《扭转实验优质内容》由会员分享，可在线阅读，更多相关《扭转实验优质内容（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、试验二 扭转实验 一、实验目的 1观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行为。观察材料的破坏方式。 2测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。3熟悉扭转试验机的工作原理及使用方法。 二、仪器设备 扭转试验机：用以作扭转破坏实验。游标卡尺：三、实验原理1试件采用圆形截面试件，如图所示，在试件表面画上一条纵线，以便观察试件的扭转变形。纵线 2扭转试验机的工作原理 扭转试验机如图。在机体上有一个基本固定的夹头，用两平面和夹紧螺栓固定扭转试样的一端。基座上有一个能水平移动的电动减速装置，其左端是一个可旋转的夹头，以夹持试样的另一端。当电动减速器转动时，带动活动夹头转动，而使试样的一端相对于另一端发生了
2、转动，故试件受扭而产生变形。扭转试验机 作用于试样的扭转力矩，通过与固定夹头相连的称重机构而平衡，同时又带动荷载指针转动而指示出所受扭转力矩的大小。它还带动绘图仪的画笔左右移动，这个移动的扭转力矩坐标在记录纸上与纸的长度方向相垂直。 活动夹头的转动量代表了试样一端相对于另一端的转动，即扭转角。扭转角的大小由活动夹头上的刻度线来指示。同时还通过转动传感器将转角信号输入到绘图仪中，带动绘图仪纸筒转动送出记录纸，在记录纸的长度方向构成转角坐标。 在实验过程中，随着试件扭转变形的增加，试样所受的扭转力矩也随之变化，绘图仪就画出扭转力矩扭转角的实验曲线。控制台面板 在扭转力矩示荷盘的右下方，有一个量程旋
3、钮用以改变扭转力矩的测量量程。其测量范围有100Nm、200 Nm、500 Nm、1 000 Nm。当把旋钮转动到指定的量程时，示荷盘上的刻度标示值随之变化。以利于直接读取。在示荷盘左边的侧面上有一个转动轮，往上或往下转动可调整示荷盘指针的零点（一般情况下不要去转动它）。 扭转实验时的变形速度，可由改变电动机的转速来决定。由于本机采用可控硅直流电机，调速可在一个很大的范围内无级调整。调速由机器操纵面板的开关和旋钮来控制。控制面板如图，面板各开关，旋钮的功能如下所述。电源开关：按下“开”，接通整机电源；按“关”，断开整机电源： 活动夹头转动速度设置如下。 快速设置：速度设置开关扳于0360/mi
4、n，表示活动夹头转动速度在0360/min的范围内变化，具体的速度由速度调节钮的转动来决定。 慢速设置：速度设置开关搬于036/min之间变化。具体的速度由速度调节钮的转动量来决定。 电机开关按钮：电机的转动由三个按钮决定，“正”为正转，“反”为反转，“停”为不转。改变电机转向时，应先按“停”然后再换回。记录仪开关：此开关用于开关记录仪，当一切准备就绪后即可打开记录仪。用完关闭，以免电机转动空走纸。 3扭转实验原理试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。低碳钢试件在发生扭转变形时，其T曲线如图所示，类似低碳钢
5、拉伸实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有三个强度特征值：剪切比例极限、剪切屈服极限和剪切强度极限。对应这三个强度特征值的扭矩依次为Tp、Ts、Tb。TO在比例极限内，T与成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。如图(a)所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增加，T的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图(c)所示。ss (a) (b) (c)在T出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或有轻微回
6、摆，由此可读出屈服扭矩Ts，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出： 屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值Mb进入断裂阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限可同下式求出： 试件的破坏现象分析：试件受扭，材料处于纯剪切应力状态，在试件的横截面上作用有剪应力，同时在与轴线成45的斜截面上，会出现与剪应力等值的主拉应力和主压应力，如图所示。454521图211低碳钢的抗剪能力比抗拉和抗压能力差，试件将会从最外层开始，沿横截面发生剪断破坏，而铸铁的抗拉能力比抗剪和抗压能力差，则试件将
7、会在与杆轴成45的螺旋面上发生拉断破坏。四、实验步骤1、试件准备：测量试件等截面范围两端及中间共三处截面的直径。为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算平均值，以三截面中最小处的平均值来计算初始横截面面积A0。2试验机准备：（1）根据试件的剪切强度极限估算极限扭矩Tb，并选择合适的量程，最好使Tb大约为量程的80%，对于直径为10的低碳钢和铸铁试件，取0200Nm。（2）选定转速范围，并把调速变档开关扳到所需的速度档。（3）调整示力度盘主动针，对准零点。（4）若需自动绘图，可打开自动绘图开关。 3安装试件：（1）将试样的一端安装于活动夹头中，并夹紧。 （2）慢慢移动减速器
8、，使试样的未夹持端移动至固定夹头的近旁。开电机转动试样，使试样端部截面形状转动到与固定夹头处的形状正对上时就停机。推动减速器，使试样插入固定夹头之中，并夹紧。4进行实验：启动电机（正转或反转）。钢试件在弹性范围内和铸铁试样的全过程的变形较小，应用较低的速度，钢试样在塑性范围内应用较高一点的速度。用慢速逐渐加载，加载时按下正转按扭，以顺时针方向缓慢转动调速电位器进行无级调速，使之按要求的速度对试件加载，开始加载时就应使自动绘图器同时工作。对于低碳钢试件，注意观察试验机示力度盘的指针，若指针停止转动或有轻微回摆，说明材料发生屈服，记录此时的扭矩Ts经过屈服阶段以后（铸铁试件无此阶段），即可快速加载，直至剪断为止，停车。由从动针读出最大扭Tb并记录。5取下试件，清理设备。6整理数据，完成实验报告。五、预习思考题 1低碳钢和铸铁在扭转破坏时有什么不同现象？断口有何不同？试分析其原因。2在实验中是怎样验证扭转虎克定律的？怎样测定和计算G？实验纪录与结果样表试件尺寸直径三处平均直径的最小值Wt截面I截面II截面III12平均12平均12平均实验数据TsTb备注计算结果屈服极限强度极限备注实验分析问题讨论成绩指导教师1图表b
