置则较为明显。因此,一般均根据由B点 测定的来求扭转切应力卩。当然这种计算方法也有缺陷,只有当实际的应力 分布与图1-7c完全相符合时才是正确的,对塑性较小的材料差异是比较大的。 从图-6可以
3、看出,当外力偶矩超过M“后,扭转角增加很快,而外力偶矩仏 增加很小,BC近似于一条直线。因此,可认为横截面上的切应力分布如图1-7c 所示,只是切应力值比卩大。根据测定的试样在断裂时的外力偶矩Me,可求得 抗扭强度为b 4 %2. 测定灰铸铁扭转时的强度性能指标对于灰铸铁试样,只需测出其承受的最大外力偶矩Meb (方法同2),抗扭强 度为b=_%由上述扭转破坏的试样可以看出:低碳钢试样的断口与轴线垂直,表明破坏 是由切应力引起的;而灰铸铁试样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成45。角,表 明破坏是由拉应力引起的。【实验步骤】、低碳钢1、试件准备:在标距的两端及中部三个位置上,沿两个相互垂直方向各测 量一次直径取平均值,再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d。在 低碳钢试件表面画上一条纵向线和两条圆周线,以便观察扭转变形。2、试验机准备:按试验机T计算机T打印机的顺序开机,开机后须预热十 分钟才可使用。根据计算机的提示,设定试验方案,试验参数。3、装夹试件:(1) 先将一个定位环夹套在试件的一端,装上卡盘,将螺钉拧紧。再将另 一个定位环夹套在试件的另一端,装上另一卡盘;根据不同的试件标距
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