材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

HUAsystemofficeroom【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】HUAsystemofficeroom【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)變形公式，測(cè)定低碳鋼的切變模量G。；測(cè)定低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)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(gè)力學(xué)現(xiàn)象，并比較它們性質(zhì)的差別；4、理解扭轉(zhuǎn)材料實(shí)驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和工作原理，掌握其使用辦法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】儀器名稱數(shù)量參數(shù)游標(biāo)卡尺10-150mm，精度0.02mmCTT502微機(jī)控制電液伺服扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)1最大扭矩500N·m，最大功率0.4kw低碳鋼、鑄鐵各1原則【實(shí)驗(yàn)原理和辦法】1.測(cè)定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點(diǎn)處在純剪切應(yīng)力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，當(dāng)達(dá)成某一值時(shí)，測(cè)矩盤上的指針會(huì)出現(xiàn)停止，這時(shí)指針?biāo)镜耐饬ε季氐臄?shù)值即為屈服力偶矩，低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為式中：為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。在測(cè)出屈服扭矩后，改用電動(dòng)快速加載，直到試樣被扭斷為止。這時(shí)測(cè)矩盤上的從動(dòng)指針?biāo)镜耐饬ε季財(cái)?shù)值即為最大力偶矩，低碳鋼的抗扭強(qiáng)度為對(duì)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(yùn)用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)上的自動(dòng)繪圖裝置繪出的圖如圖1-3-2所示。當(dāng)達(dá)成圖中點(diǎn)時(shí)，與成正比的關(guān)系開始破壞，這時(shí)，試樣表面處的切應(yīng)力達(dá)成了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力，如能測(cè)得此時(shí)對(duì)應(yīng)的外力偶矩，如圖1-3-3a所示，則扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為通過點(diǎn)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(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)展到靠近中心時(shí)，橫截面周邊上各點(diǎn)的切應(yīng)力仍未超出扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力，此時(shí)的切應(yīng)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(cè)矩盤上指針邁進(jìn)的狀況，還是從自動(dòng)繪圖裝置所繪出的曲線來看，點(diǎn)的位置不易精確鑒定，而點(diǎn)的位置則較為明顯。因此，普通均根據(jù)由點(diǎn)測(cè)定的來求扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。固然這種計(jì)算辦法也有缺點(diǎn)，只有當(dāng)實(shí)際的應(yīng)力分布與圖1-7c完全相符合時(shí)才是對(duì)的的，對(duì)塑性較小的材料差別是比較大的。從圖1-6能夠看出，當(dāng)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(rèn)為橫截面上的切應(yīng)力分布如圖1-7c所示，只是切應(yīng)力值比大。根據(jù)測(cè)定的試樣在斷裂時(shí)的外力偶矩，可求得抗扭強(qiáng)度為2.測(cè)定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)對(duì)于灰鑄鐵試樣，只需測(cè)出其承受的最大外力偶矩（辦法同2），抗扭強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力引發(fā)的?！緦?shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)】一、低碳鋼1、試件準(zhǔn)備：在標(biāo)距的兩端及中部三個(gè)位置上，沿兩個(gè)互相垂直方向各測(cè)量一次直徑取平均值，再從三個(gè)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(shí)驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：按實(shí)驗(yàn)機(jī)→計(jì)算機(jī)→打印機(jī)的次序開機(jī)，開機(jī)后須預(yù)熱十分鐘才可使用。根據(jù)計(jì)算機(jī)的提示，設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)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(biāo)距規(guī)定，將試件擱放在對(duì)應(yīng)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(biāo)距精確。將卡盤上的螺釘擰緊。（2）先按“對(duì)正”按鍵，使兩夾頭對(duì)正。如發(fā)現(xiàn)夾頭有明顯的偏差，請(qǐng)按下“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”按鍵進(jìn)行微調(diào)。將已安裝卡盤的試件的一端放入從動(dòng)夾頭的鉗口間，扳動(dòng)夾頭的手柄將試件夾緊。按“扭矩清零”按鍵或?qū)嶒?yàn)操作界面上的扭矩“清零”按鈕。推動(dòng)移動(dòng)支座移動(dòng)，使試件的頭部進(jìn)入主動(dòng)夾頭的鉗口間。先按下“試件保護(hù)”按鍵，然后慢速扳動(dòng)夾頭的手柄，直至將試件夾緊。（3）將扭角測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)臂的距離調(diào)好，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臂，使測(cè)量輥壓在卡盤上。4、開始實(shí)驗(yàn)：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(yùn)行”鍵，開始實(shí)驗(yàn)。5、統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算成果。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，清理好機(jī)器，以及夾頭中的碎屑，關(guān)斷電源。二、鑄鐵1、試件準(zhǔn)備：在標(biāo)距的兩端及中部三個(gè)位置上，沿兩個(gè)互相垂直方向各測(cè)量一次直徑取平均值，再從三個(gè)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(shí)驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：按實(shí)驗(yàn)機(jī)→計(jì)算機(jī)→打印機(jī)的次序開機(jī)，開機(jī)后須預(yù)熱十分鐘才可使用。根據(jù)計(jì)算機(jī)的提示，設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)參數(shù)。3、裝夾試件：啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)并預(yù)熱后,將試件一端固定于機(jī)器,按"對(duì)正"按鈕使兩夾頭對(duì)正后,推動(dòng)移動(dòng)支座使試件頭部進(jìn)入鉗口間.4、開始實(shí)驗(yàn)：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(yùn)行”鍵，開始實(shí)驗(yàn)。5、統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算成果。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，清理好機(jī)器，以及夾頭中的碎屑，關(guān)斷電源?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)解決】低碳鋼扭轉(zhuǎn)1.低碳鋼直徑D測(cè)量第一次測(cè)量第二次測(cè)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(cè)量第一次測(cè)量第二次測(cè)量平均值L61.55mm61.57mm61.56mm注：第二次實(shí)驗(yàn)修正標(biāo)距為1003.線性階段有關(guān)數(shù)據(jù)當(dāng)處在線性階時(shí),有扭矩M(N·m)扭角ψ(°)相對(duì)扭角ψ0(°)43.8186353.4819645.10207鑄鐵扭轉(zhuǎn)1.鑄鐵直徑d測(cè)量第一次測(cè)量第二次測(cè)量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm【實(shí)驗(yàn)成果分析】一、低碳鋼數(shù)據(jù)解決1、驗(yàn)證線性階段的數(shù)據(jù)與否為一條直線，以驗(yàn)證比例極限內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角公式根據(jù)OriginalData,運(yùn)用matlab擬合實(shí)驗(yàn)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(jì)算低碳鋼模量GGGG因此，G=三、計(jì)算低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限1、低碳鋼：屈服極限：τ強(qiáng)度極限：τ2、鑄鐵強(qiáng)度極限：τ端口形狀：低碳鋼鑄鐵【實(shí)驗(yàn)思考】1、試件的尺寸和形狀對(duì)測(cè)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(jí)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(jí)加載的辦法測(cè)彈性模量答:逐級(jí)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(jí)加載辦法所求出的彈性模量可減少誤差，同時(shí)能夠驗(yàn)證材料此時(shí)與否處在彈性狀態(tài)，以確保明驗(yàn)成果的可靠性。3、碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞狀況