扭性模量的探究与测量

扭性模量的探究与测量熊均龙唐勇（重庆交通大学土木建筑学院重庆南岸区400074）摘要材料受到扭力时，其自身会产生一定的扭性形变，产成内应力。受到扭力一定时，不同材料发生的形变程度是不同的，工程当中对某些材料的应用时要考虑到材料的这种性质，该实验利用简单的器材，对给予材料的这种性质进行探究并且粗测。实验中利用重物悬挂法得到水平转动力矩，再利用光学放大法将待测材料的扭性形变放大展示出来，通过几个长度数据计算材料的扭性模量。实验设计中，由于不知道条形材料其长度是否是影响材料扭性形变性质的因素，所以在实验的基础上，再利用控制变量法进行探究。关键词扭性形变内应力光大法变量探究ABSTRACTMATERIALSARETORQUE,ITSOWNWILLHAVEACERTAINDEGREEOFSHEARDEFORMATION,PRODUCEDINTOINTERNALSTRESSSUBJECTTOACERTAINTORQUE,DIFFERENTMATERIALS,DEFORMATIONOCCURREDINDIFFERENTDEGREES,ENGINEERINGMATERIALS,THEAPPLICATIONOFSOMEOFTHEMTOTAKEINTOACCOUNTTHEMATERIALOFTHISNATURE,THEEXPERIMENTUSINGSIMPLEEQUIPMENT,TOGIVETHEMATERIALOFTHISNATURETOEXPLOREANDCOARSEEXPERIMENTSUSINGHEAVYWEIGHTSHANGINGLAWISTHELEVELOFROTATIONALTORQUE,REUSEOFOPTICALAMPLIFICATIONMETHODTOSHEARDEFORMATIONOFMATERIALSUNDERTESTAMPLIFICATIONDISPLAYEDTHROUGHTHELENGTHOFDATAOFSEVERALMATERIALS,SHEARMODULUSEXPERIMENTALDESIGN,BECAUSETHEYDONOTKNOWWHETHERTHELENGTHOFSTRIPMATERIALSHEARDEFORMATIONAFFECTINGTHEMATERIALPROPERTIESOFTHEELEMENTS,SOONTHEBASISOFTHEEXPERIMENT,ANDTHENEXPLORETHEUSEOFCONTROLVARIABLESMETHODKEYWORDSSHEARDEFORMATIONINNERSTRESSOPTICALAMPLIFICATIONMETHODVARIABLEINQUIRY1形变原理钢筋（工程材料）在外力扭转作用下，总会产生扭性形变，当形变不超过某一度时，外力消失后，形变随之消失，这种形变为扭性形变。发生扭性形变时，钢筋内部产生内应力。扭性模量反映的正是固体材料扭性形变与内应力的关系的物理量。本实验中形变为扭转形变，设钢筋的横截面积为S，沿切向受到转动力矩M的作用后发生形变的扭转角为，单位截面积上受到的转动力矩为M/S，为正转力矩。在扭性形变范围内，正转力矩与扭性形变成正比，即M/SA。测得参数后，再探究钢筋的长度与的关系，利用控制变量法，改变实验中用来测量的钢筋部分的长度。探究钢筋长度是否为扭性形变性质的相关量。2光学放大法光学放大装置（如图）在左边装置上固定一个氯氖激光器的光灯，照射到右边水平放置的刻度尺上，形成光点。在钢筋发生扭性形变前后，读出光点位移X，所以，转角X/L（XL）LLD/2D为钢筋直径3转动力矩实验中悬挂在两边的重物质量都为M，转动力矩为MMGLSD/412由M/SNMGL/SA12/LXA所以A2/4DXNG实验中，装置两遍一定要挂上相同个数（N）的砝码，避免钢筋因受到拉动而发生偏移，干扰实验结果。取下砝码后，由扭性形变性质可知光点应回到与初位置相同的地方。若光点前后位置出现较大偏差，那么实验中钢筋条发生了转动滑动，实验失败，应重新做过。4控制变量探究法改变实验中所测段钢筋长度（L）多测两组数据。0观察比较AAA和LLL探究A与L的关系110一若AAA（基本相等）说明A与L