材料力学金属扭转实验报告.docx
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1、材料力学金属扭转实验报告材料力学金属扭转试验报告 【试验目的】 1、验证扭转变形公式,测定低碳钢的切变模量 G。;测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限bt 握典型塑性材料(低碳钢)和脆性材料(铸铁)的扭转性能;2、绘制扭矩一扭角图; 3、视察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象,并比较它们性质的差异; 4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理,驾驭其运用方法。【试验仪器】 仪器名称数量参数游标卡尺 1 0-150mm,精度 CTT502 微机限制电液伺服扭转试验机 1 最大扭矩 500N·m,最大功率 低碳钢、铸铁 各 1 标准 【试验原理和方法】 1 1. . 测定低碳钢扭转时
2、的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下,其上随意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加,当达到某一值时,测矩盘上的指针会出现停顿,这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩esM ,低碳钢的扭转屈服应力为 pess43WM= t式中:16 /3pd W p = 为试样在标距内的抗扭截面系数。在测出屈服扭矩sT 后,改用电动快速加载,直到试样被扭断为止。这时测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩ebM ,低碳钢的抗扭强度为 pebb43WM= t对上述两公式的来源说明如下:低碳钢试样在扭转变形过程中,利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的 j -eM 图如图1-3-2 所示。当达
3、到图中 A 点时,eM 与 j 成正比的关系起先破坏,这时,试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力st ,如能测得此时相应的外力偶矩epM ,如图 1-3-3a 所示,则扭转屈服应力为 pepsWM= t经过 A 点后,横截面上出现了一个环状的塑性区,如图 1-3-3b 所示。若材料的塑性很好,且当塑性区扩展到接近中心时,横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力,此时的切应力分布可简化成图 1-7c 所示的状况,对应的扭矩sT 为 OjM eABCM epM esM eb 图 1-3-2低碳钢的扭转图 t sTt sTt sT (a)pT T = (b)s pT T T (c)sT T
4、 =图 1-3-3低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布s p s3d/20 2sd/20 s s3412d 2 d 2 t tpr r pt r pr r t WdT = = = = 由于es sM T = ,因此,由上式可以得到 pess43WM= t 无论从测矩盘上指针前进的状况,还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看, A 点的位置不易精确判定,而 B 点的位置则较为明显。因此,一般均依据由 B 点测定的esM 来求扭转切应力st 。当然这种计算方法也有缺陷,只有当实际的应力分布与图 1-7c 完全相符合时才是正确的,对塑性较小的材料差异是比较大的。从图 1-6 可以看出,当外力偶矩超
5、过esM 后,扭转角 j 增加很快,而外力偶矩eM 增加很小, BC 近似于一条直线。因此,可认为横截面上的切应力分布如图 1-7c 所示,只是切应力值比st 大。依据测定的试样在断裂时的外力偶矩ebM ,可求得抗扭强度为 pebb43WM= t2 2. . 测定灰铸铁扭转时的强度性能指标对于灰铸铁试样,只需测出其承受的最大外力偶矩ebM (方法同 2),抗扭强度为 pebbWM= t由上述扭转破坏的试样可以看出:低碳钢试样的断口与轴线垂直,表明破坏是由切应力引起的;而灰铸铁试样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成o45 角,表明破坏是由拉应力引起的。【 试验步骤 】 一、低碳钢1、试件打算:在标距
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