金属材料扭转实验及弹性模量的测量

1、。南昌大学工程力学实验报告姓名：钟燕平学号： 5902411050专业班级： 本硕 111 班班级编号： S088实验时间 14 时 00 分第 9 星期三 座位号：教师编号：成绩：金属扭转破坏实验、剪切弹性模量的测定。1。中那么明显。 由于强化阶段的过程很长， 图中只绘出其开始阶段和最后阶段， 破坏时实验段的扭角可达 10以上图所示的铸铁试样扭转曲线可近似的视为直线（与拉伸曲线相似， 没有明显的直线段） ，试样破环时的扭转形变比拉伸时的形变要明显的多。从扭转试验机上可读取的试样的屈服扭矩Ts 和破环扭矩Tb。由和计算材料的屈服剪切点和抗剪切强度。需要指出的是， 对于塑形材料， 采用实心圆截面

2、试样测量得到的屈服点和抗剪强度，高于薄壁圆环截面试样的测量值， 这是因为实心园截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。当园截面试样横截面的最外层切应力达到剪切强度屈服点时，占横截面绝大部分的内层应力仍低于弹性极限， 因此此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩要大一点，对于破环扭矩也会有同样的情况。低碳钢试样和铸铁试样的扭转破环断口形貌有很大的差别断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知剪切破坏，图2 所示为铸铁试样的断面是与试样轴成45 度角的螺旋面断面是最大拉应力作用

3、面，断口较为粗糙，因而是最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。2。四、实验步骤（1）低碳钢的扭转实验步骤首先测量试样直径d 在试样上安装扭角测试样装置，将一个定位环套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一个定位环套在试样的另一端，装上另一个卡盘，根据不同的试样标距要求将试样搁放在相应的V 型块上，使卡盘与V 型块两端紧贴，保证卡盘与试样垂直，将卡盘上的螺钉拧紧。接着将试样机两端夹头对正。 将已装扭角测试实验装置的试样的一端放入从动夹头的夹口间， 将试样加紧，进行扭矩清零操作，推动移动支座， 使试样的另一端进入主动夹头间， 进行试样保护，从而消除夹持扭矩，并清零扭角。3。进入电子扭转实验机应用软件

4、，选择低碳钢扭转实验方案，按软件运行键，开始实验，记录多级等增量加载实验数据试样被扭断后停机，去下试样，注意观察试样破坏断口形貌。（2）铸铁扭转实验步骤铸铁扭转实验步骤与低碳钢扭转实验步骤相同。只因铸铁是脆性材料，只需记录破坏荷载数据，无需安装扭角测量装置。五、实验数据记录及处理实验记录及数据处理低碳钢 /mm铸铁 /mm截面 d平均 d最小 d截面 d平均 d最小 d9 869.869.909.909 869.909.909 849.849.929.929.849.839.929.849.839.940.9.939.829.92材料低碳钢铸铁试样d3188.2 mm3d3190.5 mm3d

5、9.86mm， Wd9.90 mm ，W尺寸p16p16。4。试.d.实验前：样草图实验后：屈服扭矩Ts34.667Nm实最 大 扭矩Tb89.075验N m数据屈服切应力sTs186.4MPaWp抗切强度bTb478.9MPaWp扭转图.d.实验前：实验后：最大扭 矩 Tb68.275Nm最大扭角 =41.508 o抗 切 强 度 bTb358.4 MPaWp（1）铸铁数据记录T/NM扭 角5.0969.91215.04619.93025.40330.00635.0830.6261.2141.8992.6583.5724.3715.522。5。 /度T/NM扭 角 /度4000544.980

6、50.04755.04159.99765.02168.2756.9469.04612.27716.88523.36532.58641.805可做出 扭矩 - 扭角曲线如下：B706050403020100010203040由图中可知=68.275NM（1）低碳钢数据记录处理标距=50mmd0 /mm9.869.869.849.849.849.82。6。线弹性阶段T/NM5.00110.00415.00320.15725.032标距扭角 / 度0.1580.3300.5110.6880.869扭角 / 度1.3871.9612.6003.1843.76屈服阶段最大值最小值T/NM39.42934

7、.667扭角 / 度5.68833.720强化阶段T/NM35.27140.73350.33260.413扭角 / 度53.81977.534150.702290.092T/NM7017580.46485.55089.075扭角 / 度555.2781128.2541627.822208.197可做图如下扭矩 - 标距扭角曲线扭矩 - 扭角曲线。7。B1008060etliTsix40AY20005001000150020002500X Axis Title测定低碳钢的切变模量GT=（ 5.003+4.999+5.154+4.875 ）/4=5.008 （NM）=（0.172+0.181+0.177+0.181 ）/4=0.178 （）=/32=9.13 10exp所以 GT l =15.4GPaI p又 GtrE=2(1 )六、思考题1为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成 450 螺旋断裂面？。8。答：在圆杆扭转实验中，低碳钢属于剪切强度低于拉伸强度的材料，破坏是由横截面上的最大切应力引起，并从杆的最外层沿横截面发生剪断产生的，而铸铁是属于拉伸强度低于剪切强度的材料，它的破坏是由 -45 斜截面上最大拉应力引起，并从杆的最外层沿着轴线约45倾角的螺旋形