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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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