工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(機(jī)制-材料-汽車)

1、I笈由必種沖無瞿俄天何理it工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書主編：高波副主編：黃士濤29實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)?zāi)康? .測定低碳鋼（Q235鋼）的強(qiáng)度性能指標(biāo)：上屈服強(qiáng)度 TSU （ReH）,下屈服強(qiáng)度0sL sues（ReL）和抗拉強(qiáng)度0 b （ Rm）。2 .測定低碳鋼（Q235鋼）的塑性性能指標(biāo)：斷后伸長率5（A）和斷面收縮率 中（Z ）。3 .測定灰鑄鐵（HT200）的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度 0b （ Rm）。4 .觀察、比較低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵兩種材料的力學(xué)性能、拉伸過程及破壞現(xiàn)象。5 .學(xué)習(xí)試驗(yàn)機(jī)的使用方法。、設(shè)備和儀器1. WES-600S型電液式萬能試驗(yàn)機(jī)。2. Q235鋼和H

2、T200鑄鐵試樣，游標(biāo)卡尺，鋼直尺，劃線筆。三、試樣圖1-1試樣圖1-2低碳鋼的拉伸曲線國標(biāo)GB/T228-2002采用直徑do=10mm （名義尺寸）的圓形截面長比例試樣。四、實(shí)驗(yàn)原理1）低碳鋼（Q235鋼）的拉伸實(shí)驗(yàn)將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭中，連接試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對試樣加載，計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制出載荷位移曲線。觀察試樣的受力、變形直至破壞的全過程。屈服階段反映在 F -川曲線圖上為一水平波動(dòng)線。 上屈服力Fsu是試樣發(fā)生屈服而載荷 首次下降前的最大載荷。下屈服力Fsl是試樣在屈服期間去除初始瞬時(shí)效應(yīng)（載荷第一次急劇下降）后波動(dòng)最低點(diǎn)所對應(yīng)的載荷。最大力Fb是試樣在屈服階段之

3、后所能承受的最大載荷。相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)由以下公式計(jì)算:上屈服強(qiáng)度 o-su ( ReH ) : sU=su(1-1)Ao下屈服強(qiáng)度 0sL (ReL)：6sL =FL(1-2)A抗拉強(qiáng)度 Q-b (Rm):o-b =(1-3)A測量斷后的標(biāo)距部分長度lu和頸縮處最小直徑du,按以下兩式計(jì)算其主要塑性指標(biāo)：斷后伸長率6(A)：1.1. -Lu =-一0M100%(1-4)lo式中l(wèi)o為試樣原始標(biāo)距長度，l為試樣斷后的標(biāo)距部分長度。斷面收縮率甲(Z)：= 二21A 100%Ao式中A0和Au分別是原始橫截面積和斷后最小橫截面積。移位法(亦稱為補(bǔ)償法)測定斷后的標(biāo) 距部分長度lu。在長段上從斷口 O點(diǎn)

4、起取長度基本上等 于短段格數(shù)的一段得 B點(diǎn)，再由B點(diǎn)起取等 于長段所余格數(shù)(偶數(shù))之半得 C點(diǎn)(見圖 1-3a);或取所余格數(shù)(奇數(shù))減 1與加1之 半得C與C1點(diǎn)(見圖1-3b);移位后的L1 分別為：AO+OB+2BC或者圖1-3移位法測定斷后標(biāo)距AO+OB+BC+BC1 。2)鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)鑄鐵拉伸時(shí)沒有屈服階段，斷口為平端口,只能測得其抗拉強(qiáng)度。(1-5)圖1-4鑄鐵拉伸據(jù)試樣所能承受的最大力值Fb,計(jì)算鑄鐵抗拉強(qiáng)度仃b ( Rm)：FbA0(1-6)五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .測量試樣尺寸(1)劃線。在試樣兩端劃細(xì)線標(biāo)志標(biāo)距。(2)直徑d0。在試樣標(biāo)距兩端和中間三個(gè)截面上測量直徑，每個(gè)截面在相

5、互垂直方向 各測量一次，取其平均值。用三個(gè)平均值中最小值計(jì)算試樣橫截面面積，數(shù)據(jù)列表記錄。(3)標(biāo)距長度10。量取標(biāo)距計(jì)算長度10。2 .開機(jī)打開試驗(yàn)機(jī)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源。3 .實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置按實(shí)驗(yàn)要術(shù)，通過試驗(yàn)機(jī)操作軟件設(shè)量試樣尺寸等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。4 .測試通過試驗(yàn)機(jī)操作軟件控制橫梁移動(dòng)對試樣進(jìn)行加載，開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中注意曲線及數(shù)字顯示窗口的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)記求并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及輸出根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過打印機(jī)輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及曲線。6 .斷后試樣觀察及測量取下試樣，注意觀察試樣的斷口。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求測量試樣的延伸率及斷面收縮率7 .關(guān)機(jī)關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

6、電源。清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場.將相關(guān)儀器還原。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 .實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄參考表1-1和表1-2填寫。表1-1試樣原始尺寸材料原始標(biāo)距l(xiāng)0 (mm)原始橫截向直徑 do(mm)原始最小橫截回積一 /2、A0 (mm )IIIIII12平均12平均12平均低碳鋼100鑄鐵/表1-2試樣斷后尺寸斷后標(biāo)距l(xiāng)u （mm）斷后縮頸處最小直徑du （mm）斷后最小橫截面積Au（mm2）12平均2 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理低碳鋼據(jù)F -曲線（拉伸圖）和試樣屈服后所承受的最大力值Fb計(jì)算力軸（F軸）每毫米代表的力值，進(jìn)而確定上屈服力Fsu和下屈服力FsL的大小。按公式（1-1） （1-3）計(jì)算上屈服強(qiáng)度rsu、下屈服強(qiáng)

7、度0sL和抗拉強(qiáng)度abo按公式（1-4）和（1-5）計(jì)算斷后伸長率 8 和斷面收縮率中。鑄鐵據(jù)試樣所承受的最大力值 Fb,按公式（1-6）計(jì)算抗拉強(qiáng)度Tbo七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 .包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)備名稱、型號(hào)，實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄（列表表示）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理， 分析討論。2 .打印試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪制的F -Al圖附于實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)。3 .打印試樣斷裂后形狀圖片（可畫在數(shù)據(jù)記錄和處理欄內(nèi)）。用移位法測定或直接測量 斷后收縮率的計(jì)算過程。八、思考題1 .拉伸實(shí)驗(yàn)可以測定哪些力學(xué)性能？2 . Q235鋼的拉伸過程的四個(gè)階段？3 .鑄鐵試樣拉伸，斷口為何是平截面？實(shí)驗(yàn)二 金屬材料的彈性模量E實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)?zāi)康? .測定金

8、屬材料的彈性模量 E。2 .驗(yàn)證胡克定律。、設(shè)備和儀器1. WES-600S型電液式萬能試驗(yàn)機(jī)。2. Q235鋼和HT200鑄鐵試樣，游標(biāo)卡尺，鋼直尺，劃線筆。三、試樣國標(biāo)GB/T228-2002采用直徑d=10mm （名義尺寸）的圓形截面長比例試樣。四、實(shí)驗(yàn)原理?xiàng)U件承受軸向載荷時(shí)，在比例極限內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變遵循胡克定律:0=E ;(2-1)式中，力沿拉力方向的線應(yīng)變（或稱縱向線應(yīng)變），E為材料的彈性模量。同時(shí)試件的橫向線應(yīng)變 廣與縱向線應(yīng)變 名之間存在著以下關(guān)系：F e e=-=-（2-2）e e式中，n稱為橫向變形系數(shù)或泊松比。lu l0lo(2-3)式中l(wèi)o為試樣原始標(biāo)距長度，l為試樣斷后

9、的標(biāo)距部分長度。Ao - AAo(2-4)式中Ao和Au分別是原始橫截面積和斷后最小橫截面積。五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .測量試樣尺寸(1)劃線。在試樣兩端劃細(xì)線標(biāo)志標(biāo)距。(2)直徑d0。在試樣標(biāo)距兩端和中間三個(gè)截面上測量直徑，每個(gè)截面在相互垂直方向 各測量一次，取其平均值。用三個(gè)平均值中最小值計(jì)算試樣橫截面面積，數(shù)據(jù)列表記錄。(3)標(biāo)距長度10。量取標(biāo)距計(jì)算長度10。2 .開機(jī)打開試驗(yàn)機(jī)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源。3 .實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置按實(shí)驗(yàn)要術(shù)，通過試驗(yàn)機(jī)操作軟件設(shè)量試樣尺寸等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。4 .測試通過試驗(yàn)機(jī)操作軟件控制橫梁移動(dòng)對試樣進(jìn)行加載，開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中注意曲線及數(shù)字顯示窗口的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)記求

10、并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及輸出根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過打印機(jī)輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及曲線。6 .斷后試樣觀察及測量取下試樣，注意觀察試樣的斷口。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求測量試樣的延伸率及斷面收縮率7 .關(guān)機(jī)關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源。清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場.將相關(guān)儀器還原。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 .采用實(shí)驗(yàn)一金屬材料拉伸的數(shù)據(jù)。2 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理計(jì)算彈性模量E ,采用方法最小二乘法或在曲線的直線段部分(彈性變形階段)選取N點(diǎn)(至少五個(gè)點(diǎn)以上)。表2-1數(shù)據(jù)記錄12345F ( kN )A ( mm)仃(MPa )zE (GPa)七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 .包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)備名稱、型號(hào)，實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄（列表表示

11、）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理, 分析討論。2 .試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪制的 F - Al圖附于實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)。八、思考題1 .試件尺寸、形狀對測定彈性模量E和泊松比v有無影響？為什么？2 .觀察鋁材的彈性模量電測法。實(shí)驗(yàn)三金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .測定低碳鋼（Q235鋼）的壓縮屈服點(diǎn) 仃,和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度 仃b,。 scbc2 .觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、設(shè)備和儀器1. WES-600訓(xùn)電液式萬能試驗(yàn)機(jī)。2. Q235鋼和HT200鑄鐵試樣，游標(biāo)卡尺，鋼直尺，劃線筆。三、試樣采用中15M 25 （名義尺寸）的圓柱形試樣。四、實(shí)驗(yàn)原理低碳鋼（Q235鋼）試樣壓縮圖如圖 3-1b所示。試

12、樣開始變形時(shí)，服從胡克定律，呈 直線上升，此后變形增長很快， 材料屈服。此時(shí)載荷暫時(shí)保持恒定或稍有減小，這暫時(shí)的恒 定值或減小的最小值即為壓縮屈服載荷Fsc。有時(shí)屈服階段出現(xiàn)多個(gè)波峰波谷，則取第一個(gè)波谷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷Fsc。爾后圖形呈曲線上升，隨著塑性變形的增長，試樣橫截面相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至可以壓成薄餅形狀（如圖3-1a所示）而不破裂，因此測不出抗壓強(qiáng)度。鑄鐵試樣壓縮圖如圖 3-2a所示。載荷達(dá)最大值Fbc后稍有下降，然后破裂，能聽到沉悶 的破裂聲。鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，破裂面與軸線大約成45,這主要是由切應(yīng)力造成的。(a)(b)(b)圖

13、3-1低碳鋼試樣壓縮圖圖3-2鑄鐵試樣壓縮圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .測量試樣尺寸用游標(biāo)卡尺在試樣高度重點(diǎn)處兩個(gè)相互垂直的方向上測量直徑，取其平均值，記錄數(shù)據(jù)。2 .開機(jī)打開試驗(yàn)機(jī)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源。3 .實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置按實(shí)驗(yàn)要術(shù)，通過試驗(yàn)機(jī)操作軟件設(shè)量試樣尺寸等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。4 .測試通過試驗(yàn)機(jī)操作軟件控制橫梁移動(dòng)對試樣進(jìn)行加載，開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中注意曲線及數(shù)字顯示窗口的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)記求并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及輸出根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過打印機(jī)輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及曲線。6 .斷后試樣觀察及測量取下試樣，注意觀察試樣的斷口。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求測量試樣的延伸率及斷面收縮率7 .關(guān)機(jī)關(guān)

14、閉試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源。清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場.將相關(guān)儀器還原。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 .參考表3-1記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。表3-1實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄參考表材料直徑do(mm)橫截面面積A0(mm2)屈服載荷Fsc(KN)成人載何Fbc(KN)12平均低碳鋼鑄鐵2 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理據(jù)低碳鋼（Q235鋼）壓縮實(shí)驗(yàn)所得到的屈服載荷Fsc計(jì)算低碳鋼的壓縮屈服點(diǎn)asc：-scFscA0(3-1)據(jù)鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)所得到的最大載荷Fbc計(jì)算鑄鐵的抗壓強(qiáng)度仃bc：二 bcFbcA0(3-2)七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)備名稱、型號(hào)，實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄（列表表示）與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，試樣破壞形狀示意圖，分析討論。八、思考題1 .低碳

15、鋼試樣壓縮后為什么成鼓形？鑄鐵試樣壓縮是發(fā)生什么破壞？其原因是什么？2 .低碳鋼拉伸時(shí)可測得試樣所能承受的最大載荷Fb ,壓縮時(shí)測不到最大載荷，為什么說它是拉壓等強(qiáng)度材料？鑄鐵是拉壓等強(qiáng)度材料嗎？實(shí)驗(yàn)四 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（電子扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .測定低碳鋼的屈服點(diǎn)勾或上屈服點(diǎn)與u、下屈服點(diǎn)L和抗扭強(qiáng)度Tb。2 .測定鑄鐵抗扭強(qiáng)度d。3 .觀察并分析不同材料在扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形和破壞現(xiàn)象。、設(shè)備和儀器1 . NDW-500微機(jī)控制電子式扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)。d0L02 .游標(biāo)卡尺。三、試樣采用直徑10mm、標(biāo)距100毫米的圓形試樣，端部銃成相對兩平面以圖4-1扭轉(zhuǎn)試樣便夾持，如圖4-1所示。四、實(shí)驗(yàn)原

16、理1 .屈服點(diǎn)與、上屈服點(diǎn)與u和下屈服點(diǎn) 與L （低碳鋼）拉伸時(shí)有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料（如低碳鋼）在扭轉(zhuǎn)時(shí)同樣有屈服現(xiàn)象。 通常T-中曲線有兩種類型，見圖 4-2。扭矩保持恒定而扭轉(zhuǎn)角仍持續(xù)增加（曲線出現(xiàn)平臺(tái)）時(shí)的扭矩稱為屈服扭矩， 記作Ts （圖4-2a）,按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算所得的切應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，記作Ts,即TsWP(4-1)圖4-2有明顯屈服現(xiàn)象的T-中曲線在屈服階段，扭矩首次下降前的最大扭矩稱為上屈服扭矩，記作Tsu,按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算所得的切應(yīng)力稱為上屈服點(diǎn)，記作Ru,即su點(diǎn)WP(4-2)屈服階段中的最小扭矩稱為下屈服扭矩（不加說明時(shí)即指下屈服扭矩），記作Tk （圖3-2b）,按

17、彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算所得的切應(yīng)力稱為下屈服點(diǎn)，記作TsL ,即sL(4-3)（a）低碳鋼試樣斷口形貌（b）鑄鐵試樣斷口形貌 圖4-3試樣斷口2 .抗扭強(qiáng)度% （低碳鋼）入。從自動(dòng)記錄的試樣在斷裂前所承受的最大扭矩兀按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算得抗扭強(qiáng)度T -平曲線上讀取試樣斷裂前的最大扭矩Tb ,（圖4-3）,按下式計(jì)算抗扭強(qiáng)度：Tb3 （4-4）WP在試驗(yàn)過程中，試樣直徑不變，由于低碳鋼 抗剪切能力小于其抗拉能力，而橫截面上切應(yīng)力 具有最大值，故斷口為平斷口 （圖4-2a）。說明：在扭轉(zhuǎn)彈性階段，試樣圓截面上的應(yīng)力沿半徑線性分布。對試樣緩慢加載，試樣橫截面邊緣處材料首先進(jìn)入屈服，而整個(gè)截面的絕大部分區(qū)域內(nèi)

18、仍處于彈性狀態(tài)（圖4-4a ）。此后，由于材料屈服而形成的塑性區(qū)不斷向中心擴(kuò)展，橫截面上出現(xiàn)了一個(gè)環(huán)狀的塑性區(qū) （圖4-4b）。當(dāng)橫截面上的應(yīng)力均達(dá)到屈服點(diǎn)后，材料全部進(jìn)入塑性（圖4-4c）。圖4-4低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的切應(yīng)力分布(a) T=Ts； (b) TsTTu ; (c) T=Tu試驗(yàn)機(jī)測量出的屈服扭矩實(shí)際上是橫截面上相當(dāng)部分區(qū)域屈服時(shí)的扭矩值，所測的得 的破壞扭矩值也是這樣。因此按前述公式計(jì)算得到的剪切屈服點(diǎn)和抗扭強(qiáng)度均比實(shí)際增大。二 d312若按全面屈服考慮（圖 4-4c）,對應(yīng)的扭矩為:djd-2Tu = Js：2 二飛：=2：s；：2d： =考慮到材料剛開始進(jìn)入屈服

19、時(shí)的外扭矩值很難精確判定,因此,般均根據(jù)全面屈服時(shí)測定的外扭矩值來計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力區(qū)，即:s衛(wèi)4Wp(4-5)上式是在理想彈塑性情況下導(dǎo)出的，因此對于有較長屈服階段,或強(qiáng)化現(xiàn)象不明顯的塑性材料比較吻合。對于塑性較差的材料則有較大誤差。由實(shí)驗(yàn)測得試樣在斷裂時(shí)的扭力偶矩Tb ,按下式計(jì)算抗扭強(qiáng)度:b 4WP(4-6)上式是Nadai扭轉(zhuǎn)塑性理論公式中略去了一項(xiàng)后得到的，而略去的這一項(xiàng)不一定是高階小量，因此公式是近似的。3.抗扭強(qiáng)度7b （鑄鐵）鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線T -邛有明顯的非線性偏離，變形很小就突然破裂。由于在與桿軸線成45度角的面上，分別受到主應(yīng)力 5 =工和仃3=-7的作用,而鑄鐵的抗拉能力較抗

20、剪切能力弱，故沿與軸線成 45度方向被拉斷，斷裂面呈螺旋面(見圖4-3b)。據(jù)斷裂前的最大扭矩Tb ,按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算抗扭強(qiáng)度Tb :五、實(shí)驗(yàn)步驟1.測量試樣尺寸(4-7)在試樣的標(biāo)距兩端及其中間處兩個(gè)相互垂直的方向上各測一次直徑,計(jì)算三處測量直徑的平均值，取三處直徑平均值中的最小值計(jì)算試樣的抗扭截面系數(shù)WP,以三處直徑平均值的均值計(jì)算試樣的極慣性矩I P。記錄表4-1。材料直徑do (mm)抗扭截面模量Wp(mm3)極慣性矩I p4、 (mm )IIIIII12平均12平均12平均低碳鋼鑄鐵表4-1試樣原始尺寸記錄及處理列表2.試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備打開試驗(yàn)機(jī)電源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)及測試軟件，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。

21、加載速度按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)選擇(屈 服前應(yīng)在6 / min U 30； / min范圍內(nèi)，屈服后不大于 360 / min 。3.安裝試樣注意試樣的對中和夾緊，移動(dòng)固定夾具。4.測試點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，按預(yù)先設(shè)定的測試程序?qū)υ嚰M(jìn)行加載，直至試件斷裂。保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),同時(shí)輸出試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在測屈服點(diǎn)及抗扭強(qiáng)度時(shí)， 應(yīng)注意觀察試樣變形及破壞情況。取下試樣，觀察并分析斷口形貌和形成原因。5.關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源。清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場.將相關(guān)儀器還原。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 .試樣原始尺寸記錄及處理參考表4-1進(jìn)行。2 .按公式（4-5）和（4-6）分別計(jì)算低碳鋼的剪切屈服極限人和剪切強(qiáng)度極限Fb。3 .按公式（4-7 ）計(jì)

22、算鑄鐵的抗扭強(qiáng)度 Tb。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、原始數(shù)據(jù)（包括原始測量數(shù)據(jù)和測試曲線）。2 .在實(shí)驗(yàn)曲線中標(biāo)示出屈服扭矩Ts及最大扭矩Tb （測屈服點(diǎn)及抗扭強(qiáng)度）。3 .試件斷口形貌描述和破壞斷口形貌分析（測屈服點(diǎn)及抗扭強(qiáng)度）。4 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析。八、思考題1 .根據(jù)低碳鋼和鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)破壞的情況分析破壞原因。2 .鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞斷裂面為何是45度螺旋面而不是45度平面？實(shí)驗(yàn)四 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（手動(dòng)扭力試驗(yàn)機(jī)）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .測定低碳鋼的剪切屈服極限 7s及剪切強(qiáng)度極限Tb。2 .測定鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限 卻。3 .觀察并比較低碳鋼及鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞的情況。.、設(shè)備和儀器1

23、 .扭力試驗(yàn)機(jī)2 .游標(biāo)卡尺扭力試驗(yàn)機(jī)是一種可對試樣施加扭矩并能指示出扭矩大小的機(jī)器。水平導(dǎo)（frj 陌跖必步?jīng)_&一10電動(dòng)機(jī)圖4-1 K-50型扭力試驗(yàn)機(jī)外形圖試驗(yàn)機(jī)采用機(jī)械傳動(dòng)加載，用擺式機(jī)構(gòu)測示扭矩。它的量程隨所用擺錘的不同重量而分三種：100N - m(10Kg m)、200N m(20Kg m)500N m(50Kg m1 ;相應(yīng)的精度分別為 0.5N - m (0.05Kg - m)、1.0N - p (0.10Kg - m)、2.0N - m (0. 20Kg m)。它適用于直徑為 10 25mm度為100700mm勺試件。其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖4-2所示。其操作步驟如下:圖4-2 K-

24、50 型扭力試驗(yàn)傳動(dòng)系統(tǒng)圖(1)檢查試驗(yàn)機(jī)夾頭1、2的形式與試件是否配合；測角度盤15置“0”；檢查自動(dòng)繪圖器工作是否正常。(2)估計(jì)試件所需的最大扭矩，選擇適宜的測力度盤12并配置相應(yīng)的擺錘13。(3)當(dāng)擺桿保持鉛直時(shí)，測力指針12應(yīng)對準(zhǔn)“零”點(diǎn)。否則，松開度盤上的螺母，轉(zhuǎn)動(dòng)度盤使指針對準(zhǔn)“零”點(diǎn)。再擰緊螺母。(4)安裝試件一一先將試件白一端放在固定夾頭2中，搖動(dòng)調(diào)距手柄 3,使活動(dòng)夾頭1連同與它在一起的齒輪箱 17沿傳動(dòng)主軸8和水平導(dǎo)軸4移動(dòng)，使試件另一端插入活動(dòng)夾頭 中后，再予以夾緊。(5)加載有手搖加載與電動(dòng)加載之分。手搖加載：將變速桿 5放在“空轉(zhuǎn)”位置，搖動(dòng)手搖柄 6,帶動(dòng)變速箱中

25、的軸II ,使傳 動(dòng)主軸8、活動(dòng)夾頭I旋轉(zhuǎn)。通過試件使固定夾頭 2也跟著旋轉(zhuǎn)。這樣，與固定夾頭連在一 起的擺桿11和擺錘13也就跟著擺起來了， 以平衡活動(dòng)夾頭加在試件上的力偶，于是試件便發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，隨受扭矩作用。因此，擺錘力矩就等于試件所承受的扭矩。擺錘在擺起時(shí)推動(dòng)與測力度盤相聯(lián)的齒桿，使齒輪和指針轉(zhuǎn)動(dòng)，于是指針便在測力度盤12上指出試件所受扭矩的大小。(6)測扭轉(zhuǎn)角一一傳動(dòng)主軸 8除帶動(dòng)活動(dòng)夾頭轉(zhuǎn)動(dòng)外，在它的一端還裝有一個(gè)測角度盤15,用它指示試件轉(zhuǎn)動(dòng)端的絕對扭轉(zhuǎn)角。測角度盤上的測角指標(biāo) 16與試件被動(dòng)端聯(lián)動(dòng),因此指標(biāo)桿在度盤上所指數(shù)值便是試件兩端的相對扭轉(zhuǎn)角。度盤最小刻度為1,因此只適用

26、于測量大變形。測角度盤上還附有一個(gè)計(jì)數(shù)裝置，可以指出試件扭轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)。(7)自動(dòng)繪圖一一如果需要記錄試驗(yàn)過程中扭矩和扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，應(yīng)在加載荷前調(diào)好自動(dòng)繪圖器的傳動(dòng)裝置、圖紙、 筆尖和墨水。筆尖由推動(dòng)測力指針的齒桿帶動(dòng)，而圖紙滾動(dòng)則與傳動(dòng)主軸 8聯(lián)動(dòng)。這樣，隨著試驗(yàn)過程的進(jìn)行， 筆尖便在圖紙上自動(dòng)地繪出 Mn中 曲線。曲線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)為扭矩，橫坐標(biāo)為試件轉(zhuǎn)動(dòng)端的絕對扭轉(zhuǎn)角。(8)注意事項(xiàng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，操作者不得離開。所見異聲或發(fā)生故障，應(yīng)立即停車。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，不得觸動(dòng)擺錘，以免影響測讀扭矩精度。采用電動(dòng)加載時(shí)，手搖柄必須先取掉，以免其飛出造成事故。三、試樣采用直徑10mm、標(biāo)距100毫米的圓形

27、試樣，端部銃成相對兩平面以便夾持，如圖 4-3 所示。圖4-3扭轉(zhuǎn)試樣四、實(shí)驗(yàn)原理將試件裝在扭力試驗(yàn)機(jī)上，開動(dòng)機(jī)器，給試件加扭矩。利用機(jī)器上的自動(dòng)繪圖裝置，可以得到M 一中曲線。這M一中曲線也叫扭轉(zhuǎn)圖。 低碳鋼試件的 M中曲線，如圖4-4所示。圖4-4低碳鋼試件扭轉(zhuǎn)圖圖中起始直線段OA表明試件在這階段中的M與邛成比例， 截面上的剪應(yīng)力 呈線性分布，如圖 4-5 (a)。在A點(diǎn)處, M與平的比例關(guān)系開始破壞，此時(shí)截面周邊上的剪應(yīng)力達(dá)到了材料的剪切屈服極限% ,相應(yīng)的扭矩記為 M。由于這時(shí)截面內(nèi)部的剪應(yīng)力尚小于 Q,故試件仍具有承載能力，M平曲線呈繼續(xù)上升的趨勢。扭矩超過Mp后，截面上的剪應(yīng)力分布

28、發(fā)生變化，如圖 4-5 (b)。在截面上出現(xiàn)了一個(gè)環(huán)狀塑性區(qū)，并隨著 M的增長，塑性區(qū)逐步向中心擴(kuò)展，M中曲線稍微上升，直到 B點(diǎn)趨于平坦，截面上各材料完全達(dá)到屈服， 扭矩度盤上的指針幾乎不動(dòng)或擺動(dòng)，此時(shí)測力度盤上指示出的扭矩或指針擺動(dòng)的最小值即為屈服扭矩M。如圖4-5 (c),根據(jù)靜力平衡條件，可以求得7與M的關(guān)系為:M s =sdAA將式中dA用環(huán)狀面積元素211Pdp表示，則有故剪切屈服極限.s3Ms4Wn式中Wn =Ms =2：s是試件的抗扭截面模量。16d/2 24n : d? sWno3(4-1 )圖4-5截面上剪應(yīng)力分布圖M 一中曲線上的C點(diǎn)時(shí),試件被剪斷。由測力度盤上的被動(dòng)計(jì)可

29、讀出最大扭矩M,與公式(4-1 )相似，可得剪切強(qiáng)度極限3Mb4Wn鑄鐵的M 中曲線如圖4 7所示。從開始受扭,直到破壞，近似為一直線，按彈性應(yīng)力公式，其剪切強(qiáng)度極限:繼續(xù)給試件加載，試件再繼續(xù)變形，材料進(jìn)一步強(qiáng)化。當(dāng)達(dá)到MbW(4-3)圖4-6 鑄鐵的扭轉(zhuǎn)圖圖4-7試沖受扭的應(yīng)力分布圖試件受扭，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，在 垂直于桿軸和平行于桿軸的各平面上作用著剪 應(yīng)力，而與桿軸成 45o角的螺旋面上。則分別 只作用著。1 =T、a3 =t的正應(yīng)力，如圖 4-7所示。由于低碳鋼的抗拉能力高于抗剪 能力，故試件沿橫截面剪斷，而鑄鐵的抗拉能力低于抗剪能力，故試件從表面上某一最弱處，沿與軸線成45o

30、方向拉斷成一螺旋面。五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .用游標(biāo)卡尺測量試件直徑，求出抗扭截面模量Wn。在試件的中央和兩端共三處,每處測一對正交方向， 取平均值作該處直徑， 然后取三處直徑最小者， 作為試件直徑d ,并據(jù)此計(jì)算Wn o表4-1試樣原始尺寸記錄及處理列表材料直徑do (mm)抗扭截面模量WP(mm3)極慣性矩I p4、 (mm )IIIIII12平均12平均12平均低碳鋼鑄鐵2 .將試件兩端裝入試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)，調(diào)整好繪圖裝置，將指針對準(zhǔn)零點(diǎn)，并將測角度 盤調(diào)整到零。3 .用粉筆在試件表面上畫一縱向線，以便觀察度件的扭轉(zhuǎn)變形情況。4 .對于低碳鋼試件，可以先用手動(dòng)緩慢而均勻地加載，當(dāng)測力指針前進(jìn)速度漸漸減慢 以至停留不動(dòng)或擺動(dòng)，這時(shí)，它表明的值就是MS (注意：指針停止不動(dòng)時(shí)間很短，因此要留心觀察)，直至試件破壞并立即停車。記下被動(dòng)指針?biāo)傅淖畲笈ぞ?，注意觀察測角度盤的讀數(shù)。5 .鑄鐵試件的試驗(yàn)步驟與低碳鋼相同，可直接用電動(dòng)加載，記錄試件破壞時(shí)的最大扭矩值。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 .試樣原始尺寸記錄及處理參考表4-1進(jìn)行。2 .按公式（4-