2024年材料力學(xué)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一．試驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)理解微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理，并進(jìn)行操作練習(xí)。2.確定低碳鋼試樣的剪切屈服極限、剪切強(qiáng)度極限。3.確定鑄鐵試樣的剪切強(qiáng)度極限。4.觀測(cè)不一樣材料的試樣在扭轉(zhuǎn)過程中的變形和破壞現(xiàn)象。二．試驗(yàn)設(shè)備及工具扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，游標(biāo)卡尺、扳手。三．試驗(yàn)原理：塑性材料和脆性材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能。（在試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理時(shí)所支撐的理論根據(jù)。參照材料力學(xué)、工程力學(xué)書本的簡(jiǎn)介，以及有關(guān)的書籍簡(jiǎn)介，自已編寫。）四．試驗(yàn)環(huán)節(jié)1.a低碳鋼試驗(yàn)（華龍?jiān)囼?yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選用3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測(cè)量2次直徑，取其平均值；然後從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。。（2）安裝試樣：?jiǎn)?dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)控制器上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、後兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的規(guī)定，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對(duì)試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、夾頭間轉(zhuǎn)角、時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)你所安裝試樣的材料，在“試驗(yàn)方案讀取”中選擇“教學(xué)低碳鋼試驗(yàn)”，并點(diǎn)擊“加載”而確定；用鍵盤輸入試驗(yàn)編號(hào)，回車確定（按Enter鍵）；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始測(cè)試”鍵，給試樣施加扭矩；在加載過程中，注意觀測(cè)屈服扭矩的變化，記錄屈服扭矩的下限值，當(dāng)扭矩到達(dá)最大值時(shí)，試樣忽然斷裂，後按下“終止測(cè)試”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂後，從峰值中讀取最大扭矩。從夾頭上取下試樣。（5）觀測(cè)試樣斷裂後的形狀。1.b低碳鋼試驗(yàn)（青山試驗(yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選用3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測(cè)量2次直徑，取其平均值；然後從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：?jiǎn)?dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)“試驗(yàn)機(jī)測(cè)控儀”上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、後兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的規(guī)定，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對(duì)試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、夾頭間轉(zhuǎn)角、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；選擇“試驗(yàn)方案1”；用鼠標(biāo)“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗(yàn)編號(hào)”、“試驗(yàn)員”、“鋼筋長(zhǎng)度”、在“試驗(yàn)材料”中選擇“塑性”、“材料形狀”中選擇“實(shí)心”和“鋼筋直徑”等信息後，點(diǎn)擊“確定”；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；在加載過程中，注意觀測(cè)試樣屈服時(shí)扭矩的變化，并記錄屈服扭矩的下限值，當(dāng)扭矩到達(dá)最大值時(shí)，試樣忽然斷裂，後按下“停止”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂後，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀測(cè)試樣斷裂後的形狀。2.a鑄鐵試驗(yàn)（華龍?jiān)囼?yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選用3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測(cè)量2次直徑，取其平均值；然後從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。。（2）安裝試樣：?jiǎn)?dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)控制器上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、後兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的規(guī)定，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對(duì)試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、夾頭間轉(zhuǎn)角、時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)你所安裝試樣的材料，在“試驗(yàn)方案讀取”中選擇“教學(xué)鑄鐵試驗(yàn)”，并點(diǎn)擊“加載”而確定；用鍵盤輸入試驗(yàn)編號(hào)，回車確定（按Enter鍵）；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始測(cè)試”鍵，給試樣施加扭矩；當(dāng)扭矩到達(dá)最大值時(shí)，試樣忽然斷裂，後按下“終止測(cè)試”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂後，從夾頭上取下試樣，讀取峰值表中最大扭矩。（5）觀測(cè)試樣斷裂後的形狀。2.b低碳鋼試驗(yàn)（青山試驗(yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選用3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測(cè)量2次直徑，取其平均值；然後從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：?jiǎn)?dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)“試驗(yàn)機(jī)測(cè)控儀”上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、後兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的規(guī)定，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對(duì)試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、夾頭間轉(zhuǎn)角、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；選擇“試驗(yàn)方案1”；用鼠標(biāo)“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗(yàn)編號(hào)”、“試驗(yàn)員”、“鋼筋長(zhǎng)度”、在“試驗(yàn)材料”中選擇“脆性”、“材料形狀”中選擇“實(shí)心”和“鋼筋直徑”等信息後點(diǎn)擊“確定”；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；當(dāng)扭矩到達(dá)最大值時(shí)，試樣忽然斷裂，後按下“停止”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂後，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀測(cè)試樣斷裂後的形狀。五．試驗(yàn)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(dòng)極限和強(qiáng)度極限的計(jì)算公式中應(yīng)當(dāng)乘一系數(shù)3/4。原因是這樣：圓周扭轉(zhuǎn)在彈性范圍內(nèi)剪應(yīng)力分布如圖a所示，對(duì)于塑性材料，當(dāng)扭矩增大到一定數(shù)值後，試樣表面應(yīng)力先到達(dá)流動(dòng)極限，并逐漸向內(nèi)擴(kuò)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)也不停擴(kuò)大。當(dāng)扭矩達(dá)屆時(shí)，橫截面上的剪應(yīng)力都近似到達(dá)如圖c所示，在這種剪應(yīng)力分布下，流動(dòng)時(shí)剪應(yīng)力公式為。在扭矩繼續(xù)增長(zhǎng)時(shí)，試樣繼續(xù)變形，材料深入強(qiáng)化，當(dāng)試樣扭斷時(shí)，整個(gè)橫截面上的剪應(yīng)力都到達(dá)，此時(shí)最大扭矩為，因此剪切強(qiáng)度極限和流動(dòng)極限同樣，近似地.由于鑄鐵是脆性材料，應(yīng)力在橫截面上從開始受力直至破壞都保持為線性分布，當(dāng)試樣邊緣上的剪應(yīng)力達(dá)屆時(shí)，此時(shí)最大扭矩為，故仍有彈性階段的應(yīng)力公式計(jì)算強(qiáng)度極限。六．?dāng)?shù)據(jù)處理七．試驗(yàn)結(jié)論八．預(yù)習(xí)思索題1.為何扭轉(zhuǎn)試樣兩端較粗，中間較細(xì)？中間和兩端采用光滑曲線過度，而不是直角連接？2.在計(jì)算低碳鋼屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的公式中為何會(huì)出現(xiàn)3/4，而不是其他系數(shù)呢？3.假如扭轉(zhuǎn)試樣是屈服失效，請(qǐng)用最大剪應(yīng)力理論分析一下，試樣也許的斷口形狀。4.假如扭轉(zhuǎn)試樣是斷裂失效，請(qǐng)用最大正應(yīng)力理論分析一下，試樣也許的斷口形狀。5.安裝扭轉(zhuǎn)試樣為何要“把試樣水平地放在兩夾頭之間”？6.低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形要經(jīng)歷哪3個(gè)階段？九．分析思索題1.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中你是怎樣測(cè)量試樣直徑的？為何采用這種措施？2.兩種試樣的斷口形狀分別是什么樣的？怎樣解釋這種成果？3.鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷口的傾斜方向與施加扭矩的方向有無直接