六、实验数据及图线处理

1、实验数据记录及结果处理:

   

2、绘制材料的扭转曲线（曲线）。

3、绘制材料的断口草图，说明其特征并分析破坏原因。

低碳钢的抗剪强度低于其抗拉强度，所以扭转破坏发生在切应力最大的横截面上，破坏从外向内一次发生。而铸铁的抗拉强度低于抗剪强度，所以扭转破坏发生在拉应力最大的截面上，破坏面与轴线夹角成45°左右。

第二篇：扭转实验报告

一、实验目的和要求

1、测定低碳钢的剪切屈服点、剪切强度，观察扭矩-转角曲线（曲线）。

2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。

3、测定低碳钢的剪切弹性模量G。

4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（）。

5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。

二、试验设备和仪器

    1、微机控制扭转试验机。

    2、游标卡尺。

    3、装夹工具。

三、实验原理和方法

遵照国家标准（GB/T10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点和抗剪强度等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。

  试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。

图 1-1

    试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。

  图3-2

   从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。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，破坏时试验段的扭转角可达以上。

  从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩和破坏扭矩。由和计算材料的剪切屈服强度和抗剪强度，式中：为试样截面的抗扭截面系数。

  当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而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些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。

  图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。

图 1-3

材料的剪切弹性模量遵照国家标准（GB/T10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律，式中：为截面的极惯性矩。当试样长度和极惯性矩均为已知时，只要测取扭矩增量和相应的扭转角增量，可由式

计算得到材料的剪切弹性模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。

四、实验步骤

1、测量低碳钢试样直径d1，长度L；

2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的的V形块上，使两卡盘与V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧。

3、将试验机两端夹头对正，清零、装夹紧试件，进行保护。

4、运行POWERTEST软件，选择剪切弹性模量测定试验方案；

表1-1  实验程序

   4、按软件“运行”键，开始试验；

5、记录多级等增量加载实验数据；

6、试样被扭断后停机，取下试样，注意观察试样断口形貌；

7、结束实验，将试验机复位并整理现场。

五、实验数据及处理结果

1、低碳钢扭转试验数据

表1-1  直径测量表

则依据试验可知低碳钢的相关参数:

表1-2  低碳钢剪切屈服强度、抗剪强度计算表

    由上表可得低碳钢的剪切屈服强度，抗剪强度。

    图1-4  低碳钢扭角（度）—扭矩（N*m）破坏曲线图

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图1-5  低碳钢扭转破坏弹性阶段拟合曲线

最佳线性拟合曲线函数为，故可以得出低碳钢的剪切弹性模量。

 

低碳钢扭转破坏后的形式：

试件表面出现45度螺旋线，试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。

六、实验注意事项

1、推动试验机移动支座时，切忌用力过大，以免损坏试样或传感器。

2、进入软件前请确认试验机电源已打开。

3、退出软件前请确定试验机电源已关闭。

七、试验总结与思考

1、弹性阶段的拟合曲线未经过原点，原因是装试样时并未完全夹紧，机器运转时产生松动。

2、试验操作时，对试验步骤不熟悉，不知道标距是怎样定义的，不知道V形块和卡盘的作用，导致无法正确的安装试件，以后要做好预习工作。

3、整理试验报告最大的问题在于怎么处理数据，对于利用Matlab、Excel软件不够熟悉，课后要加强这方面的学习。

4、试验时忘记了记录保载时的数据，导致斜率只能通过软件进行拟合，所以要培养自己做实验的良好习惯，做实验时要想好每一步该如何操作，要测量什么数据，要记录什么数据，以保证实验数据处理顺利进行。