材料力学扭转实验实验报告(2900字)

发表于:2020.10.22来自:www.fanwen118.com字数:2900 手机看范文

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?s、剪切强度极限?b。

3.确定铸铁试样的剪切强度极限b。

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d0。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MS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

(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Mb。从夹头上取下试样。 d0。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MS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Mb。 d0。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Mb。 d0。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。

材料力学扭转实验实验报告

Mb。

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?S,并逐渐向内扩展,形成环形塑性区,如图b所示。若扭

MS时,横截面上的剪应力都近似达到?S如矩逐渐增大,塑性区也不断扩大。当扭矩达到

?S?

图c所示,在这种剪应力分布下,流动时剪应力公式为3MS4W?。

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?b,此时最大扭矩为Mb,因此剪切强度极限和流动极限一样,近似地?b?3Mb

4W?.

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

极限。

?b时,此时最大扭矩为Mb,故仍有弹性阶段的应力公式计算强度

六.数据处理

材料力学扭转实验实验报告

材料力学扭转实验实验报告

材料力学扭转实验实验报告

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?




第二篇:扭转试验 3200字

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’(剪切屈服极限)τs 、‘抗扭强度’(剪切强度极限)τb,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): ?s?3Ts (Mpa) 4W

[ 式中: T s – 屈服阶段最小扭矩值(N · mm ); W – 抗扭截面模量(mm3);

W??

16d3 (mm3); d -- 试样横截面直径(mm)。]

【抗扭强度】(剪切强度极限): ?b?3Tb (Mpa) 4W

[ 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

扭转试验

当扭转等直圆轴到达初态时,T—φ试验曲线上的扭矩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τs ,进入实际屈服阶段,有D·τρ= 2ρ·τs。此时的扭矩:

AD2

T初?????dA???????d??

00??sD32?3??d??() sD?420D2

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:

AD2D2

T满????sdA????s??d?????s?2d??

000??sD()3 32

结果:T初=3T 。 [T满对应T—φ试验曲线上的扭矩Ts] 4满

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Ⅱ相对截面Ⅰ转角:

??TL180 ( ° ) (见图二) GIp?

[ 式中:φ– 截面Ⅱ相对截面Ⅰ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 / mm2);

Ip – 对截面中心的极惯性矩(mm4); Ip =d?W=d4 (mm4) ] 322【切变模量G】: G?TL180L(T2?T1)180 (Mpa) ; G? (Mpa) ??Ip?Ip(?2??1)?

[(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 )。 φ2、φ1 -- 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):?b?Tb (Mpa) W

[ 式中:Tb – 破坏前最大扭矩值(N · mm ); W – 抗扭截面模量(mm3)

扭转试验

:

W??

16d3 (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φ)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;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)。

扭转试验

扭转试验

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3050

范围内被扭断,断口呈螺旋面。而低碳钢一般在1000并沿横截面扭断。

范围内被扭断,

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

扭转试验

扭转试验

6、,开始扭矩值填写1 N·m

(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20~50% 即可。后面若干页的参

图七 参数设置第一页

图 八 参数设置第二页

扭转试验

扭转试验

扭转试验

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、清零,①可在主界面内点击‘清零’键清零。②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,①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。②进入‘数据管理’窗口,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:φ1(X1)= ?;φ2(X2)= ?;T1(Y1)= ?;T2(Y2)= ?,用于计算G 。

图 九 参数设置第三页

扭转试验

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φ的公式进行量纲(单位)分析。

4、试说明主界面上显示的转角φ值,就是扭转试样截面Ⅱ相对于截面Ⅰ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G公式进行量纲(单位)分析 。

11、 对低碳钢扭转,根据公式计算τs 、τb ,再加上材料本身物理性质决定

的切变模量G 。 对铸铁,根据公式计算:τb 。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) 。

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