金属材料扭转实验及弹性模量的测量.docx

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1、10姓名：钟燕平_学号：5902411050专业班级：本硕111班班级编号：S088实验时间-14时00分第9星期三「座位号：—教师编号：成绩：金属扭转破坏实验、剪切弹性模量的测定一、实验目的和要求X测定低碳钢的剪切屈服点耳、抗剪强度q和铸铁的抗剪强度『訂观察扭矩戶扭转角曲线(八®曲线人2、观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，井进行比较和分析。3、测定低碳钢的剪切弹性模景＜7。4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律二实验设备和仪器K微机控制扭转试验机.2＞游标卡尺。3、装夹丁具&三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T10128-1988)

2、采用圆截面试样般扭转试验，可以测走各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能*如材料的剪切屈服点兀和抗剪强度兀等*圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4“所示h试样两端胸夹持段锐削，为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑.10试验机软伸的绘图系统可绘制扭矩_扭转角曲线，简称叛转曲线（图4・2冬b中的厂"曲线儿从图4・2a可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（加段八屈服阶段Sb段）和强化阶段段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时实验段的

3、扭角可达10n以上1010a）低碳钢占横截面绝大部分的内层没有明显的屈服现象。当扭矩试样会表现出明显的屈服b）铸铁图所示的铸铁试样扭转曲线可近似的视为直线（与拉伸曲线相似，没有明显的直线段），试样破环时的扭转形变比拉伸时的形变要明显的多。从扭转试验机上可读取的试样的屈服扭矩Ts和破环扭矩Tb。由〕：厂.21和抵=人/附寸计算材料的屈服剪切点和抗剪切强度。需要指出的是，对于塑形材料，采用实心圆截面试样测量得到的屈服点和抗剪强度，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心园截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。当园截面试样横截面的最外

4、层切应力达到剪切强度屈服点时,应力仍低于弹性极限，因此此时试样仍表现为弹性行为，继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点时,10现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩要大一点，对于破环扭矩也会有同样的情况。低碳钢试样和铸铁试样的扭转破环断口形貌有很大的差别断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知剪切破坏，图2所示为铸铁试样的断面是与试样轴成45度角的螺旋面断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而是最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。材料的剪切弹性模量G遵照国家标®(GB/T!OI28—1988河由圆截面试样的扭转试验测定*在弹性范围

5、内进行圆截而试样扭转试验吋，扭矩与揺转角之间的关系符合扭转变形的胡克矩律①切式中「厂磁/32为截面的极惯性矩。半试样长度！和极惯性矩厶均为已知时，貝要测取扭矩堆量#厂和相应的扭转角增量0念、可由式计算得到材料的剪切弹性模疑*实验通常采用多级筹増量加载法，这样不仅可以避免人为读取数搦产生的误卷而且可叹通过每次载荷増量和扭转角增就验证扭转变形的胡克定律，注意到三个弹性常数殆扯，G之间的关系6=亠「由材料手册査得材料的弹性模杠和泊松比厂计算得到材料的剪切弹性模量G,,如将计算值取作真值，可将测试得到的G值与q,值进行比较，检验测试误差。四、

6、实验步骤(1)低碳钢的扭转实验步骤首先测量试样直径d在试样上安装扭角测试样装置，将一个定位环套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一个定位环套在试样的另一端，装上另一个卡盘，根据不同的试样标距要求将试样搁放在相应的V型块上，使卡盘与V型块两端紧贴，保证卡盘与试样垂直，将卡盘上的螺钉拧紧。接着将试样机两端夹头对正。将已装扭角测试实验装置的试样的一端放入从动夹头的夹口间，将试样加紧，进行扭矩清零操作，10推动移动支座，使试样的另一端进入主动夹头间，进行试样保护，从而消除夹持扭矩，并清零扭角。进入电子扭转实验机应用软件，选择低碳钢扭转

7、实验方案，按软件运行键，开始实验，记录多级等增量加载实验数据试样被扭断后停机，去下试样，注意观察试样破坏断口形貌。（2）铸铁扭转实验步骤铸铁扭转实验步骤与低碳钢扭转实验步骤相同。只因铸铁是脆性材料，只需记录破坏荷载数据，无需安装扭角测量装置。五、实验数据记录及处理实验记录及数据处理低碳钢/mm铸铁/mm截面d平均d最小d截面d平均d最小d9.869.869.839.909.909.909.869.909.849.849.929.929.849.929.849.839.940.9.939.829.92材料低碳钢铸铁10试样尺寸nd33d

8、=9.86mm,W°==188.2mmp16兀d33d—9.90mm,Wp——190.5mmp1610(1)铸铁数据记录T/NM5.0969.91215.04619.93025.40330.00635.083扭角0.62