2024年扭转实验报告.doc

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一、试验目的和规定

1、测定低碳钢的剪切屈服點、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壞断口形貌。

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、游標卡尺。

3、装夹工具。

三、试验原理和措施

遵照国標(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學性能。如材料的剪切屈服强度點和抗剪强度等。圆截面试样必须按上述国標制成(如图1-1所示)。

试验两端的夹持段铣削為平面,這样可以有效地防止试验時试样在试验机卡頭中打滑。

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

從图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。由于强化阶段的過程很長,图中只绘出其開始阶段和最终阶段,破壞時试验段的扭转角可达以上。

從扭转试验机上可以讀取试样的屈服扭矩和破壞扭矩。由和计算材料的剪切屈服强度和抗剪强度,式中:為试样截面的抗扭截面系数。

當圆截面试样横截面的最外层切应力到达剪切屈服點時,占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限,因而此時试样仍体現為弹性行為,没有明显的屈服現象。當扭矩继续增長使横截面大部分区域的切应力均到达剪切屈服點時,试样會体現出明显的屈服現象,此時的扭矩比真实的屈服扭矩要大某些,對于破壞扭矩也會有同样的状况。

图1-3所示為低碳钢试样的扭转破壞断口,破壞断面与横截面重叠,断面是最大切应力作用面,断口较為平齐,可知為剪切破壞。

图1-3

材料的剪切弹性模量遵照国標(GB/T10128-1988)可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内進行圆截面试样扭转试验時,扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律,式中:為截面的极惯性矩。當试样長度和极惯性矩均為已知時,只要测取扭矩增量和對应的扭转角增量,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,這样不仅可以防止人為讀取数据产生的误差,并且可以通過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,長度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;根据不一样的试样標距规定,将试样搁放在對应的的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,以保证標距精确,将卡盘上的螺母拧紧。

3、将试验机两端夹頭對正,清零、装夹紧试件,進行保护。

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低碳钢扭转破壞试验

试验方向

正转

扭角传感器名

標距扭角

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.

试验結束条件

1、定扭矩980N·m

2、定扭矩衰減率40%

入口力

5

4、按软件“运行”键,開始试验;

5、记录多级等增量加载试验数据;

6、试样被扭断後停机,取下试样,注意观测试样断口形貌;

7、結束试验,将试验机复位并整顿現場。

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

测點

D(mm)

测點一

9.96mm

测點二

9.96mm

测點三

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

屈服點

37.50542

144.76

极限點

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)破壞曲线

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