材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)實驗報告

材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)實驗報告【實驗?zāi)康摹?、驗證扭轉(zhuǎn)變形公式，測定低碳鋼的切變模量G。；測定低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限€握典型塑性材料（低碳鋼）和脆性材料（鑄鐵）的扭轉(zhuǎn)性能；b2繪制扭矩一扭角圖；3觀察和分析上述兩種材料在扭轉(zhuǎn)過程中的各種力學(xué)現(xiàn)象，并比較它們性質(zhì)的差異;4了解扭轉(zhuǎn)材料試驗機的構(gòu)造和工作原理，掌握其使用方法。【實驗儀器】儀器名稱數(shù)量參數(shù)游標(biāo)卡尺，精度微機控制電液伺服扭轉(zhuǎn)試驗機最大扭矩 ?，最大功率低碳鋼、鑄鐵各標(biāo)準(zhǔn)【實驗原理和方法】測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標(biāo)試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加,當(dāng)達(dá)到某一值時，測矩盤上的指針會出現(xiàn)停頓，這時指針?biāo)甘镜耐饬ε季氐臄?shù)值即為屈服力偶矩M，低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為es式中：W，兀d3/16為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。p在測出屈服扭矩T后，改用電動快速加載，直到試樣被扭斷為止。這時測矩盤上的從動s指針?biāo)甘镜耐饬ε季財?shù)值即為最大力偶矩M，低碳鋼的抗扭強度為eb對上述兩公式的來源說明如下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過程中，利用扭轉(zhuǎn)試驗機上的自動繪圖裝置繪出的M-弔圖如圖e132所示。當(dāng)達(dá)到圖中A點時，M與甲成正比的關(guān)系開始破壞，這時，試樣表面處的切應(yīng)e力達(dá)到了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力€，如能測得此時相應(yīng)的外力偶矩M，如圖133a所示，s ep則扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為

經(jīng)過A點后，橫截面上出現(xiàn)了一個環(huán)狀的塑性區(qū)，如圖133b所示。若材料的塑性很好，且當(dāng)塑性區(qū)擴展到接近中心時，橫截面周邊上各點的切應(yīng)力仍未超過扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力,此時的切應(yīng)力分布可簡化成圖17c所示的情況，對應(yīng)的扭矩T為s(a)(c)T(a)(c)T=T（b）T<T<Tp s低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應(yīng)力分布由于T€M，因此，由上式可以得到s es無論從測矩盤上指針前進的情況，還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看，A點的位置不易精確判定，而B點的位置則較為明顯。因此，一般均根據(jù)由B點測定的M來求扭轉(zhuǎn)切es應(yīng)力,。當(dāng)然這種計算方法也有缺陷，只有當(dāng)實際的應(yīng)力分布與圖17c完全相符合時才是s正確的，對塑性較小的材料差異是比較大的。從圖16可以看出，當(dāng)外力偶矩超過M后,es扭轉(zhuǎn)角申增加很快，而外力偶矩M增加很小，BC近似于一條直線。因此，可認(rèn)為橫截面上e的切應(yīng)力分布如圖17c所示，只是切應(yīng)力值比,大。根據(jù)測定的試樣在斷裂時的外力偶矩sM，可求得抗扭強度為eb測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標(biāo)對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩M（方法同2），抗扭強度為eb由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣可以看出：低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直，表明破壞是由切應(yīng)力引起的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成45。角，表明破壞是由拉應(yīng)力引起的?！緦嶒灢襟E】一、低碳鋼1試件準(zhǔn)備：在標(biāo)距的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，以便觀察扭轉(zhuǎn)變形。2試驗機準(zhǔn)備：按試驗機一計算機一打印機的順序開機，開機后須預(yù)熱十分鐘才可使用。根據(jù)計算機的提示，設(shè)定試驗方案，試驗參數(shù)。3裝夾試件：（）先將一個定位環(huán)夾套在試件的一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一個定位環(huán)夾套在試件的另一端，裝上另一卡盤；根據(jù)不同的試件標(biāo)距要求，將試件擱放在相應(yīng)的形塊上，使兩卡盤與形塊的兩端貼緊，保證卡盤與試件垂直，以確保標(biāo)距準(zhǔn)確。將卡盤上的螺釘擰緊。（）先按“對正”按鍵，使兩夾頭對正。如發(fā)現(xiàn)夾頭有明顯的偏差，請按下“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”按鍵進行微調(diào)。將已安裝卡盤的試件的一端放入從動夾頭的鉗口間，扳動夾頭的手柄將試件夾緊。按“扭矩清零”按鍵或試驗操作界面上的扭矩“清零”按鈕。推動移動支座移動，使試件的頭部進入主動夾頭的鉗口間。先按下“試件保護”按鍵，然后慢速扳動夾頭的手柄，直至將試件夾緊。（）將扭角測量裝置的轉(zhuǎn)動臂的距離調(diào)好，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動臂，使測量輥壓在卡盤上。4開始試驗：按“扭轉(zhuǎn)角清零”按鍵，使電腦顯示屏上的扭轉(zhuǎn)角顯示值為零。按“運行”鍵，開始試驗。5記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后，取下試件，觀察分析斷口形貌和塑性變形能力，填寫實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。6試驗結(jié)束：試驗結(jié)束后，清理好機器，以及夾頭中的碎屑，關(guān)斷電源。二、鑄鐵、試件準(zhǔn)備：在標(biāo)距的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，以便觀察扭轉(zhuǎn)變形。、試驗機準(zhǔn)備：按試驗機f計算機f打印機的順序開機，開機后須預(yù)熱十分鐘才可使用。根據(jù)計算機的提示，設(shè)定試驗方案，試驗參數(shù)。3裝夾試件：啟動扭轉(zhuǎn)試驗機并預(yù)熱后將試件一端固定于機器按對正按鈕使兩夾頭對正后推動移動支座使試件頭部進入鉗口間4開始試驗：按“扭轉(zhuǎn)角清零”按鍵，使電腦顯示屏上的扭轉(zhuǎn)角顯示值為零。按“運行”鍵，開始試驗。5記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后，取下試件，觀察分析斷口形貌和塑性變形能力，填寫實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。、試驗結(jié)束：試驗結(jié)束后，清理好機器，以及夾頭中的碎屑，關(guān)斷電源。【實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】一一低碳鋼扭轉(zhuǎn)低碳鋼直徑測量第一次測量第二次測量平均值上部中部下部低碳鋼定位環(huán)間距測量第一次測量第二次測量平均值注：第二次實驗修正標(biāo)距為線性階段相關(guān)數(shù)據(jù)當(dāng)處于線性階時有扭矩 ?扭角屮（相對扭角屮（

二鑄鐵扭轉(zhuǎn)鑄鐵直徑測量第一次測量第二次測量平均值上部中部下部【實驗結(jié)果分析】一、低碳鋼數(shù)據(jù)處理、驗證線性階段的數(shù)據(jù)是否為一條直線，以驗證比例極限內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角公式根據(jù) 運用 擬合實驗數(shù)據(jù)則選取數(shù)據(jù)如下表數(shù)據(jù)用 繪制的圖如下滿足線性關(guān)系二、計算低碳鋼模量所以， 三、計算低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限€b1、低碳鋼：屈服極限：-一 強度極限:、鑄鐵強度極限:端口形狀：低碳鋼 鑄鐵【實驗思考】、試件的尺寸和形狀對測定彈性模量有無影響為什么答：彈性模量是材料的固有性質(zhì)，與試件的尺寸和形狀無關(guān)。2逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同為什么必須用逐級加載的方法測彈性模量答逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量不相同，采用逐級加載方法所求出的彈性模量可降低誤差，同時可以驗證材料此時是否處于彈性狀態(tài),以保證實驗結(jié)果的可靠性。3碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不同分析其原因答：碳鋼扭轉(zhuǎn)形變大，有