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1、试验（二） 扭转试验及剪切弹性模量G的测定一、实验前预习及准备要求认真熟悉教材中关于扭转相关的知识内容，阅读实验指导书中扭转实验的各个环节步骤，对思考题进行初步理解，力求带着问题进入实验。接通电源；打开试验机开关，正常启动后进入试验机控制界面；打开电脑；运行试验程序，进入试验软件主界面。二、概述 常温、静载条件下，测试材料受扭转变形的力学指标，是一项重要的力学实验。通过试验，可以测定材料的抗扭屈服强度（屈服极限）、抗扭强度（强度极限）及切变模量等力学性能指标。这些性能指标对承受扭转变形的材料进行力学分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有重要的作用。三、 实验目的 通过实验测定抗扭屈服强度
2、（剪切屈服极限）s 、抗扭强度（剪切强度极限）b,了解掌握这些指标的测取方法及过程。 通过数据分析窗口提取相关数据计算出切变模量（剪切弹性模量）G 。四、实验原理1、低碳钢扭转【抗扭屈服强度】（剪切屈服极限）： （Mpa） 式中： T s 屈服阶段最小扭矩值（N mm ）； W 抗扭截面模量（mm3）； （mm3）； d - 试样横截面直径（mm）。【抗扭强度】（剪切强度极限）： （Mpa） 式中： Tb 破坏前最大扭矩值（N mm ）在上述两式中都存在 3/4 的系数，来源见图一。（a）初态 （b）中间态 （c）填满态图 一 扭转等直圆轴进入屈服状态切应力变化图当扭转等直圆轴到达初态时，T试
3、验曲线上的扭矩T并没有进入屈服阶段，但此时截面边缘上的切应力已经达到s ，进入实际屈服阶段，有D= 2s。此时的扭矩：中间变化过程是塑性变形环逐渐变大直到填满整个截面的过程。达到填满态时的扭矩：结果：= 。 对应T试验曲线上的扭矩抗扭强度式中系数也可如此推理。图 二 低碳钢扭转试样对低碳钢等直圆轴扭转在比例变形范围内符合剪切胡克定律，截面相对截面转角： （ ） （见图二） 式中： 截面相对截面的转角（）； T 截面扭矩值（N mm ）； L 试样试验段长度（mm）； G -切变模量 （Mpa ；即N / mm 2）； Ip 对截面中心的极惯性矩（mm4）； Ip = （mm4） 【切变模量G】
4、： （Mpa） ； （Mpa）（见图三）T 2、T 1 - 扭转弹性变形阶段选定两点对应的扭矩值（N mm ）。2、1 - 扭转弹性变形阶段选定两点对应的转角值（）。2、铸铁扭转【抗扭强度】（剪切强度极限）： （Mpa） 式中：Tb 破坏前最大扭矩值（N mm ）； W 抗扭截面模量（mm3）: （mm3）； d - 试样横截面直径（mm）。 铸铁扭转不存在屈服阶段，所以式中系数是1 。图 三 低碳钢、铸铁扭转（扭矩T转角）试验曲线五、实验设备 ND-1000微机控制扭转试验机（见图四）。实验前准备工作：连接电缆线；打开空气开关；打开钥匙开关，试验机正常启动后进入试验机控制界面；打开电脑显示器
5、；打开电脑主机开关；运行试验程序，进入试验软件主界面。 图 四 ND-1000微机控制扭转试验机六、实验操作过程 （统一说明低碳钢、铸铁扭转试验过程）。 1、 测定试样横截面直径d ，对低碳钢还需测定试样试验段长度L ，并记录。2、 装卡试样：（见图四）在传感器箱卡盘上用卡盘钥匙转动，使卡盘轻微卡住试样的一头，然后沿导轨推动，将试样的另一头伸进主轴箱卡盘中后转动卡盘钥匙轻微卡紧，再将两端卡盘略微拧松，用手晃动试样并逐渐将两端卡盘拧紧，以保证试样两头都能与卡盘可靠接触。对铸铁可使用加力杆拧紧，低碳钢则不用。3、 用粉笔在试样上涂色，可直接观察试样的变形过程。铸铁试样约在转动300500转角范围内
6、被扭断，断口呈螺旋面。而低碳钢一般在1000020000转角范围内被扭断，并沿横截面扭断。 图 五 扭转软件入主界面4、 在扭转软件入主界面内（见图五），点击联机，联通电脑与扭转试验机。5、 点击试样录入出现对话框（见图六），在带有*的选项内填写相应的参数。然后保存、关闭。图 六 录入试样参数对话框6、 在主界面内点击参数设置出现对话框第一页（见图七），开始扭矩值填写1 Nm（试验机最大扭矩值的千分之四以下即可）。点击下一步，进入第二页（见图八），在需要获取的指标前方框内打上。点击下一步，进入第三页（见图九），填写铸铁断裂百分比只要小于100% 即可，而低碳钢填2050% 即可。后面若干页的参
7、图七 参数设置第一页图 八 参数设置第二页图 十 低碳钢扭转弹性阶段的曲线数不需变动，点击关闭，返回主界面。7、 清零，可在主界面内点击清零键清零。可在试验机控制面板上按动0、1、2三个键完成清零。8、 点击试验开始进行试验。在低碳钢试验中的弹性阶段和屈服阶段，可保持60/min的转速，进入强化阶段后可在主界面右端到达速度栏内填360/min ，然后点击确定，则试验机以每秒增加5速率从60/min逐渐增加到最大转速360/min 。这样做可节省时间，对实验结果几乎没有影响。9、 记录实验结果数据。低碳钢试验结束后，在主界面内结果信息栏内只能记录到最大扭矩和下屈服扭矩，不全面。进入数据管理窗口，
8、点击分析，并在选项最大扭矩及下屈服扭矩前方框中打上 ，记录Tb、Ts 。然后将试验曲线上的弹性阶段放大（见图十，通过点击右键，选择改编曲线坐标项，选用适当纵横坐标量程 ），再选择跟踪采样点项，让小黑点在斜线部分选择相应两点，并记录：1（X1）= ？；2（X2）= ？；T1（Y1）= ？；T2（Y2）= ？，用于计算G 。图 九 参数设置第三页七、思考题1、 低碳钢和铸铁扭转试验在变形方式和破坏特征有何不同？试分析产生破坏的原因。2、 根据拉伸、压缩和扭转试验结果， 分析塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的力学性能。3、 试对转角的公式进行量纲（单位）分析。4、 试说明主界面上显示的转角值，就是扭转试样截面相对于截面的转角？5、 对于本次实验，你的体会是什么？你有什么建议吗？八、书写实验报告要求6、 要求每一位同学独立完成自己的实验报告，禁止抄袭 。7、 叙述清楚实验的目的、原理及做实验使用的设备、工具 。8、 记述清楚试验的具体步骤环节（主要是低碳钢扭转试验）。9、 将实验原始记录认真誊写清楚。10、 对切变公式进行量纲（单位）分析 。11、 对低碳钢扭转，根据公式计算s 、b ，再加上材料本身物理性质决定的切变模量 。 对铸铁，根据公式计算：b 。要求将具体试验数据代入计算 。九、实验数据记录在原始记实验数据录单上需记录的主要数据项目（见图十一） 。
