2023年扭转实验报告.doc

一、试验目的和规定 1、测定低碳钢的剪切屈服点、剪切强度，观测扭矩-转角曲线（曲线）。 2、观测低碳钢试样扭转破坏断口形貌。 3、测定低碳钢的剪切弹性模量G。 4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（）。 5、根据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。 二、试验设备和仪器 1、微机控制扭转试验机。 2、游标卡尺。 3、装夹工具。 三、试验原理和措施 遵照国标（GB/T10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定多种工程材料在纯剪切状况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点和抗剪强度等。圆截面试样必须按上述国标制成（如图1-1所示）。 试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。 图 1-1 试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。 图3-2 从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最终阶段，破坏时试验段的扭转角可达以上。 从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩和破坏扭矩。由和计算材料的剪切屈服强度和抗剪强度，式中：为试样截面的抗扭截面系数。 当圆截面试样横截面的最外层切应力到达剪切屈服点时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍体现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增长使横截面大部分区域的切应力均到达剪切屈服点时，试样会体现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩要大某些，对于破坏扭矩也会有同样的状况。 图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重叠，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。 图 1-3 材料的剪切弹性模量遵照国标（GB/T10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律，式中：为截面的极惯性矩。当试样长度和极惯性矩均为已知时，只要测取扭矩增量和对应的扭转角增量，可由式 计算得到材料的剪切弹性模量。试验一般采用多级等增量加载法，这样不仅可以防止人为读取数据产生的误差，并且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。 四、试验环节 1、测量低碳钢试样直径d1，长度L； 2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一种定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一种定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不一样的试样标距规定，将试样搁放在对应的的V形块上，使两卡盘与V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以保证标距精确，将卡盘上的螺母拧紧。 3、将试验机两端夹头对正，清零、装夹紧试件，进行保护。 4、运行POWERTEST软件，选择剪切弹性模量测定试验方案； 表1-1 试验程序 试验名称 1013低碳钢扭转破坏试验 试验方向 正转 扭角传感器名 标距扭角 材料 棒材 试验方案 扭矩控制 0.5N·m/s 目的 扭矩控制5.0N·m 扭矩保载 20.0s 扭矩控制 0.5N·m/s 目的 扭矩控制10.0N·m 扭矩保载 20.0s 扭矩控制 0.5N·m/s 目的 扭矩控制15.0N·m 扭矩保载 20.0s 扭矩控制 0.5N·m/s 目的 扭矩控制20.0N·m 扭矩保载 20.0s 扭矩控制 0.5N·m/s 目的 扭矩控制25.0N·m 扭矩保载 20.0s 扭角控制 60.0。/min 目的 扭矩控制40.0N·m 扭角控制 120.0。/min 目的 扭矩控制600.0N·m 扭角控制 120.0。/min 目的 扭角控制3000.0. 试验结束条件 1、定扭矩 980N·m 2、定扭矩衰减率 40% 入口力 5 4、按软件“运行”键，开始试验； 5、记录多级等增量加载试验数据； 6、试样被扭断后停机，取下试样，注意观测试样断口形貌； 7、结束试验，将试验机复位并整顿现场。 五、试验数据及处理成果 1、低碳钢扭转试验数据 表1-1 直径测量表 测点 D（mm） 测点一 9.96mm 测点二 9.96mm 测点三 9.98mm 均值 9.967mm 则根据试验可知低碳钢的有关参数: 表1-2 低碳钢剪切屈服强度、抗剪强度计算表 扭矩 切应力 屈服点 37.50542 144.76 极限点 85.58842 330.36 由上表可得低碳钢的剪切屈服强度，抗剪强度。 图1-4 低碳钢扭角（度）—扭矩（N*m）破坏曲线