工程力学教学实验圆轴扭转实验.docVIP

圆轴扭转实验 一、试验目的 ⒈观察低碳钢和铸铁的扭转破坏现象，比较其试件断口形状并分析破坏原因。 ⒉测定低碳钢的剪切屈服极限，剪切强度极限和铸铁的剪切强度极限。 ⒊分析比较塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）受扭转时的破坏特征。 二、实验设备和仪器 ⒈扭转实验机 ⒉游标卡尺 三、实验原理 圆轴扭转时，横截面上各点均处于纯剪切状态，因此常用扭转实验来测定不同材料在纯剪切作用下的机械性能。利用实验机的自动绘图装置，可记录T—曲线，低碳钢的T—曲线如图3－9所示。 ? ? ? ??????图 3-9 ? ????扭矩在??以内，??与T呈线形关系，材料处于弹性状态，直到试件横截面边缘处的剪应力达到剪切屈服极限?，这时对应的扭矩用??表示横截面上的剪应力分布如图3-10（a）所示。 ? ? ? ? ? ? ? ???????????????图3-10???低碳钢圆轴在不同扭矩下剪应力分布图  在扭矩超过以后，材料发生屈服形成环形塑性区，横截面上的剪应力分布如图3-10（b）所示。此后，塑性区不断向圆心扩展，T—曲线稍微上升，然后趋于平坦，扭矩度盘上指针几乎不动或摆动所示的最小值即是扭矩，这时塑性区占据了几乎全部截面，横截面上剪应力分布如图3-10（c）所示。剪切屈服极限近似等于 ? ?????????????????????????????????????（a） ? 式中，，是试件的抗扭截面系数 ? 试件继续变形，进入强化阶段，到达T-趋线上的C点，试件发生断裂。扭矩度盘上的从动指针指出最大扭矩，扭转剪切强度极限的计算式为 ? ??????????????????????????????????????(b) 试件扭转时横截面上各点处于纯剪切状态如图3-11所示，在于杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应力为和的作用，低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故以横截面剪断。铸铁扭转时，其T—曲线如图3-12所示。从扭转开始到断裂，近似为一直线，故其剪切强度极限可近似地按弹性应力公式计算 ? ??????????????????????????????(c)????????????? 图3-11??纯剪应力状态 ? 图3-12??铸铁T—曲线 ? ? ? ? ? ? ?  试件的断口面为与试件轴线成45°角的螺旋面。这说明脆性材料的抗拉能力低于抗剪能力，它的断裂是由于最大拉应力过大引起的。 四、试验方法和步骤 ⒈?试件准备 圆轴扭转实验采用图3-13所示的圆截面试件，将两端加工成扁平面以便装夹在实验机上传递扭矩。为了便于比较各种材料的机械性能，试件直径和标距一般采用d0=10㎜，l0=10?d0。 ? ? ? ? ?  ????试验前，在试件标距内的中间和两端三处，每处沿两个垂直方向用游标卡尺各测量一次直径，并取其算术平均值，选平均值的最小者作为计算直径d0。 ⒉?试验机准备 根据试验机的直径及材料的剪切强度极限估计实验所需的最大扭矩?，然后选择适当的测力度盘。将测力度盘上的指针对准零点，装好记录笔和纸，打开记录开关。 ⒊?试件安装 将试件装入夹头内，旋转主动夹头上的扭角刻度环，使零点与指针重合，若要观察扭转变形，可在试件上沿轴线方向画一条母线。 ⒋?检查及试机 请教师检查以上步骤完成情况，慢速加少量扭矩，然后卸载，检查实验机工作是否正常。 ⒌进行试验? 选择适当的加载速度。对铸铁及低碳钢在屈服极限以前实验用低速加载，此时调速开关拨至“0°～36°/min”档上，多圈电位器转至零位。启动电源后，按动“正”向按钮，然后逐渐拧动多圈电位器调到适当的加载速度，速度值由速度表显示。当低碳钢超过屈服极限以后，可采用高速加载，将调速开关拨至“0°～360°/min”挡上，换挡时最好先将多圈电位器给定值调至较小值，以免电机转速急剧增加。 实验过程中，仔细观察主动针转动情况。当主动针停止转动或波动时，记录下屈服扭矩Ts注意观察试件、扭角刻度环和自动绘图装置。试件断裂后，立即停车，记下断裂时的扭矩Tb扭转角度值。 ⒍?结束试验 从试验机上取下已绘好的扭转曲线图纸，并请教师检查实验记录。 清理实验现场，将试验实验机及有关工具复原。 ⒎?注意事项 参看扭转试验实验机使用时的注意事项。 五、试验实验结果处理 根据实验记录数据，分别由（a）、（b）、（c）式计算低碳钢和铁铸材料的屈服极限和剪切强度极限。填写实验报告。 ? ? ? ? 圆轴扭转实验报告 班级____________?????????姓名________________????????学号______________ 实验日期_______________??????????????????????????????成绩?_____________ 一、实验目的 二、实验设备和仪器(mm)(mm3) 三