扭转实验报告
使用设备名称与型号 K—500型扭转机
同组人员
实验时间
一、实验目的
1.测定低碳钢的扭转屈服极限和强度极限。
2.测定铸铁的扭转强度极限。
3.观察低碳钢和铸铁的断口情况,并分析其原因。
二、实验设备与仪器
1.K—500型扭转机(见附录三)
2.游标卡尺
三、实验原理
1.低碳钢园截面试件扭转时,其尺寸和形式视试验机而定。在弹性范围内,扭矩T 与扭转角为直线关系(图3-1a)。
当扭矩超过比例极限扭矩时,曲线变弯并逐渐趋于水平。在屈服阶段时,扭角增加而扭矩不增加,此时的扭矩即为屈服扭矩。屈服后,圆截面上的剪应力,由边缘向中心将逐步升值到扭转屈服极限(图3-1b),即截面材料处于全屈服状态,由此,可以求得材料的剪切屈服极限为:
图3-1a 低碳钢扭转时的曲线 3-1b 低碳钢扭转时横截面在全屈服下的应力分布
, 其中
此后,扭转变形继续增加,试件扭矩又继续上升至C点,试件被剪断,记下破坏扭矩,扭转强度极限为:
铸铁受扭时,曲线如图3-2所示。从开始受扭,直到破坏,近似为一条直线,故其强度极限可按线弹性应力公式计算如下:
图3-2 铸铁扭转时的曲线 图3-3 铸铁扭转时沿45o 斜截面的应力
材料在纯剪切时,横截面上受到切应力作用,而与杆轴成45o螺旋面上,分别受到拉应力和压应力的作用(图3-3)。
低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力,故试件沿横面剪断(图3-4a),而铸铁抗拉能力小于抗剪能力,故沿45o方向拉断(图3-4b)。
图3-4a 低碳钢扭转破坏 图3-4b 铸铁扭转破坏
四、实验操作步骤
1.用游标卡尺测量试件直径。
2.根据低碳钢的强度极限估计试件的最大扭矩,确定测力盘读数范围并调整摆锤重量及校正表盘零点,检查自动绘图仪是否正常。
3.将试件装在扭转机二夹头内,并用粉笔在试件轴线方向画一条细线。以观察变形。
4.检查准备妥当后,开始试验。用慢速加速或手摇加载使试件缓慢而均匀地变形。仔细观察测力指针的转动,当测力盘指针几乎不动而扭角继续增加时,说明材料已屈服,记下此时的扭矩T 。过了屈服阶段以后,取下加载摇手柄,开动电机加载,直到试件扭断为止。停车并记下破坏。
五、实验结果及分析计算
1、 实验数据
2、 结果计算
六、思考题
分析比较低碳钢和铸铁扭转破坏断口及形成的原因。
七、实验中的收获、感想与建议
第二篇:材料力学扭转实验实验报告
扭转实验
一.实验目的:
1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理,并进行操作练习。
2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。
3.确定铸铁试样的剪切强度极限。
4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。
二.实验设备及工具
扭转试验机,游标卡尺、扳手。
三.试验原理:
塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。(在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍,以及相关的书籍介绍,自己编写。)
四.实验步骤
1.a低碳钢实验(华龙试验机)
(1)量直径:
用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。
(2)安装试样:
启动扭转试验机,手动控制器上的“左转”或“右转”键,调整活动夹头的位置,使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求,把试样水平地放在两夹头之间,沿箭头方向旋转手柄,夹紧试样。
(3)调整试验机并对试样施加载荷:
在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点;根据你所安装试样的材料,在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”,并点击“加载”而确定;用键盘输入实验编号,回车确定(按Enter键);鼠标点“开始测试”键,给试样施加扭矩;在加载过程中,注意观察屈服扭矩的变化,记录屈服扭矩的下限值,当扭矩达到最大值时,试样突然断裂,后按下“终止测试”键,使试验机停止转动。
(4)试样断裂后,从峰值中读取最大扭矩。从夹头上取下试样。
(5)观察试样断裂后的形状。
1.b低碳钢实验(青山试验机)
(1)量直径:
用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。
(2)安装试样:
启动扭转试验机,手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键,调整活动夹头的位置,使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求,把试样水平地放在两夹头之间,用扳手顺时针旋转,夹紧试样。
(3)调整试验机并对试样施加载荷:
在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、夹头间转角、切应变1、切应变2、试验时间的零点;选择“实验方案1”;用鼠标“新建”,在下拉菜单中,依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“塑性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后,点击“确定”;鼠标点“开始”键,就给试样施加扭矩了;在加载过程中,注意观察试样屈服时扭矩的变化,并记录屈服扭矩的下限值,当扭矩达到最大值时,试样突然断裂,后按下“停止”键,使试验机停止转动。
(4)试样断裂后,取下试样,从峰值中读取最大扭矩。
(5)观察试样断裂后的形状。
2.a铸铁实验(华龙试验机)
(1)量直径:
用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。
(2)安装试样:
启动扭转试验机,手动控制器上的“左转”或“右转”键,调整活动夹头的位置,使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求,把试样水平地放在两夹头之间,沿箭头方向旋转手柄,夹紧试样。
(3)调整试验机并对试样施加载荷:
在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点;根据你所安装试样的材料,在“实验方案读取”中选择 “教学铸铁试验”,并点击“加载”而确定;用键盘输入实验编号,回车确定(按Enter键);鼠标点“开始测试”键,给试样施加扭矩;当扭矩达到最大值时,试样突然断裂,后按下“终止测试”键,使试验机停止转动。
(4)试样断裂后,从夹头上取下试样,读取峰值表中最大扭矩。
(5)观察试样断裂后的形状。
2.b低碳钢实验(青山试验机)
(1)量直径:
用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。
(2)安装试样:
启动扭转试验机,手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键,调整活动夹头的位置,使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求,把试样水平地放在两夹头之间,用扳手顺时针旋转,夹紧试样。
(3)调整试验机并对试样施加载荷:
在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、夹头间转角、切应变1、切应变2、试验时间的零点;选择“实验方案1”;用鼠标“新建”,在下拉菜单中,依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“脆性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后点击“确定”;鼠标点“开始”键,就给试样施加扭矩了;当扭矩达到最大值时,试样突然断裂,后按下“停止”键,使试验机停止转动。
(4)试样断裂后,取下试样,从峰值中读取最大扭矩。
(5)观察试样断裂后的形状。
五.实验记录
注:低碳钢的剪切流动极限和强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。原因是这样:圆周扭转在弹性范围内剪应力分布如图a所示,对于塑性材料,当扭矩增大到一定数值后,试样表面应力先达到流动极限,并逐渐向内扩展,形成环形塑性区,如图b所示。若扭矩逐渐增大,塑性区也不断扩大。当扭矩达到时,横截面上的剪应力都近似达到如图c所示,在这种剪应力分布下,流动时剪应力公式为。
在扭矩继续增加时,试样继续变形,材料进一步强化,当试样扭断时,整个横截面上的剪应力都达到,此时最大扭矩为,因此剪切强度极限和流动极限一样,近似地.
由于铸铁是脆性材料,应力在横截面上从开始受力直至破坏都保持为线性分布,当试样边缘上的剪应力达到时,此时最大扭矩为,故仍有弹性阶段的应力公式计算强度极限。
六.数据处理
七.实验结论
八.预习思考题
1.为什么扭转试样两端较粗,中间较细?中间和两端采用光滑曲线过度,而不是直角连接?
2.在计算低碳钢屈服强度和极限强度的公式中为什么会出现3/4,而不是其他系数呢?
3.如果扭转试样是屈服失效,请用最大剪应力理论分析一下,试样可能的断口形状。
4.如果扭转试样是断裂失效,请用最大正应力理论分析一下,试样可能的断口形状。
5.安装扭转试样为什么要“把试样水平地放在两夹头之间”?
6.低碳钢试样在扭转时的变形要经历哪3个阶段?
九.分析思考题
1.扭转实验中你是怎样测量试样直径的?为什么采用这种方法?
2.两种试样的断口形状分别是什么样的?怎样解释这种结果?
3.铸铁试样扭转破坏断口的倾斜方向与施加扭矩的方向有无直接关系?为什么?
4.通过你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验,请总结一下低碳钢抗拉、抗压、抗剪强度的大小关系。同样地,请总结一下铸铁的抗拉、抗压、抗剪性能。
5.结合你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验,请分析低碳钢的载荷-变形曲线有什么共同点。
6. 对于本次实验,你有什么体会?你有什么建议?