工程力学实验指导书

工程力学工程力学 实验指导书实验指导书 实验规则实验规则 每次实验前要做好准备 必须做到 1 复习有关理论知识 2 阅读实验指导书 基本上了解实验目的 内容 程序及有关仪器设备的主要原理和使 用方法 3 实验前指导教师按上述要求 检查学生准备情况 不合格者不得参加实验 按照实验课程表所指定的时间 准时进入实验室 不得迟到早退 以小组为单位 在老师的指导下进行实验 1 实验小组长负责保管所有用具 组织分工 按实验步骤操作规程进行实验 2 小组成员要有分工 并要互相配合 认真地进行实验 不得独自的无目的地随意动作 以保证实验正常进行 严格遵守操作规程 爱护实验设备 1 对仪器设备的使用方法不清楚时 应向指导教师提出询问 避免造成设备损坏 2 按规定的实验步骤进行实验 不得随意改变实验方法和步骤 3 对所用仪器 工具要注意保持整洁 不得随意乱丢 4 实验中遇到异常情况或仪器损坏 小组长应立即报告指导教师进行处理 不得使用非 指定仪器 实验准备完毕请指导老师检查允许后方可开动机器进行实验 遵守课堂纪律 保持实验室内安静和清洁实验完必要整理机器 工具 桌椅 按规定 位置摆放好 实验数据要有指导教师检查后 学生才可离开实验室 按规定时间提交实验报告 报告要独立完成 书写工整 计算 图表等要清晰整齐 附一附一 万能材料试验机简介万能材料试验机简介 一 概述概述 在材料力学实验中 一般都要给试件加载 并示出荷载大小 这种试验设备称为材料试验机 它是材料试验的主要设备 在生产厂矿和科研机构有着广泛的应用 通过学习应该初步掌握它的原 理和使用方法 根据加载性质的不同 可分为静荷载试验机 例如拉力试验机 压力试验机 扭转试验机等 动荷载试验机 例如冲击试验机 疲劳试验机等 如果在同一台试验机上能分别进行拉力 压力 变曲等多种试验 则称万能材料试验机 万能试验机类型很多 有油压摆式 杠杆摆式万能试验机等 不同工厂生产的这类试验要具体 形式也不相同 但基本原理是一样的 其主要组成分为加力和测力两大部分 此外许多试验机还备 有试验曲线自动记录装置 下面仅介绍常见的夜市万能试验机 二 二 油压摆式万能试验机油压摆式万能试验机 一 结构原理 一 结构原理 这里最常用的一种试验机 类型较多 但一般只是外形不同 基本原理可表示如图 1 1 加载部分 在机器底座 1 上 装有两个固定立柱 2 它支撑着固定横头 3 和工作油缸 4 开动油泵电动机 带动油泵 5 工作 将油液从邮箱经油管 1 和送油阀送入工作油缸 从而推动工作活塞 6 上横 头 7 活动立柱 8 和活动台 9 上升 若将试件两端装卡在上下夹头 10 和 11 中 因下夹头固定不动 当活动台上升时便使试件承受拉力 输油管路中的送油阀门用来控制进入工作油缸中的油量 以便 调节对试件加载的速度 加载时回油阀门至于关于关闭位置 回油阀门打开时 则可将工作油缸中 的油液泄回油箱 活动台由于自重而下落 回到原始位置 如果拉伸试件的长度不同时 可用下夹头电动机转动底座中涡轮 使螺柱 13 上下移动 调节 下夹头的位置 注意当试件已卡紧或受力后不能再开动下夹头电视 否则 就要造成用下夹头对事 件加载 以致损伤机件 活动台的行程对拉伸和压缩区间都有规定 使用者必须遵守 2 测力部分 加载时 工作油缸中的油压推动活塞 6 的力与试件受的力成正比 如果用油管 2 将工作油 缸和测力油缸连通 此油压便推动测力活塞 15 向下移动 使拉杆拉动摆钟 16 绕支点转动而抬起 同时摆上的推杆便推动齿杆 17 使齿轮和指针 18 旋转 指针旋转的角度与油压 亦即与实践上所 承受载荷成正比 因此在测力度盘 19 上 便可读出试件受力的大小 油压相同 即表示试件受力相同 如果增加或减少摆锤的重量 指针将旋转不同的角度 即说 明指针指针旋转角度所指出的载荷大小与摆锤重量有关 一般试验机可以更换三种锤重 它对应的 有三种刻度的测力度盘 分别表示三种测力范围 例如卧室的 30 吨万能试验机的三种度盘为 0 60KN 0 150KN 0 300KN 实验时 要根据试件需载荷 A B C 也有些试验机是采用调节摆杆长 度的办法 而不是变更摆锤重量 加载前 应调整测力指针对准度盘上的零点 方法是 开动油泵电机 送油 将活动台 9 升起 1 厘米左右 然后移动摆杆上的平衡砣 20 使摆杆达到铅重位置 再旋转度盘 或转动齿杆 使指 针对准 零 点 所以先升起活动台再调零点 原因是由于上横头 活动立柱 活动台等有相当大 的重量 要一定油压才能将它们升起 但是这部分油压并为用来给试件加载 不应反映到试件载荷 的读书中去 二 操作步骤 二 操作步骤 1 检查油路上各阀门于关闭位置 换上试件相配合的夹头形式 保险开关应当有效 2 根据所需要最大荷载 选择测量度盘 放置相应的锤重 相应的调节好缓冲器 缓冲 器的作用 使保证加载后 泄油时或试件断裂时使摆锤缓慢落回 避免突然下落冲击机身 3 装好自动绘图器的传动装置 笔和纸等 4 开动油泵电机 检查运转是否正常 然后打开送油阀门 向工作油缸缓慢输油 待活 动台升起 1 厘米左右时 将送油阀门关到最小 并按上段所说方法 调整测力指针对准 零 点 并调整被动指针与之重合 被动指针的作用是当试件最大载荷时留下 指出试件受的最大载荷 5 安装试件 压缩试件必须放置垫板 拉伸试件则须调整下夹头位置 使上下夹头之间 距离与试件长度适应 并进行加紧 试件加紧之后 就不得再调整下夹头了 6 打开送油阀 用慢速度加载 此时测力指针应匀速转动 7 实验完毕 关闭送油阀 并立即停车 然后取下试件 有时要在泄油后 再取下试件 缓慢打开回油阀 将油液泄回油箱 使活动台回到原始位置 并使一切机构复原 三 注意事项 三 注意事项 1 开车前和停车后 送油阀均应缓慢进行 2 拉伸试件夹住后 不得再调整下夹头位置 3 机器运转时 操纵者不得离开 实验时不得触动摆锤 4 使用时 听见异声或发生任何故障应立即停车 三 三 试验机试件的装卡技术试验机试件的装卡技术 对于拉伸试件多采用三种方法 如图 2 为将试件卡入 V 型夹板中 此类夹头可以直接接夹住质 地较软的圆棒试件 夹持比较方便 夹持力随着作用到试件上荷载的增加而增大 缺点是如果试验 机上下夹头不同心 对试件将增生偏心载荷 不是完全轴向拉伸 给实验带来误差 图 3 为将试件 做成台阶状 然后用球面垫环垫起 此法的优点是球面垫环可以自动调节中心 也克服了试件从夹 头重活脱的现象 此种夹持方法 既适用于软质试件 而特别适于卡硬脆材料 我室 10B 试验机就 是这种装卡 图 4 为螺纹卡问 将试件两端车制成螺纹 拧入带有球面的螺纹卡头中 此法也可自 动调中 也可适用于硬脆材料 对于压缩试验 试件安装如图 5 试验时一定要把试件准确的至于试验机压板中心球形承垫上 以保证压力通过试件中心 试件的上下端再放置平整的垫板 使试件不与试验面压板直接接触 以 保护机件不损伤和原来精度 弯曲试件的安装 如图 将弯曲试件置于试验机活动台支座上 支座距离可以根据需要来调节 载荷是通过带有圆柱形的加力头来施加的 实验一 金属材料拉伸实验实验一 金属材料拉伸实验 一 实验目的一 实验目的 1 测定低碳钢 如 Q235钢这种典型塑性材料 的下列力学性能指标 下屈服强度 s 抗拉强度 b 断后伸长率 和断面收缩率 2 测定铸铁 典型脆性材料 的抗拉强度 b 3 观察塑性与脆性两种材料在拉伸过程中的各种现象 4 比较并分析低碳钢和铸铁的力学性能特点与断口破坏特征 二 实验仪器和设备二 实验仪器和设备 1 万能材料试验机 2 游标卡尺 3 试样划线器 4 试件 三 实验试样三 实验试样 试件要测定某一种材料的机械性质 试件的数量一般至少取 3 5 根为一组 取材 要有代表性 为了便于比较试验结果 必须按照国家统一标准 GB228 76 的规定加 工成标准试件或比例试件 尺寸如表 表 试件标距截面尺寸圆形试件直径 长20031420 标准的 短10031420 长 11 2 0 A 任意的任意的 比例的 短 5 65 0 A 任意的任意的 标距的为试件中段两点间的距离 作为测量拉伸变形之用 本试验室采用 0 L 的圆形截面短试件 亦可采用圆形截面短比例试样 即 L0 5d0 00 10dL 图 1 拉伸试样图 四 实验原理四 实验原理 根据 GB T 228 2002 和 ISO 6892 1998 金属材料室温拉伸试验方法 的基本要 求 分别简要叙述如下 低碳钢 低碳钢 Q235钢 拉伸实验原理钢 拉伸实验原理 做拉伸实验时 利用万能材料试验机的自动绘图装置及拉伸过程各特征点的示力 度盘读数或电子拉力试验机的 X Y 函数记录仪 可测绘出低碳钢试样的拉伸图 即 图 2 所示的拉力 F 与伸长 L L0之间关系曲线 图中起始阶段呈曲线 是由于试样头 部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙等原因造成的 分析时可将其 忽略直接把图中的直线段延长与横坐标相交于 O 点 作为其坐标原点 拉伸图形象地 描绘出钢材的受力变形特征以及各阶段受力与变形之间的关系 但同一种钢材的拉伸 曲线会因试样尺寸不同而异 为了使同一种钢材不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点 便于比较 以消除试样几何尺寸的影响 可将拉伸曲线图的纵坐标 拉力 F 除以试 样的原始横截面面积 A0 并将横坐标 伸长 L 除以试样的原始标距 L0 这样得到 的曲线便与试样尺寸无关 此曲线称为应力 应变曲线如图 1 所示 从曲线上可以看 出 它与拉伸图曲线相似 更清晰表征了钢材的力学性能 拉伸实验过程分为四个阶 段如图 2 和图 3 所示 1 弹性阶段 OA 在此阶段中的 OP 段 其拉力 F 和伸长 L 成正比关系 表明 钢材的应力 R 与延伸率 或称应变 为线性关系 完全遵循虎克定律 则 OP 段称为 线弹性阶段 故点 P 对应的应力 p称为材料的比例极限 如图 3 所示 在此弹性阶 段内可以测定材料的弹性模量 E 它是材料的弹性性质优劣的重要特征之一 实验时 如果当应力继续增加达到 A 点所对应的应力 e时 则应力与应变之间的关系不再是 线性关系 但变形仍然是弹性的 即卸除拉力后变形完全消失 这呈现出非线性弹性 性质 故 A 点对应的应力 e称为材料的弹性极限 把 PA 段称为非线性弹性阶段 工 程上对材料的弹性极限 非线性阶段 和比例极限 线弹性阶段 并不严格区分 而 是把拉力卸掉后 用精密仪器测定其不能恢复的塑性应变约为 0 02 所对应的应力值 界定为规定非比例伸长应力 或称条件弹性极限 e0 02 它是控制钢材在弹性变形范 围内工作的有效指标 在工程上很有实用价值 2 屈服阶段 AS 当应力超过弹性极限继续增加达到锯齿状曲线 SS 时 示力 度盘上的指针暂停转动或开始稍微回转并往复运动 这时在试样表面上可看到表征金 属晶体滑移的迹线 大约与试样轴线成 45 方向的螺旋线 这种现象表征试样在承受的 拉力不继续增加或稍微减小的情况下却继续伸长达到塑性变形发生 这种现象称为试 样材料的屈服 其相对应的应力称为屈服应力 或屈服强度 示力度盘的指针首次回 转前的最高应力 eH称为上屈服强度 在屈服阶段不计初始瞬时效应时的最低应力 eL称为下屈服强度 由于上屈服强度受试验速率 试样变形速率和试样形式等因素 的影响不够稳定 而下屈服强度则比较稳定 故工程中一般要求准确测定下屈服强度 eL作为材料的屈服极限 s 其计算公式为 eL s FeL A0 如果材料没有明显的屈 服现象时 工程上常用产生规定残余延伸率为 0 2 时的应力 r0 2作为规定残余延伸 强度 又称条件屈服极限 r0 2 屈服强度 或屈服极限 是衡量材料强度性能优劣的 一个重要指标 本实验要求准确测定其屈服强度 3 强化阶段 S B 当过了屈服阶段后 试样材料因发生明显塑性变形 其内部 晶体组织结构重新得到了排列调整 其抵抗变形的能力有所增强 随着拉力的增加 伸长变形也随之增加 故拉伸曲线继续上凸升高形成 S B 曲线段 称为试样材料的强 化阶段 在该阶段中试样随着塑性变形量累积增大 促使材料的力学性能也发生变化 即材料的塑性变形性能劣化 材料抵抗变形能力提高 这种特征称为形变强化或冷作 硬化 当拉力增加达到拉伸曲线顶点 B 时 示力度盘上的主动针开始返回 而被动针 所指的最大拉力为 Fm 依它求得材料抗拉强度 m Fm A0 它也是衡量材料强度性能 优劣的又一重要指标 本实验也要准确测定其抗拉强度 4 颈缩和断裂阶段 BK 对于低碳钢类塑性材料来说 在承受拉力达 Fm以前 试样发生的变形在各处基本上是均匀的 但在达到 Fm以后 则变形主要集中于试样的 某一局部区域 在该区域处横截面面积急剧缩小 这种特征就是所谓颈缩现象 试验 中试样一旦出现 颈缩 此时拉力随即下降 力度盘上的主动针继续回转 直至试样 被拉 断 则拉伸曲线由顶点 B 急剧下降至断裂点 K 故称曲线 BK 阶段为颈缩和断裂阶段 试样拉断后 弹性变形消失 而塑性变形则保留在拉断的试样上 其断口形貌成杯锥 状如图 4 所示 利用试样原始标距内的残余变形来计算材料的断后伸长率 A 和断面收 缩率 Z 其计算公式为 断后伸长率 L LL 100 0 0 断面收缩率 A AA 100 0 0 式中 L0为原始标距长度 A0为原始横截面面积 L 为试样断裂后标距长度 A 为试样断裂后颈缩处最 小横截面面积 图 5 铸铁试样拉伸图 图 6 铸铁试样断口 铸铁拉伸实验原理铸铁拉伸实验原理 对铸铁试样做拉伸实验时 利用试验机的自动绘图装置可绘出铸铁试样的拉伸图 如图 5 所示 实验表明 在整个拉伸过程中试样变形很小 无屈服和颈缩现象 拉伸 图上无明显直线段 拉伸曲线很快达到最大拉力 Fm 试样突然发生断裂 其断口平齐 粗糙 是一种典型的脆性破坏断口如图 6 所示 其抗拉强度 或强度极限 b Fm A0 它远小于低碳钢材料的抗拉强度 五 实验步骤五 实验步骤 1 检查低碳钢拉伸试件是否合格 在试件中段划线机划出标距 并在标距间每隔 1 10 刻划上圆周线 以便观察变形分布的情况 此外 如试件的断口不在中间的 便 于移中计算 以求得比较正确的延伸率 在标距两端和中间等三处截面的两相互垂直 方向上量取直径 算出三个平均值 取其中最小平均直径作为计算强度时的直径 2 根据材料的强度极限 可查手册 估算最大荷载 P 选择合适的测力度盘和调 整摆锤 使最大负荷约为测力度盘最大容量的 80 较好 3 检查试验机是否处于正常状态 如操纵机构或油门是否在正确起始位置 保险 开关 自动绘图能否正常工作等 4 关紧回油阀和进油阀 开动油泵马达后再慢慢打开进油阀 把横梁抬高 1 2cm 消除可动横梁的自重 然后关闭进油阀 停止马达 调整测力指针至零 并拨动 副针使之与主 动 针靠近 5 安装试件 对拉伸试件 先将一端夹于上夹头内 要夹足 夹正 再移动下夹 头使直达到适当位置 在夹紧试件下端时要注意使试件中心与拉力方向在一直线上 对压缩试件 则要摆正在支承的中心位置 尽量避免偏心而达到轴向受力 6 调整好自动绘图装置 并装上记录用纸和笔 以便观察其工作情况 7 开动机器 缓缓打开进油阀 慢速均匀加载 对铸铁试件加载至断裂 立即停 机 记录最大荷载 Pb 对低碳钢试件加载时 当示力盘上指针转动很慢 或者停止不 动 甚至倒退时 表明材料已达屈服阶段 记下屈服时的荷载 一般以测力指针回转 后指示的最小荷载最为屈服荷载 Ps 8 当低碳钢试件达到屈服阶段后 加载速度适当加快 对压缩试件加载至所需荷 载 立即停机 对拉伸试件 加载速度加快后载荷随变形增加达到最大值 可看到试 件开始发生截面局部缩小 即所谓的 颈缩现象 记下最大荷载 Pb 颈缩后 荷载迅 速下降 试件很快断裂 立即停机 9 取下试件 把低碳钢拉伸试件两端断口对正密合在一起 量取试件断后的标距 线之间长度 L 并在断后处两个相互垂直方向量取直径 d 取平均值 记录数据 整理 机仪 一切复原 10 观察试件断口形状 结合自动绘图装置所描绘出的 F L 曲线图 分析塑性 材料和脆性材料在拉伸和压缩过程中的异同点及其机械性质 11 拉伸实验的记录表格形式如表 4 和表 5 所示 表 4 试验前试样尺寸 原始直径 d mm 截面 截面 截面 材 料 原始标距 L0 mm 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 原始横截面 面积 A0 mm2 低碳钢 铸 铁 表 5 试验后试样尺寸 断口 颈缩 处最小直径 d mm 1 2 平均 断裂后标距长度 L mm 断口处最小横截 面面积 A mm2 低碳钢铸 铁 试样断裂后简图 六 实验结果处理六 实验结果处理 根据实验测定的数据 可分别计算出材料的强度指标和塑性指标 1 低碳钢的强度指标 强度极限 MPa A Fb b 0 屈服极限 MPa A Fs s 0 塑性指标 伸长率 L LL l100 0 0 断面收缩率 A AA 100 0 0 2 铸铁的强度指标 抗拉强度 MPa A Fb b 0 3 绘出拉伸过程中的 F L 曲线 对实验中观察到的各种现象进行分析比较 并 写入实验报告中 思考题思考题 1 低碳钢拉伸图大致可分几个阶段 每个阶段力和变形有什么关系 2 低碳钢和铸铁两种材料断口有什么不同 它们的力学性能有何不同 比较强度和 塑性 3 拉伸试验为什么要采用标准试件 4 试件载面直径相同而标距长度不同 试件的延伸率和断面收缩率是否相同 5 施工中为什么把 10 以下的钢筋拉伸 实验二 金属材料压缩实验实验二 金属材料压缩实验 一 实验目的一 实验目的 1 测定低碳钢压缩时的下屈服强度 s 2 测定铸铁压缩时的抗压强度 b 3 观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时的缩短变形和破坏现象 二 实验仪器和设备二 实验仪器和设备 1 万能材料试验机 2 游标卡尺 三 实验试样三 实验试样 对于低碳钢和铸铁类金属材料 按照 GB 7314 1987 金属压缩试验方法 的规 定 金属材料的压缩试样多采用圆柱体如图 8 所示 试样的长度 L 一般为直径 d 的 2 5 3 5 倍 其直径 d 10mm 20mm 也可采用正方形柱体试样如图 9 所示 要求试 样端面应尽量光滑 以减小摩阻力对横向变形的影响 L 2 5 3 5 d 图 8 圆柱体试样 图 9 正方形柱体试样 四 实验原理四 实验原理 低碳钢低碳钢 以低碳钢为代表的塑性材料 轴向压缩时会产生很大的横向变形 但由于试样两 端面与试验机支承垫板间存在摩擦力 约束了这种横向变形 故试样出现显著的鼓胀 效应如图 10 所示 为了减小鼓胀效应的影响 通常的做法是除了将试样端面制作得光 滑以外 还可在端面涂上润滑剂以利最大限度地减小摩擦力 低碳钢试样的压缩曲线 如图 11 所示 由于试样越压越扁 则横截面面积不断增大 试样抗压能力也随之提高 故曲线是持续上升为很陡的曲线 从压缩曲线上可看出 塑性材料受压时在弹性阶段 的比例极限 弹性模量和屈服阶段的屈服点 下屈服强度 同拉伸时是相同的 但压 缩试验过程中到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显 因此要认真仔细观察才能确 定屈服荷载 FeL 从而得到压缩时的屈服点强度 或下屈服强度 s FeL A0 由于 低碳钢类塑性材料不会发生压缩破裂 因此 一般不测定其抗压强度 或强度极限 b 而通常认为抗压强度等于抗拉强度 图 10 低碳钢压缩时的鼓胀效应 图 11 低碳钢压缩曲线 铸铁铸铁 对铸铁类脆性金属材料 压缩实验时利用试验机的自动绘图装置 可绘出铸铁试 样压缩曲线如图 12 所示 由于轴向压缩塑性变形较小 呈现出上凸的光滑曲线 压缩 图上无明显直线段 无屈服现象 压缩曲线较快达到最大压力 Fm 试样就突然发生破 裂 将压缩曲线上最高点所对应的压力值 Fm 除以原试样横截面面积 A0 即得铸铁 抗压强度 s Fm A0 在压缩实验过程中 当压应力达到一定值时 试样在与轴线 大约 45 55 的方向上发生破裂如图 13 所示 这是由于铸铁类脆性材料的抗剪强度远 低于抗压强度 从而使试样被剪断所致 图 12 铸铁压缩曲线 图 13 铸铁压缩破坏示意图 五 实验步骤五 实验步骤 1 用游标卡尺在试样两端及中间三处两个相互垂直方向上测量直径 并取其算术 平均值 选用三处中的最小直径来计算原始横截面面积 A0 2 根据低碳钢屈服荷载和铸铁最大实际压力的估计值 它应是满量程的 40 80 选择试验机及其示力度盘 并调整其指针对零 对试验机的基本要求 经国家计量部 门定期检验后应达到 1 级或优于 1 级准确度 实验时所使用力的范围应在检验范围内 3 调整好试验机上的自动绘图装置 4 将试样端面涂上润滑剂后 再将其准确地置于试验机活动平台的支承垫板中心 处 对上下承压垫板的平整度 要求 100mm 应小于 0 01mm 5 调整好试验机夹头间距 当试样端面接近上承压垫板时 开始缓慢 均匀加载 在加载实验过程中 其实验速度总的要求应是缓慢 均匀 连续地进行加载 具体规 定速度为 0 5 0 8MPa s 6 对于低碳钢试样 若将试样压成鼓形即可停止实验 对于铸铁试样 加载到试 样破裂时 可听见响声 立即停止实验 以免试样进一步被压碎 7 做铸铁试样压缩时 注意在试样周围安放防护网 以防试样破裂时碎碴飞出伤 人 六 实验结果处理六 实验结果处理 根据实验测定的数据 可分别计算出低碳钢和铸铁的强度性能指标 并按前述拉 伸实验中表 1 6 规定进行修约 1 低碳钢的下屈服强度 或屈服极限 s 指标 0 A Fms s 2 铸铁的抗压强度指标 0 A Fm b 实验三 圆轴扭转实验实验三 圆轴扭转实验 扭转实验是对杆件施加绕轴线转动的力偶矩 以测定其扭转变形和力学性能的实 验 是材料力学的一项重要实验 一 实验目的一 实验目的 1 测定碳钢的切变屈服点 剪切屈服极限 s或下屈服点 ST 抗扭强度 剪切强 度极限 b 2 测定铸铁的抗扭强度 b 3 观察 比较和分析上述两种典型材料受扭转时的变形和破坏等现象 二 实验设备二 实验设备 1 扭转试验机 2 游标卡尺 三 试样制备三 试样制备 根据 GB10128 88 金属室温扭转试验方法 中的规定 金属扭转试验所用试样为 圆形截面 推荐采用直径为 10mm 标距 L0分别为 50mm 和 100mm 平行长度 Lc分 别为 70mm 和 120mm 的试样 其头部形状和尺寸应按试验机夹头要求制备 如采用其 他直径的试样 其平行长度应为标距加上两倍直径 扭转试样的形状和尺寸以及加工 精度见图 14 图 14 圆形截面扭转试样 四 实验原理四 实验原理 圆轴承受扭转时 材料处于纯剪应力状态 因此常用扭转试验来研究不同材料在 纯剪作用下的力学性质 这对于工程中的构件的合理设计和选材是十分重要的 1 低碳钢试样的扭转试验全过程 由试验机自动绘图器绘出其扭矩 T 和扭转角 的关系曲线 如图 15 所示 由该图知 在弹性变形 OA 直线段 试样横截面上的扭矩与扭转角成正比关系 其上的剪应力亦呈线性分布 即截面最外缘的剪应力最大 中心的剪应力几乎为零 如图 16 a 所示 在这个阶段材料服从切变虎克定律 并可测定切变模量 G AB 段 为曲线部分 它表明这阶段扭矩和扭转角不再成正比关系 横截面上剪应力的分布也 不再是线性的 最外缘的剪应力首先达到剪切屈服极限 塑性区由外向里扩展 而形 成环状塑性区和截面中部未屈服的弹性区 如图 16 b 所示 随着试样继续扭转变形 塑性区不断向圆心扩展 T 曲线稍微上升 直至 B 点趋于平坦 这时塑性区几乎占 据了全部截面 剪应力趋于均匀分布如图 16 c 所示 扭矩度盘上的指针几乎不动 此时与之对应的扭矩为屈服扭矩 Ts如图 15 a 另一种情况 屈服阶段为锯齿状曲线 度盘指针首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩 Tsu 屈服阶段中最小扭矩为下屈服扭矩 TSL 如图 15 b 本次试验测定屈服扭矩或下屈服扭矩 根据测定的屈服扭矩或下屈 服扭矩按弹性扭转公式计算剪应力 即屈服点或下屈服点为 s Ts WT或 SL TSL WT 其中 WT为抗扭截面模量 试样再继续变形 材料进一步强化 到达 T 曲线上的 C 点 试件发生断裂 由 扭矩度盘上的随动指针读出试样扭断前所承受的最大扭矩 Tb 按弹性扭转公式计算抗 扭强度 b Tb WT 若要测定真实规定非比例扭转应力 tp与真实抗扭强度 tb按刘德维克 卡曼公式计