材料力學扭轉實驗實驗報告.docx

扭 轉 實 驗一實驗目的：1.學習了解微機控制扭轉試驗機的構造原理，并進行操作練習。2.確定低碳鋼試樣的剪切屈服極限、剪切強度極限。3.確定鑄鐵試樣的剪切強度極限。4.觀察不同材料的試樣在扭轉過程中的變形和破壞現(xiàn)象。二實驗設備及工具 扭轉試驗機，游標卡尺、扳手。三試驗原理： 塑性材料和脆性材料扭轉時的力學性能。（在實驗過程及數(shù)據(jù)處理時所支撐的理論依據(jù)。參考材料力學、工程力學課本的介紹，以及相關的書籍介紹，自己編寫。）四實驗步驟1.a低碳鋼實驗（華龍試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動控制器上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、切應變1、切應變2、夾頭間轉角、時間的零點；根據(jù)你所安裝試樣的材料，在“實驗方案讀取”中選擇“教學低碳鋼試驗”，并點擊“加載”而確定；用鍵盤輸入實驗編號，回車確定（按Enter鍵）；鼠標點“開始測試”鍵，給試樣施加扭矩；在加載過程中，注意觀察屈服扭矩的變化，記錄屈服扭矩的下限值，當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“終止測試”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，從峰值中讀取最大扭矩。從夾頭上取下試樣。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。1.b低碳鋼實驗（青山試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動“試驗機測控儀”上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時針旋轉，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、夾頭間轉角、切應變1、切應變2、試驗時間的零點；選擇“實驗方案1”；用鼠標“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗編號”、“實驗員”、“鋼筋長度”、在“實驗材料”中選擇“塑性”、“材料形狀”中選擇“實心”和“鋼筋直徑”等信息后，點擊“確定”；鼠標點“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；在加載過程中，注意觀察試樣屈服時扭矩的變化，并記錄屈服扭矩的下限值，當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“停止”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。2.a鑄鐵實驗（華龍試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動控制器上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、切應變1、切應變2、夾頭間轉角、時間的零點；根據(jù)你所安裝試樣的材料，在“實驗方案讀取”中選擇 “教學鑄鐵試驗”，并點擊“加載”而確定；用鍵盤輸入實驗編號，回車確定（按Enter鍵）；鼠標點“開始測試”鍵，給試樣施加扭矩；當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“終止測試”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，從夾頭上取下試樣，讀取峰值表中最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。2.b低碳鋼實驗（青山試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動“試驗機測控儀”上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時針旋轉，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、夾頭間轉角、切應變1、切應變2、試驗時間的零點；選擇“實驗方案1”；用鼠標“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗編號”、“實驗員”、“鋼筋長度”、在“實驗材料”中選擇“脆性”、“材料形狀”中選擇“實心”和“鋼筋直徑”等信息后點擊“確定”；鼠標點“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“停止”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。 五實驗記錄試樣低碳鋼鑄鐵直徑（第1次）直徑（第2次）直徑（第3次）屈服載荷極限載荷破壞形狀注：低碳鋼的剪切流動極限和強度極限的計算公式中應該乘一系數(shù)3/4。原因是這樣：圓周扭轉在彈性范圍內剪應力分布如圖a所示，對于塑性材料，當扭矩增大到一定數(shù)值后，試樣表面應力先達到流動極限，并逐漸向內擴展，形成環(huán)形塑性區(qū)，如圖b所示。若扭矩逐漸增大，塑性區(qū)也不斷擴大。當扭矩達到時，橫截面上的剪應力都近似達到如圖c所示，在這種剪應力分布下，流動時剪應力公式為。在扭矩繼續(xù)增加時，試樣繼續(xù)變形，材料進一步強化，當試樣扭斷時，整個橫截面上的剪應力都達到，此時最大扭矩為，因此剪切強度極限和流動極限一樣，近似地.由于鑄鐵是脆性材料，應力在橫截面上從開始受力直至破壞都保持為線性分布，當試樣邊緣上的剪應力達到時，此時最大扭矩為，故仍有彈性階段的應力公式計算強度極限。六數(shù)據(jù)處理七實驗結論八預習思考題1.為什么扭轉試樣兩端較粗，中間較細？中間和兩端采用光滑曲線過度，而不是直角連接？2.在計算低碳鋼屈服強度和極限強度的公式中為什么會出現(xiàn)3/4，而不是其他系數(shù)呢？3.如果扭轉試樣是屈服失效，請用最大剪應力理論分析一下，試樣可能的斷口形狀。4.如果扭轉試樣是斷裂失效，請用最大正應力理論分析一下，試樣可能的斷口形狀。5.安裝扭轉試樣為什么要“把試樣水平地放在兩夾頭之間”？6.低碳鋼試樣在扭轉時的變形要經歷哪3個階段？九分析思考題1.扭轉實驗中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？2.兩種試樣的斷口形狀分別是什么樣的？怎樣解釋這種結果？3.鑄鐵試樣扭轉破壞斷口的傾斜方向與施加扭矩的方向有無直接關