金属材料扭转实验-实验指导.pdf

东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验 金属材料扭转实验 扭转问题是工程中经常遇到的一类问题。金属材料的室温扭转实验通过对试样（低碳 钢和铸铁）施加扭矩，测量扭矩及其相应的扭角（一般扭至断裂），来测定一些材料的扭转 力学性能指标。国家标准 GB/T 10128-2007 《金属材料室温扭转试验方法》是本试验的依 据。 一、实验目的 1 了解 GB/T 10128-2007 《金属材料室温扭转试验方法》所规定的定义和符号、试 样、实验要求、性能测定方法。 2 了解扭转试验机的基本构造和工作原理，掌握其使用方法。 3 测定金属材料扭转时的上下屈服强度、抗扭强度和相应的扭角。 4 比较不同材料在扭转时的机械性能及其破坏情况。 二、实验设备 扭转试验机（介绍参看附录），游标卡尺。扭转试样采用圆柱形试样，材料为低碳钢和 铸铁。 三、实验原理 使直杆发生扭转的外力，是一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴线的外力偶。 在这种外力偶作用下，杆表面的纵向线将变成螺旋线，即发生扭转变形。当发生扭转的杆是 等直圆杆时，杆的物性和横截面几何形状具有极对称性，杆的变形满足平面假设（横截面像 刚性平面一样绕轴线转动），这是扭转问题中最简单的情况。 标准中定义了多种可测的扭转性能指标，表 1 列出了扭转破坏实验常用的几种指标的 符号、名称和单位。 表 1 符号、名称及单位 符号 名称 单位 符号 名称 单位 规定非比例 Le 扭转计标距 mm τp MPa 扭转强度 T 扭矩 N ·mm τeH 上屈服强度 MPa 最大非比例 φmax （º） τeL 下屈服强度 MPa 扭角 I p 极惯性矩 mm4 τm 抗扭强度 MPa 3 最大非比例 W 截面系数 mm γmax % 切应变 1 规定非比例扭转强度的测定 图解法：根据试验机自动记录的扭矩-扭角曲线，在曲线上延长弹性直线段交扭角轴于 O 点，截取 OC （OC=2L γ/d）段，过 C 点作弹性直线段的平行线 CA 交曲线于 A 点，A e p 点对应的扭矩为所求扭矩 T ，见图 1。 p 东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验 T p τ p W 图 1 规定非比例扭转强度 τ τ