金屬材料扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)及彈性模量的測(cè)量

1、南昌大學(xué)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：鐘燕平 學(xué)號(hào)：5902411050 專業(yè)班級(jí)：本碩111班 班級(jí)編號(hào)：S088 實(shí)驗(yàn)時(shí)間14時(shí)00分 第9 星期三 座位號(hào)： 教師編號(hào)： 成績(jī)： 金屬扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)、剪切彈性模量的測(cè)定中那么明顯。由于強(qiáng)化階段的過程很長(zhǎng)，圖中只繪出其開始階段和最后階段，破壞時(shí)實(shí)驗(yàn)段的扭角可達(dá)10以上圖所示的鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)曲線可近似的視為直線（與拉伸曲線相似，沒有明顯的直線段），試樣破環(huán)時(shí)的扭轉(zhuǎn)形變比拉伸時(shí)的形變要明顯的多。從扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上可讀取的試樣的屈服扭矩Ts和破環(huán)扭矩Tb。由和計(jì)算材料的屈服剪切點(diǎn)和抗剪切強(qiáng)度。需要指出的是，對(duì)于塑形材料，采用實(shí)心圓截面試樣測(cè)量得到的屈服點(diǎn)和抗剪強(qiáng)度

2、，高于薄壁圓環(huán)截面試樣的測(cè)量值，這是因?yàn)閷?shí)心園截面試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面切應(yīng)力分布不均勻所致。當(dāng)園截面試樣橫截面的最外層切應(yīng)力達(dá)到剪切強(qiáng)度屈服點(diǎn)時(shí)，占橫截面絕大部分的內(nèi)層應(yīng)力仍低于彈性極限，因此此時(shí)試樣仍表現(xiàn)為彈性行為，沒有明顯的屈服現(xiàn)象。當(dāng)扭矩繼續(xù)增加使橫截面大部分區(qū)域的切應(yīng)力均達(dá)到剪切屈服點(diǎn)時(shí)，試樣會(huì)表現(xiàn)出明顯的屈服現(xiàn)象，此時(shí)的扭矩比真實(shí)的屈服扭矩要大一點(diǎn)，對(duì)于破環(huán)扭矩也會(huì)有同樣的情況。低碳鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉(zhuǎn)破環(huán)斷口形貌有很大的差別斷面是最大切應(yīng)力作用面，斷口較為平齊，可知剪切破壞，圖2所示為鑄鐵試樣的斷面是與試樣軸成45度角的螺旋面斷面是最大拉應(yīng)力作用面，斷口較為粗糙，因而是最大拉應(yīng)力造成

3、的拉伸斷裂破壞。四、實(shí)驗(yàn)步驟 （1）低碳鋼的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟首先測(cè)量試樣直徑d在試樣上安裝扭角測(cè)試樣裝置，將一個(gè)定位環(huán)套在試樣的一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一個(gè)定位環(huán)套在試樣的另一端，裝上另一個(gè)卡盤，根據(jù)不同的試樣標(biāo)距要求將試樣擱放在相應(yīng)的V型塊上，使卡盤與V型塊兩端緊貼，保證卡盤與試樣垂直，將卡盤上的螺釘擰緊。 接著將試樣機(jī)兩端夾頭對(duì)正。將已裝扭角測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置的試樣的一端放入從動(dòng)夾頭的夾口間，將試樣加緊，進(jìn)行扭矩清零操作，推動(dòng)移動(dòng)支座，使試樣的另一端進(jìn)入主動(dòng)夾頭間，進(jìn)行試樣保護(hù)，從而消除夾持扭矩，并清零扭角。進(jìn)入電子扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)應(yīng)用軟件，選擇低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方案，按軟件運(yùn)行鍵，開始實(shí)驗(yàn)，記錄多

4、級(jí)等增量加載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)試樣被扭斷后停機(jī)，去下試樣，注意觀察試樣破壞斷口形貌。（2）鑄鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟鑄鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟與低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟相同。只因鑄鐵是脆性材料，只需記錄破壞荷載數(shù)據(jù)，無(wú)需安裝扭角測(cè)量裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理低碳鋼/mm鑄鐵/mm截面d平均d最小d截面d平均d最小d9869.869.839.909.909.909869.909849.849.929.929.849.929.849.839.940.9.939.829.92材料低 碳 鋼 鑄 鐵試樣尺寸9.86mm， 188.2 9.90 mm， 190.5試樣草圖實(shí)驗(yàn)前：實(shí)驗(yàn)后：實(shí)驗(yàn)前：實(shí)驗(yàn)后：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)屈服扭矩

5、34.667 最大扭矩 89.075 屈服切應(yīng)力 186.4 MPa抗切強(qiáng)度 478.9 MPa最大扭矩68.275 最大扭角=41.508抗切強(qiáng)度358.4 MPa 扭轉(zhuǎn)圖 （1）鑄鐵數(shù)據(jù)記錄T/NM5.0969.91215.04619.93025.40330.00635.083扭角/度0.6261.2141.8992.6583.5724.3715.522T/NM4000544.98050.04755.04159.99765.02168.275扭角/度6.9469.04612.27716.88523.36532.58641.805可做出扭矩-扭角曲線如下：由圖中可知Tb=68.275NM（1

6、）低碳鋼數(shù)據(jù)記錄處理標(biāo)距l(xiāng)0=50mmd0 /mm9.869.869.849.849.849.82線彈性階段T/NM5.00110.00415.00320.15725.032標(biāo)距扭角/度0.1580.3300.5110.6880.869扭角/度1.3871.9612.6003.1843.76屈服階段 最大值 最小值T/NM39.42934.667扭角/度5.68833.720強(qiáng)化階段T/NM35.27140.73350.33260.413扭角/度53.81977.534150.702290.092T/NM7017580.46485.55089.075扭角/度555.2781128.2541627.822208.197可做圖如下扭矩-標(biāo)距扭角曲線扭矩-扭角曲線測(cè)定低碳鋼的切變模量GT=（5.003+4.999+5.154+4.875）/4=5.008（NM）=（0.172+0.181+0.177+0.181）/4=0.178（）Ip=d04/32=9.1310exp所以=15.4GPa又=六、思考題1為什么低碳鋼試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷面與橫截面重合，而鑄鐵試樣是與試樣軸線成450螺旋斷裂面？答：在圓桿扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，低碳鋼屬于剪切強(qiáng)度低于拉伸強(qiáng)度的材料，破壞是由橫截面上的最大切應(yīng)力引起，并從桿的最外層沿橫截面發(fā)生剪斷產(chǎn)生的，而鑄鐵是屬于拉伸強(qiáng)度低于