材料力學金屬扭轉(zhuǎn)試驗報告

1、材料力學金屬扭轉(zhuǎn)實驗報告【實驗目的】1、驗證扭轉(zhuǎn)變形公式,測定低碳鋼的切變模量 G.；測定低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限7b握典型塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵的扭轉(zhuǎn)性能；2、繪制扭矩一扭角圖；3、觀察和分析上述兩種材料在扭轉(zhuǎn)過程中的各種力學現(xiàn)象,并比擬它們性質(zhì)的差異；4、了解扭轉(zhuǎn)材料試驗機的構造和工作原理,掌握其使用方法.【實驗儀器】儀器名稱數(shù)量參數(shù)游標卡尺10-150mm 精度 0.02mmCTT502散機限制電液伺服扭 轉(zhuǎn)試驗機1最大扭矩500NJ - m最大功率0.4kw低碳鋼、鑄鐵各1標準【實驗原理和方法】1 .測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標試樣在外力偶矩的作用下,其上任意一點處于純剪切應

2、力狀態(tài).隨著外力偶矩的增加, 當?shù)竭_某一值時,測矩盤上的指針會出現(xiàn)停頓,這時指針所指示的外力偶矩的數(shù)值即為屈服力偶矩Mes,低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應力為式中：Wp =叼3/16為試樣在標距內(nèi)的抗扭截面系數(shù).在測出屈服扭矩Ts后,改用電動快速加載,直到試樣被扭斷為止.這時測矩盤上的從動指針所指示的外力偶矩數(shù)值即為最大力偶矩 Meb,低碳鋼的抗扭強度為對上述兩公式的來源說明如下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過程中,利用扭轉(zhuǎn)試驗機上的自動繪圖裝置繪出的 M e-中圖如圖1-3-2所示.當?shù)竭_圖中A點時,Me與編成正比的關系開始破壞,這時,試樣外表處的切應力到達了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應力 工,如能測得此時相應的外力偶矩

3、Mep,如圖1-3-3a所示,那么扭轉(zhuǎn)屈服應力為經(jīng)過A點后,橫截面上出現(xiàn)了一個環(huán)狀的塑性區(qū),如圖 1-3-3b所示.假設材料的塑性很 好,且當塑性區(qū)擴展到接近中央時,橫截面周邊上各點的切應力仍未超過扭轉(zhuǎn)屈服應力,此時的切應力分布可簡化成圖1-7c所示的情況,對應的扭矩Ts為圖1-3-2低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖 T=Tp(b) Tp<T<Ts(C)T=Ts圖1-3-3低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應力分布由于Ts=Mes,因此,由上式可以得到無論從測矩盤上指針前進的情況,還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看, A點的位置 不易精確乎U定,而B點的位置那么較為明顯.因此,一般均根據(jù)由 B點測定

4、的Mes來求扭轉(zhuǎn)切 應力?.當然這種計算方法也有缺陷,只有當實際的應力分布與圖1-7C完全相符合時才是正確的,對塑性較小的材料差異是比擬大的.從圖1-6可以看出,當外力偶矩超過 Mes后,扭轉(zhuǎn)角中增加很快,而外力偶矩Me增加很小,BC近似于一條直線.因此,可認為橫截面上 的切應力分布如圖1-7c所示,只是切應力值比仁大.根據(jù)測定的試樣在斷裂時的外力偶矩 Meb,可求得抗扭強度為2 .測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標對于灰鑄鐵試樣,只需測出其承受的最大外力偶矩 Meb (方法同2),抗扭強度為 由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣可以看出： 低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直,說明破壞是由切應力 引起的；而灰鑄鐵試樣的斷

5、口那么沿螺旋線方向與軸線約成45,角,說明破壞是由拉應力引起的.【實驗步驟】一、低碳鋼1、試件準備：在標距的兩端及中部三個位置上,沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑 取平均值,再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑do在低碳鋼試件外表畫上一條縱向線和兩條圓周線,以便觀察扭轉(zhuǎn)變形.2、試驗機準備：按試驗機一計算機一打印機的順序開機,開機后須預熱十分鐘才可使 用.根據(jù)計算機的提示,設定試驗方案,試驗參數(shù).3、裝夾試件：(1)先將一個定位環(huán)夾套在試件的一端,裝上卡盤,將螺釘擰緊.再將另一個定位環(huán) 夾套在試件的另一端,裝上另一卡盤；根據(jù)不同的試件標距要求,將試件擱放在相 應的V形塊上,使兩卡盤與V形塊的

6、兩端貼緊,保證卡盤與試件垂直,以保證標距 準確.將卡盤上的螺釘擰緊.(2)先按“對正按鍵,使兩夾頭對正.如發(fā)現(xiàn)夾頭有明顯的偏差,請按下“正轉(zhuǎn) 或“反轉(zhuǎn)按鍵進行微調(diào).將已安裝卡盤的試件的一端放入從動夾頭的鉗口間,扳動夾頭的手柄將試件夾緊.按“扭矩清零按鍵或試驗操作界面上的扭矩“清零 按鈕.推動移動支座移動,使試件的頭部進入主動夾頭的鉗口間.先按下“試件保 護按鍵,然后慢速扳動夾頭的手柄,直至將試件夾緊.(3)將扭角測量裝置的轉(zhuǎn)動臂的距離調(diào)好,轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動臂,使測量輾壓在卡盤上.4、開始試驗：按“扭轉(zhuǎn)角清零按鍵,使電腦顯示屏上的扭轉(zhuǎn)角顯示值為零.按“運 行鍵,開始試驗.5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后,取下試

7、件,觀察分析斷口形貌和塑性變形水平,填寫實驗 數(shù)據(jù)和計算結(jié)果.6、試驗結(jié)束：試驗結(jié)束后,清理好機器,以及夾頭中的碎屑,關斷電源.、鑄鐵1、試件準備：在標距的兩端及中部三個位置上,沿兩個相互垂直方向各測量一次直徑 取平均值,再從三個平均值中取最小值作為試件的直徑 do在低碳鋼試件外表畫上一 條縱向線和兩條圓周線,以便觀察扭轉(zhuǎn)變形.2、試驗機準備：按試驗機一計算機一打印機的順序開機,開機后須預熱十分鐘才可使 用.根據(jù)計算機的提示,設定試驗方案,試驗參數(shù).3、裝夾試件：啟動扭轉(zhuǎn)試驗機并預熱后,將試件一端固定于機器,按"對正"按鈕使兩夾頭對正后,推動移動支座使試件頭部進入鉗口間.4

8、、開始試驗：按“扭轉(zhuǎn)角清零按鍵,使電腦顯示屏上的扭轉(zhuǎn)角顯示值為零.按“運 行鍵,開始試驗.5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后,取下試件,觀察分析斷口形貌和塑性變形水平,填寫實驗 數(shù)據(jù)和計算結(jié)果.6、試驗結(jié)束：試驗結(jié)束后,清理好機器,以及夾頭中的碎屑,關斷電源.【實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】一.低碳鋼扭轉(zhuǎn)1.低碳鋼直徑D測量第一次測量第二次測量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm卜部10.00mm10.00mm10.00mm2.低碳鋼定位環(huán)間距L測量第一次測量第二次測量平均值L61.55mm61.57mm61.56mm注：第二次實當修正標距為1003.

9、線性階段相關數(shù)據(jù)當處于線性階時,有扭矩M(Nm)扭角山(0 )相對扭角30( ° )43.8186353.4819645.10207二.鑄鐵扭轉(zhuǎn)1,鑄鐵直徑d測量第一次測量第二次測量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm【實驗結(jié)果分析】一、低碳鋼數(shù)據(jù)處理1、驗證線性階段的數(shù)據(jù)是否為一條直線,以驗證比例極限內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角公式根據(jù)Original Data, 運用matlab擬合實驗數(shù)據(jù)那么選取數(shù)據(jù)如下表數(shù)據(jù)LoadV5.00637.503010,00312,53015,00617,49

10、220,00122,517PosV0.95591.33851.68822.01672.32192.62182.90533.1942LoadV25,00827,50030,02232,51935,01137,50640,01442.5016PosV3.47773.76114.03334.31624.60044.87295.14505.4336用matlab繪制的圖如下 滿足線性關系、計算低碳鋼模量G所以, 三、計算低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限 與1、低碳鋼：屈服極限：強度極限：2、鑄鐵強度極限： 端口形狀：低碳鋼鑄鐵【實驗思考】1、試件的尺寸和形狀對測定彈性模量有無影響 ？為什么？答：彈性模量是材料的固有性質(zhì),與試件的尺寸和形狀無關.2、逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同？為什么必須用逐級加載的方法測彈性模量？答：逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量不相同,采 用逐級加載方法所求出的彈性模量可降低誤差,同時可以驗證材料此時是否處于彈性狀態(tài), 以保證實驗結(jié)果的可靠性.3、碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不