材料力學金屬扭轉(zhuǎn)實驗報告

HUAsystemofficeroom【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】HUAsystemofficeroom【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】材料力學金屬扭轉(zhuǎn)實驗報告材料力學金屬扭轉(zhuǎn)實驗報告【實驗目的】1、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；2、繪制扭矩一扭角圖；3、觀察和分析上述兩種材料在扭轉(zhuǎn)過程中的多個力學現(xiàn)象，并比較它們性質(zhì)的差別；4、理解扭轉(zhuǎn)材料實驗機的構(gòu)造和工作原理，掌握其使用辦法?！緦嶒瀮x器】儀器名稱數(shù)量參數(shù)游標卡尺10-150mm，精度0.02mmCTT502微機控制電液伺服扭轉(zhuǎn)實驗機1最大扭矩500N·m，最大功率0.4kw低碳鋼、鑄鐵各1原則【實驗原理和辦法】1.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點處在純剪切應力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，當達成某一值時，測矩盤上的指針會出現(xiàn)停止，這時指針所批示的外力偶矩的數(shù)值即為屈服力偶矩，低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應力為式中：為試樣在標距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。在測出屈服扭矩后，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指針所批示的外力偶矩數(shù)值即為最大力偶矩，低碳鋼的抗扭強度為對上述兩公式的來源闡明以下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過程中，運用扭轉(zhuǎn)實驗機上的自動繪圖裝置繪出的圖如圖1-3-2所示。當達成圖中點時，與成正比的關(guān)系開始破壞，這時，試樣表面處的切應力達成了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應力，如能測得此時對應的外力偶矩，如圖1-3-3a所示，則扭轉(zhuǎn)屈服應力為通過點后，橫截面上出現(xiàn)了一種環(huán)狀的塑性區(qū)，如圖1-3-3b所示。若材料的塑性較好，且當塑性區(qū)擴展到靠近中心時，橫截面周邊上各點的切應力仍未超出扭轉(zhuǎn)屈服應力，此時的切應力分布可簡化成圖1-圖1-（a）（b）（c）圖1-3由于，因此，由上式能夠得到無論從測矩盤上指針邁進的狀況，還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看，點的位置不易精確鑒定，而點的位置則較為明顯。因此，普通均根據(jù)由點測定的來求扭轉(zhuǎn)切應力。固然這種計算辦法也有缺點，只有當實際的應力分布與圖1-7c完全相符合時才是對的的，對塑性較小的材料差別是比較大的。從圖1-6能夠看出，當外力偶矩超出后，扭轉(zhuǎn)角增加很快，而外力偶矩增加很小，近似于一條直線。因此，可認為橫截面上的切應力分布如圖1-7c所示，只是切應力值比大。根據(jù)測定的試樣在斷裂時的外力偶矩，可求得抗扭強度為2.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩（辦法同2），抗扭強度為由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣能夠看出：低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直，表明破壞是由切應力引發(fā)的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成角，表明破壞是由拉應力引發(fā)的。【實驗環(huán)節(jié)】一、低碳鋼1、試件準備：在標距的兩端及中部三個位置上，沿兩個互相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d。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，方便觀察扭轉(zhuǎn)變形。2、實驗機準備：按實驗機→計算機→打印機的次序開機，開機后須預熱十分鐘才可使用。根據(jù)計算機的提示，設(shè)定實驗方案，實驗參數(shù)。3、裝夾試件：（1）先將一種定位環(huán)夾套在試件的一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一種定位環(huán)夾套在試件的另一端，裝上另一卡盤；根據(jù)不同的試件標距規(guī)定，將試件擱放在對應的V形塊上，使兩卡盤與V形塊的兩端貼緊，確?？ūP與試件垂直，以確保標距精確。將卡盤上的螺釘擰緊。（2）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?qū)嶒灢僮鹘缑嫔系呐ぞ亍扒辶恪卑粹o。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。（3）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、開始實驗：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，開始實驗。5、統(tǒng)計數(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)和計算成果。6、實驗結(jié)束：實驗結(jié)束后，清理好機器，以及夾頭中的碎屑，關(guān)斷電源。二、鑄鐵1、試件準備：在標距的兩端及中部三個位置上，沿兩個互相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d。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，方便觀察扭轉(zhuǎn)變形。2、實驗機準備：按實驗機→計算機→打印機的次序開機，開機后須預熱十分鐘才可使用。根據(jù)計算機的提示，設(shè)定實驗方案，實驗參數(shù)。3、裝夾試件：啟動扭轉(zhuǎn)實驗機并預熱后,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、開始實驗：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，開始實驗。5、統(tǒng)計數(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)和計算成果。6、實驗結(jié)束：實驗結(jié)束后，清理好機器，以及夾頭中的碎屑，關(guān)斷電源?！緦嶒灁?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)解決】低碳鋼扭轉(zhuǎn)1.低碳鋼直徑D測量第一次測量第二次測量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm2.低碳鋼定位環(huán)間距L測量第一次測量第二次測量平均值L61.55mm61.57mm61.56mm注：第二次實驗修正標距為1003.線性階段有關(guān)數(shù)據(jù)當處在線性階時,有扭矩M(N·m)扭角ψ(°)相對扭角ψ0(°)43.8186353.4819645.10207鑄鐵扭轉(zhuǎn)1.鑄鐵直徑d測量第一次測量第二次測量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm【實驗成果分析】一、低碳鋼數(shù)據(jù)解決1、驗證線性階段的數(shù)據(jù)與否為一條直線，以驗證比例極限內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角公式根據(jù)OriginalData,運用matlab擬合實驗數(shù)據(jù)則選用數(shù)據(jù)以下表數(shù)據(jù)LoadV5.00637.503010.00312.53015.00617.49220.00122.517PosV0.95591.33851.68822.01672.32192.62182.90533.1942LoadV25.00827.50030.02232.51935.01137.50640.01442.5016PosV3.47773.76114.03334.31624.60044.87295.14505.4336用matlab繪制的圖以下滿足線性關(guān)系二、計算低碳鋼模量GGGG因此，G=三、計算低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限1、低碳鋼：屈服極限：τ強度極限：τ2、鑄鐵強度極限：τ端口形狀：低碳鋼鑄鐵【實驗思考】1、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、逐級加載辦法所求出的彈性模量與一次加載到最后值所求出的彈性模量與否相似為什么必須用逐級加載的辦法測彈性模量答:逐級加載辦法所求出的彈性模量與一次加載到最后值所求出的彈性模量不相似，采用逐級加載辦法所求出的彈性模量可減少誤差，同時能夠驗證材料此時與否處在彈性狀態(tài)，以確保明驗成果的可靠性。3、碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞狀況