工程力学实验-扭转实验_2012.ppt

六、实验结果处理（见书上） * 实验三、金属材料的扭转实验 一、实验目的 1. 测定低碳钢（或铝合金）的切变模量G。 2. 测定铝的规定非比例扭转应力 4. 观察并分析不同材料在扭转时的变形和破坏现象。 3. 测定低碳钢的屈服点或上屈服点、下屈服点 和抗扭强度 图1-19 扭转试样 二、设备和仪器 1. RNJ-500微机控制电子扭转试验机。 1 单片机测控箱　 2 固定夹具　 3 活动夹具 4 减速箱　 5 导轨工作平台　 6 手动调整轮 7 伺服电机 8 机架 图附1-5-1 RNJ－500 型微机控制扭转试验机示意图 固定夹具(2)一端与扭矩传感器相连，另一端用于试样安装；活动夹具(3)则一端固定试样，另一端与减速箱(4)相连。 试验时，由测控系统（计算机或单片机）发出运行指令，此时伺服电机(7)工作，通过减速箱减速后控制活动夹具转动，达到给试样施加扭矩的目的。 另外出于试验机调零和操作灵活的考虑，该试验机提供了手动调节的控制方式。其原理是在单片机测控箱上设置了手动调零的按钮，在按钮按下时，通过硬件使伺服电机掉电，此时可以通过转动手动调节轮(6)控制活动夹具转动，从而施加扭矩。 图附1-5-2 扭转试验机测量系统组成图 试验机测量系统主要由扭矩传感器、小角度扭角仪、光电编码器、单片机系统、计算机、网络打印机等组成，如图1-5-2所示。 在试样承受扭矩时，产生扭转变形，标距间的扭转角由小角度扭角仪获得，同时通过光电编码器获取活动夹具的转动角度。这样，单片机系统将相应的扭矩、标距间扭转角以及活动夹具的转动角度信号分别进行放大，并作数字化处理后的结果通过RS-232传递给计算机系统，计算机系统对接受的数据按用户要求分别绘制出相应的测试曲线，并将最后试验结果输出。  2. 小扭角传感器。 3. 游标卡尺。 1 试样 2 固定夹块 3 紧定螺母 4 旋转夹块　 5 标距标尺　 6 数字百分表 图附1-5-4小角度扭角仪示意图 四、测量原理 材料的切变模量G是在扭转过程中，线弹性范围内切应力和切应变之比。切变模量G是计算构件扭转变形的基本参数，可采用逐级加载法或图解法测定。 1、测G(逐级加载法) 先通过试验机采用手动形式施加初始扭矩T0，然后采用等增量加载，加载五次，第i次加载后扭矩为 （a） 按照定义： 或采用最小二乘法计算切变模量G。 或者： 标距间相对扭转角由试验机提供的小角度扭角仪测量获得，记录每级载荷下的扭转角 。各级加载过程中的切变模量为： 取平均值： 2、测G（图解法） 通过试验机配备的扭矩传感器以及小角度扭角仪，可自动记录扭矩－扭转角（T- ）曲线，如图1-20所示。 在所记录的曲线的弹性直线段上，选取扭矩增量和相应的扭转角增量。按下式计算材料的切变弹性模量G 式中： 为小角度扭角仪的测量标距； 为试样截面对圆心的极惯性矩。 图1-20图解法测G 3 低碳钢屈服点测定 拉伸时有明显屈服现象的金属材料（如低碳钢）在扭转时同样有屈服现象。通常T- 曲线有两种类型，见图1-21。 扭矩保持恒定而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩，记作 （图1-21a），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为屈服点，记作 图1-21 有明显屈服现象的T- 曲线 在屈服阶段，扭矩首次下降前的最大扭矩称为上屈服扭矩，按弹性扭转公式计算所得的切应力称为上屈服点： 屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩（不加说明时即指下屈服扭矩），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为下屈服点 ： 试样在断裂前所承受的最大扭矩，按弹性扭转公式计算得抗扭强度，从自动记录的曲线上读取试样断裂前的最大扭矩，按下式计算抗扭强度： 铸铁： 低碳钢： 图1-24铸铁扭转曲线 低碳钢的扭转曲线 4 铝合金规定非比例扭转应力测定 对于没有明显屈服现象的材料（如铝合金），需要测定扭转比例极限和扭转屈服强度时，按国家标准规定测定“规定非比例扭转应力”，记作 试样标距部分表面上的非比例切应变达到规定数值时，按弹性扭转公式计算得到的切应力称为“规定非比例扭转应力”。相应应力附以下标说明非比例切应变规定值。 称为扭转屈服强度 称为条件扭转比例极限 在自动记录的T- 曲线上（见图1-25），延长弹性直线段交 轴于O点，截取 为小角度扭角仪测量标距， 式中：n为扭转角放大倍数， 为规定的非比例切应变， 为试样原始直径 过C点作弹性直线段的平行线交曲