实验三 低碳钢、铸铁扭转试验
实验三低碳钢、铸铁扭转试验
一、实验目的
1．测定铸铁的扭转强度极限τm
2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL及扭转条件强度极限τm。
3．观察比较两种材料的扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。
二、实验原理
扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩M n。
从试验机可读得相应的扭矩M n和扭转角υ，试验机可自动绘出M n-υ曲线图。
对于低碳钢材料M n-υ曲线有两种类型，如图3-1所示。
M
M M m
M
图3-1 低碳钢M-υ曲线
(a) (b) (c)
图3-2 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图
低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩M n与扭转角υ成正比关系，横截面上剪应力沿半径线性分布如图3-2a所示。随着扭矩M n的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限
s
τ且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区见图3-2b 。但中心部分仍是弹性的。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区如图3-2C所示。在M-υ曲线上出现屈服平台见图3-1。试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩M eL。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m。扭转屈服极限τm按下式计算，即
3
,
4
eL
eL
p
M
W
τ=
3
4
m
m
p
M
W
τ=（3-1）
M
m
式中316d W p π
=为试件抗扭截面模量。
铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。图3-3为铸铁材料的扭转图。从扭转开始直到破坏为止，扭矩M n 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m ，可据下式计算出扭转强度极限τm ，即 p
b b W W =τ （3-2） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图3-4所示。在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为σ1=τ，σ3=-τ的作用。
M n
M m
图3-3 铸铁扭转图 图3-4 纯剪应力状态
根据试件扭转破坏断口形式如图3-5所示。低碳钢圆形试件的破坏断面与曲线垂直 见图3-5a ，显然是沿最大剪应力的作用面发生断裂，为剪应力作用而剪断。故低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力；铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面 见图3-5b ，破坏断口垂直于最大拉应σ1方向，断面呈晶粒状，这是正应力作用下形成脆性断口，故铸铁材料是当最大拉应力首先达到其抗拉强度极限时，在该截面发生拉断破坏。
( a )低碳钢：剪断 ( b )铸铁：拉断
图3-5 扭转断口示意图
三、实验设备
扭转试验机；刻度机；游标卡尺
四、试样制备
根据国家标准（GB10128-88《金属室温扭转试验方法》规定，扭转试件可采用圆形截面，也可采用薄壁管，并且推荐，对于圆形截面试件，采用直径d 0=10mm ，标距L 0=50mm 或100mm ，平行段长度L=L 0+2d 0。本试验采用圆形截面试件。
五、实验结果整理
1．将试验数据以表格形式给出
2．低碳钢的屈服极限τeL 及扭转条件强度极限τm 按下式计算： ,eL eL p M W τ= m m p
M W τ= （3-3） 铸铁的强度计算 m m p
M W τ= 316d W p π= （3-4） 3．绘制低碳钢、铸铁试件的扭转图及断口示意图，并分析破坏原因。
低碳钢 铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验 一：实验目的和要求 1、掌握扭转试验机操作。 2、低碳钢的剪切屈服极限τs。 3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。 4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。 二：实验设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、实验原理 1、低碳钢扭转实验 低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。 T 图1. 低碳钢材料的扭转图 1. 低碳钢材料的扭转图 τs (a) (b) (c) 图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。随着扭矩T的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几
乎都是塑性区，如图2(c)所示。此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩T s 。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b 。由 t s d s A s s W d dA T τρπρρτρτ3 4 22 /0 ===? ?）（ 可得低碳钢材料的扭转屈服极限t s s W T 43= τ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限t b b W T 43=τ，其中316 d W t π =为抗扭截面模量。 2、铸铁扭转实验 铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。 图3. 铸铁材料的扭转图 从扭转开始直到破坏为止，扭矩T 与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b ，铸铁材料的扭转强度极限为t b b W T = τ。 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a ）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，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（b ）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。 图4. 低碳钢和铸铁的扭转端口形状 四、实验步骤 低碳钢实验步骤： 1. 测量试样尺寸 在试件两端及中部位置，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算个横截面面积。
扭转实验报告
浙江大学材料力学实验报告 （实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G 。； 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。 二、设备及试样： 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定G 的实验也可在小型扭转试验 机装置上完成； 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺； 4. 试样，扭装试样一般为圆截面。 三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G A 、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=，δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩； 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为 T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是 1i i i φφφ-?=-，则有0 i p i T l G I φ?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑，i=1,2,3,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε，t W 为抗扭截面系数； 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ，与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-，则有i t i T G W ε?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n =∑， i=1,2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转破坏 实验报告 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求 1、掌握扭转试验机操作。 2、低碳钢的剪切屈服极限τs。 3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。 4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。 二：实验设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、实验原理 1、低碳钢扭转实验 低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。 T
T s 0 φ 图1. 低碳钢材料的扭转图 1. 低碳钢材料的扭转图 (a) (b) (c) 图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T 与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。随着扭矩T 的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs 且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图2(c)所示。此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩T s 。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b 。由t s d s A s s W d dA T τρπρρτρτ3 4 22/0 ===? ?）（ 可得低碳钢
材料的扭转屈服极限t s s W T 43= τ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限t b b W T 43=τ，其中316 d W t π = 为抗扭截面模量。 2、铸铁扭转实验 铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。 图3. 铸铁材料的扭转图 从扭转开始直到破坏为止，扭矩T 与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b ，铸铁材料的扭转强度极限为t b b W T = τ。 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a ）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，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（b ）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。 图4. 低碳钢和铸铁的扭转端口形状
低碳钢的扭转实验
实验三扭转实验 实验项目性质：验证性 所涉及课程：材料力学 计划学时：2学时 【实验目的】 1、测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）τeL、抗扭强度（剪切强度极限）τm。 2、测定铸铁的抗扭强度τm。 3、观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏形式，并对试件断口进行分析。 【实验设备】 1.微机控制电子万能试验机一台，型号WDD-LCJ-150； 2.游标卡尺； 3.记号笔； 4.低碳钢（Q235）、铸铁（HT）试件； 【实验原理】 低碳钢试件在发生扭转变形时，其T－υ曲线如图3所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有三个强度特征值：剪切比例极限τe、剪切屈服极限τeL和剪切强度极限τm。对应这三个强度特征值的扭矩依次为T e、T eL、T m。 图3 低碳钢扭转图 在比例极限内，T与υ成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。如图4(a)所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，
横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图4(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T 仍可增加，T －υ的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图4(c)所示。 (a) (b) (c) 图4低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 在T －υ出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆，由此可读出屈服扭矩T eL ，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出： t s W T 43eL = τ 式中为试件的抗扭截面系数。 屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值T m 进入断裂阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限τm 可同下式求出： t m W T 43m = τ 2．铸铁扭转实验：铸铁在扭转实验时，变形很小就突然断裂，其T －υ曲线如图2－10所示。 图4 铸铁扭转图 从开始受扭，直到破坏，近似为一直线。没有屈服阶段和强化阶段，唯一的 s τ3 t d 16 W π= T
材料力学扭转实验实验报告
扭 转 实 验 一．实验目的： 1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。 二．实验设备及工具 扭转试验机，游标卡尺、扳手。 三．试验原理： 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。） 四．实验步骤 1.a 低碳钢实验（华龙试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。 （3）调整试验机并对试样施加载荷： 在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。 （4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩 。从夹头上取下试样。 （5）观察试样断裂后的形状。 1.b 低碳钢实验（青山试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，s τb τb τ 0d S M b M 0d
实验三_低碳钢、铸铁扭转试验
实验三低碳钢、铸铁扭转试验 一、实验目的 1．测定铸铁的扭转强度极限τm 2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL及扭转条件强度极限τm。 3．观察比较两种材料的扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。 二、实验原理 扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩M n。 从试验机可读得相应的扭矩M n和扭转角υ，试验机可自动绘出M n-υ曲线图。 对于低碳钢材料M n-υ曲线有两种类型，如图3-1所示。 M M M m M 图3-1 低碳钢M-υ曲线 (a) (b) (c) 图3-2 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图 低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩M n与扭转角υ成正比关系，横截面上剪应力沿半径线性分布如图3-2a所示。随着扭矩M n的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限 s τ且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区见图3-2b 。但中心部分仍是弹性的。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区如图3-2C所示。在M-υ曲线上出现屈服平台见图3-1。试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩M eL。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m。扭转屈服极限τm按下式计算，即 3 , 4 eL eL p M W τ= 3 4 m m p M W τ=（3-1） M m
式中316d W p π =为试件抗扭截面模量。 铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。图3-3为铸铁材料的扭转图。从扭转开始直到破坏为止，扭矩M n 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m ，可据下式计算出扭转强度极限τm ，即 p b b W W =τ （3-2） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图3-4所示。在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为σ1=τ，σ3=-τ的作用。 M n M m 图3-3 铸铁扭转图 图3-4 纯剪应力状态 根据试件扭转破坏断口形式如图3-5所示。低碳钢圆形试件的破坏断面与曲线垂直 见图3-5a ，显然是沿最大剪应力的作用面发生断裂，为剪应力作用而剪断。故低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力；铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面 见图3-5b ，破坏断口垂直于最大拉应σ1方向，断面呈晶粒状，这是正应力作用下形成脆性断口，故铸铁材料是当最大拉应力首先达到其抗拉强度极限时，在该截面发生拉断破坏。 ( a )低碳钢：剪断 ( b )铸铁：拉断 图3-5 扭转断口示意图 三、实验设备 扭转试验机；刻度机；游标卡尺 四、试样制备 根据国家标准（GB10128-88《金属室温扭转试验方法》规定，扭转试件可采用圆形截面，也可采用薄壁管，并且推荐，对于圆形截面试件，采用直径d 0=10mm ，标距L 0=50mm 或100mm ，平行段长度L=L 0+2d 0。本试验采用圆形截面试件。
扭转破坏实验实验报告
篇一：扭转实验报告 一、实验目的和要求 1、测定低碳钢的剪切屈服点?s、剪切强度?b，观察扭矩-转角曲线（t??曲线）。 2、观察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（??tl/gip）。 5、依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、实验原理和方法 遵照国家标准（gb/t10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点?s和抗剪强度?b等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（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后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10?以上。从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。 ts和tb。和?s?3ts/4wt计?s和?b，wt??d0/16为 3?s?3ts/4wt计算材料的剪切屈服强度?s和抗剪强度?b，式中：wt??d0/16 3 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达到剪切屈服点?s时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点?s时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。 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合，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g遵照国家标准（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 ??tlp 4 i??d0为截，式中：p 面的极惯性矩。当试样长度l和极惯性矩ip均为已知时，只要测取扭矩增量 ?t和相应的扭转角增量??，可由式 g? ?t?l ???ip 计算得到材料的剪切弹性模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而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、实验步骤 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，将一个定
青岛理工大学--材料力学--实验报告
材料力学实验报告 系别 班级 姓名 学号 青岛理工大学力学实验室 目录 实验一、拉伸实验报告 实验二、压缩实验报告 实验三、材料弹性模量E和泊松比μ的测定报告 实验四、扭转实验报告 实验五、剪切弹性模量实验报告 实验六、纯弯曲梁的正应力实验报告 实验七、等强度梁实验报告 实验八、薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定报告 实验九、压杆稳定实验报告 实验十、偏心拉伸实验报告 实验十一、静定桁架结构设计与应力分析实验报告 实验十二、超静定桁架结构设计与应力分析实验报告 实验十三、静定刚架与压杆组合结构设计与应力分析实验报告实验十四、双悬臂梁组合结构设计与应力分析实验 实验十五、岩土工程材料的多轴应力特性实验报告 实验一拉伸实验报告
一、实验目的与要求： 二、实验仪器设备和工具： 三、实验记录： 1、试件尺寸 实验后： 屈服极限载荷：P S = kN 强度极限载荷：P b = kN 四、计算 屈服极限： == A P s s σ MPa 强度极限： == A P b b σ MPa 延伸率： =?-= %10000 L L L δ 断面收缩率： =?-= %1000 0A A A ψ 五、绘制P －ΔL 示意图: 实验二 压缩实验报告 一、实验目的与要求： 二、实验仪器设备和工具： 三、试件测量： 材 料 标 距 L 0 (mm) 直径（mm ） 截面 面积 A 0 (mm 2) 截面（1） 截面（2） 截面（3） （1） （2） 平均 （1） （2） 平均 （1） （2） 平均 材 料 标 距 L (mm) 断裂处直径（mm ） 断裂处 截面面积 A(mm 2) （1） （2） 平均 材 料 直 径（mm ） 截面面积 A 0(mm 2)
扭转实验指导书《材料力学》新设备
实验编号3 低碳钢和铸铁扭转实验 低碳钢和铸铁扭转破坏试验 一、概述 工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定；扭转变形是构件的基本变形之一。因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。 二、实验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服极限τ s ，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τ b 2、铸铁的抗扭强度极限τ b 3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。 4、学习自动绘制T－υ曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作 三、实验设备和仪器 1、CTT1000微机控制电子扭转实验机(1000N.M) 2、游标卡尺 3、低碳钢和铸铁圆形扭转试件 四、试件 扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d =10mm， 标距l =100mm,平行长度l为120mm。其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。 图3-1 五、实验原理 扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。进行扭转试验时，把试件两夹持端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，开启试验机，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。扭转试验机上可以直接读出扭矩M和扭转角υ，同时试验机也自动绘出了M—υ曲线图，一般υ是试验机两夹头之间的相对扭转角。扭转试验的标准是GB/T10128-1988。 因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型，如图3-2所示。扭转曲线
表现为弹性、屈服和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区。当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。在屈服阶段，扭矩基本不动或呈下降趋势的轻微波动，而扭转变形继续增加。当首次扭转角增加而扭矩不增加（或保持恒定）时的扭矩为 屈服扭矩，记为M s ；首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩，记为M su ；屈服阶段 中最小的扭矩为下屈服扭矩，记为M sL （不加说明时指下屈服扭矩）。对试件连续 施加扭矩直至扭断，从试验机扭矩标识上读得最大值。考虑到整体屈服后塑性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点和抗扭强度理论上应按下式计算。 τs=M s/Wρτb=M b/Wρ 图3-2低碳钢图3-3铸铁铸铁试件扭转时，其扭转曲线不同于拉伸曲线，它有比较明显的非线性偏离，见图（3-3）。但由于变形很小就突然断裂，一般仍按弹性公式计算铸铁的抗扭强度，即 τb=M b/Wρ 圆形试件受扭时，横截面上的应力应变分布如图3-4b、c所示。在试件表面 任一点，横截面上有最大切应力τ，在与轴线成±45的截面上存在主应力σ 1 =τ，σ3=-τ（见图3-4a）。低碳钢的抗剪能力弱于抗拉能力，试件沿横截面被剪 断。铸铁的抗拉能力弱于抗剪能力，试件沿与σ 1 正交的方向被拉断。 图3-4 六、实验步骤 1．开机：试验机——>打印机——>计算机 注意：每次开机后，最好要预热10分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。若刚刚关机，需要再开机，至少保证1分钟的时间间隔。
弯曲与扭转实验报告
《材料力学实验报告-弯曲扭转》
扭转实验 一、实验目的 1．学习扭转实验机的构造原理，并进行操作练习。 2．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。3．观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏情况。 二、实验仪器 扭转实验机，游标卡尺。 三．实验原理 塑性材料和脆性材料在扭转时的力学性能。(参考材料力学课本及其它相关书籍) 四、实验步骤 1．低碳钢实验 （1）量取试件直径。在试件上选取3个位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均直径值中取最小值作为试件的直径。 （2）将扭转实验机刻度盘的从动针调至靠近主动针。主动针的调零方式为自动调整，如果主动针不在零位，应通知老师，由老师进行调整。绝对不能用调从动针的方法，将两针调至零位。 （3）把试件安装在扭转试验机的夹头内，并将螺丝拧紧（勿太用力）。安装时，一定要注意主动夹头的夹块要保持水平（固定夹头的夹块总是水平的），以避免引起初始扭矩。如果已经出现小量的初始扭矩，只要不超过5N*m，可以开始加载。另外，试件在水平面和垂直面上不能歪斜，否则加载后试件将发生扭曲。 （4）打开绘图记录器的开关；将调速旋钮置于低速位置。开始用档慢速加载，每增加 5N*m 的扭矩，记录下相应的扭转角度。实验过程中，注意观察试件的变形情况和图，当材料发生流动时，记录流动时的扭矩值和 相应的扭转角度。另外，注意记录扭矩刚开始下降时的扭矩值和相应的扭转角度。扭矩值估读到0.1N*m。
（5）流动以后，继续加载，试件进入强化阶段，关闭记录器后，将电机速度选择在 档，加快加载速度。这时由于变形速度较快，可每增加180 度取一次扭转角度。直至试件扭断为止，记下断裂时的扭矩值 ，注意观察断 口的形状。注意，试件扭断后应立即停止加载，以便记录断裂时的扭转角度。 2．铸铁实验 操作步骤与低碳钢相同。因铸铁在变形很小时就破坏，所以只能用 档慢速加载。每增加5N*m 的扭矩，记录下相应的扭转角度。注意观 察铸铁试件在扭转过程中的变形及破坏情况，并记录试件扭断时的极限扭矩值 和相应的扭转角度。注意，试件扭断后应立即停止加载，以便记录断裂时的扭转角度。 五、实验记录 42.5m N ? 98m N ? 67.5m N ? 注：低碳钢的剪切流动极限及强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。原因是这样：圆轴扭转在弹性变形范围内剪应力分布如参考图(a)所示，对于塑性材料，当扭矩增大到一定数值后，试件表面应力首先达到流动极限 ，并逐渐向内 扩展，形成环形塑性区，如参考图(b)所示。若扭矩逐渐增大，塑性区也不断扩大。当扭矩达到 时，横截面上的剪应力大小近似为 ，如参考图(c)所示,在 这种剪应力分布形式下，剪应力公式为。
扭转实验报告
浙江大学材料力学实验报告 (实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式,测定低碳钢的切变模量G 。; 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。 二、设备及试样: 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定Ｇ的实验也可在小型扭转试验 机装置上完成; 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺; 4. 试样,扭装试样一般为圆截面。 三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G Ａ、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=,δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩; 选取初扭矩T ｏ和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成ｎ级加载,每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是1i i i φφφ-?=-,则有0 i p i T l G I φ?= ?,i ＝1，2,３,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑,ｉ=1，２，３,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε,t W 为抗扭截面系数; 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩T ｎ,从To 到Ｔn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ,与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-,则有i t i T G W ε?= ?，ｉ=1，2,３,…ｎ,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即: 1 i G G n = ∑,i=1，2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ
扭转实验报告
一、实验目的和要求 1、测定低碳钢的剪切屈服点s τ、剪切强度b τ，观察扭矩-转角曲线（φ-T 曲线）。 2、观察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（p GI Tl /=φ）。 5、依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、实验原理和方法 遵照国家标准（GB/T10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点s τ和抗剪强度b τ等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（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后阶段，破坏时试验段的扭转角可达π10以上。 从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩s T 和破坏扭矩b T 。由和T s s W T 4/3=τ计算材料的剪切屈服强度s τ和抗剪强度b τ，式中：16/3 0d W T π=为 试样截面的抗扭截面系数。 T s s W T 4/3=τ计算材料的剪切屈服强度s τ和抗剪强度b τ，式中：16 /30d W T π=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达到剪切屈服点s τ时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点s τ时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩s T 要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。 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合，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
材料力学金属扭转实验报告
材料力学金属扭转实验报告 【实验目的】 1、验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G。测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限弋握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能； 2、绘制扭矩一扭角图； 3、观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象，并比较它们性质的差异； 4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 【实验仪器】 【实验原理和方法】 1. 测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，当达到某一值时，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩M es，低碳钢的扭转屈服应力为 式中：W p二「d3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩T s后，改用电动快速加载，直到试样被扭断为止。这时测矩盘上的从动 指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩M eb，低碳钢的抗扭强度为 对上述两公式的来源说明如下： 低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的M e-'图如图 1-3-2所示。当达到图中A点时，M e与「成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s，如能测得此时相应的外力偶矩M ep，如图1-3-3a所示，则扭转屈服应力为
(3)将扭角测量装置的转动臂的距离调好，转动转动臂，使测量辊压在卡盘上。
4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。按“运行”键，开 始试验。 5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算 结果。 6、试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。 、铸铁 1、试件准备：在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值， 再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d o在低碳钢试件表面画上一条纵向线和两条圆周线，以便观察扭转变形。 2、试验机准备：按试验机一计算机一打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使 用。根据计算机的提示，设定试验方案，试验参数。 3、装夹试件：启动扭转试验机并预热后，将试件一端固定于机器，按"对正"按钮使两夹 头对正后，推动移动支座使试件头部进入钳口间? 4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。按“运行”键，开 始试验。 5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算 结果。 6试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。 【实验数据与数据处理】 一.低碳钢扭转 低碳钢直径测量 注：第二次实验修正标距为 3.线性阶段相关数据 当处于线性阶时，有
金属材料扭转试验报告
实验二 扭转实验 一、实验目的 1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s τ和抗扭强度b τ。 2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度b τ。 3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.扭转试验机。 2.计算机 3.游标卡尺。 三、实验试样 按照国家标准GB10128—88《金属室温扭转试验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样和管形截面试样两种。其中最常用的是圆形截面试样，如图1-1a 所示。通常，圆形截面试样的直径mm 10=d ，标距d l 5=或d l 10=，平行部分的长度为mm 20+l 。若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。 由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。 四、实验原理与方法 1. 测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶
矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为 p es s 43W M = τ 式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩s T 后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为 p eb b 43W M = τ 对上述两公式的来源说明如下： 低碳钢试样在扭转变形过程中，利用机上的自动绘图装置绘出的?-e M 图如图1-6所示。当达到图中A 点时，e M 与?成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩 ep M ，如图1-7a 所示，则扭转屈服应力为 p ep s W M = τ 经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图1-7b 所示。若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图1-7c 所示的情况，对应的扭矩s T 为
金属材料的扭转实验报告
金属材料的扭转实验报告 1.实验目的 （1）测定低碳钢扭转时的强度性能指标:剪切屈服极限和剪切强度极限 （2）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：剪切强度极限。 （3）绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。（4）了解电子式扭转实验机的构造，原理和操作方法。 2.实验设备和仪器 （1）扭转实验机 （2）游标卡尺 3.实验试样 按照国家标准GB10128-2007《金属室温扭转实验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及实验目的的不同而分别为圆形截面试样和管形截面试样两种。其中最常用的是圆形截面试样。 4.实验步骤 （1）测量试样的直径。 （2）将试样安装到扭转实验机上，运行应用软件，预制实验条件、参数。（3）开始“实验”按钮，匀速缓慢加载，跟踪观察试样的屈服现象和实时曲线，待屈服过程之后，提高实验机的加载速度，直至试样被扭断为止。 （4）取下拉断的试样，进行实验数据和曲线及实验报告处理。 （5）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标步骤与低碳钢扭转基本一致，但只需要测量扭断值。 5.实验原理与方法 （1）扭转力学性能试验 式样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，力矩与扭转角呈线性关系，直至力矩的示数值出现一个维持的平台，这是所指示的外力偶矩的数值即为屈服扭矩Te。按弹性扭转公式计算的剪切屈服应力为τe=Te/Wp，式中：Wp=πd3/16为式样在标距内的抗扭截面系数。在测出
屈服扭矩Te后，可加快实验机加载速度，直到式样被扭断为止。实验机记录下最大扭矩Tm，剪切强度极限为τm=Tm/Wp。如上所述，名义剪切应力τe，τm等，是按弹性公式计算的，他是假设式样横截面上的剪切应力为线性分布，外表最大，形心为零，这在现行弹性阶段是对的。 （2）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标 对于灰铸铁式样，只需测出其承受的最大外力偶矩Mem，抗扭强度为Τm=Mem/Wp，低碳钢式样的断口与轴线垂直，表明破坏是由切应力引起的；而灰铸铁式样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成45°角，表明破坏是由拉应力引起的。 6.实验数据 （1）低碳钢：剪切屈服极限τe=3M es/4W p=122.422MPa 剪切强度极限τm=3M em/4W p=373.110MPa （2）铸铁：剪切强度极限τm=M em/4W p =144.396MPa 试样材料试件直径 d/mm 抗扭截面模量 W p/mm2 屈服时扭矩 T e=M es/(N·m m) 最大扭矩 T m=M em(N·m m) 低碳钢10196.349532.0597680铸铁10196.349528352
材料力学扭转实验
§1－2 扭转实验 一、实验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服点τs，抗扭强度τb。 2、测定铜棒的抗扭强度τb。 3、比较低碳钢和铜棒在扭转时的变形和破坏特征。 二、设备及试样 1、伺服电机控制扭转试验机（自行改造）。 2、0.02mm游标卡尺。 3、低碳钢φ10圆试件一根，画有两圈圆周线和一根轴向线。 4、铜棒铁φ10圆试件一根。 三、实验原理及方法 塑性材料试样安装在伺服电机驱动的扭转试验机上，以6-10o/min的主动夹头旋转速度对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得到扭转曲线（扭矩-夹头转角图线），如下图为低碳钢的部分扭转曲线。试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。 弹性变形到一定程度试样会出现屈服。扭转 曲线扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩 T su；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩T sl，通常把 下屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限 τs，即：τs=τsl= T sl/W。当试样扭断时，得到 最大扭矩T b，则其抗扭强度为τb= T b/W 式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有 W=πd03/16。 铸铁为脆性材料，无屈服现象，扭矩 -夹头转角图线如左图，故当其扭转试样 破断时，测得最大扭矩T b，则其抗扭强度 为：τb= T b/W 四、实验步骤 1、测量试样原始尺寸分别在标距 两端及中部三个位置上测量的直径，用最 小直径计算抗扭截面模量。 2、安装试样并保持试样轴线与扭转试验机转动中心一致。 3、低碳钢扭转破坏试验，观察线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。 4、铜棒扭转破坏试验，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。 五、实验数据处理 1、试样直径的测量与测量工具的精度一致。 2、抗扭截面模量取4位有效数字。 3、力学性能指标数值的修约要求同拉伸实验。 六、思考题
低碳钢和铸铁扭转试验
低碳钢和铸铁扭转实验 一、实验目的 １．观察比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象、破坏形式。 ２．测定低碳钢扭转时的屈服点τs 和抗扭强度τb 。 ３．测定铸铁扭转的抗扭强度τb 。 二、实验设备与试件 １．扭转试验机。 ２．游标卡尺。 ３．扭转试件参照国家标准GB10128–88采用圆形截面试件(如图2–13所示)，为中间段试件直径；0d Ｌ0为试件原始标距；Ｌc 为试件平行长度；d 0＝10 mm，Ｌ0＝100 mm或50 mm，Ｌc ＝120 mm或70 mm，如果采用其他直径的试件，其平行长度为标距加上两倍直径。试件两头为夹持端，因为试件受扭，在两头夹持部分对称加工两个相互平行的平面，以便于安装夹紧。 图2–13 扭转试件图 三、实验原理和方法 试件受扭时将产生扭转变形，扭矩Ｔ和扭角?相应增加，试验机将自动记录数据大小并在电脑显示屏上自动绘出??Ｔ曲线图，如图2–14所示。从图2–14(a)可以看出，低碳钢扭转试验开始为弹性变形阶段，Ｔ与?成正比，横截面上剪应力呈线性分布，横截面周边处的剪应力最大，圆心为零。当扭矩Ｔ增大，试件开始产生屈服，横截面周边处的剪应力首先达到屈服极限，随着扭转变形的增加，剪应力由横截面周边处开始向圆心扩展逐步达到屈服极限，即塑性区由圆周向圆心扩展，直到整个截面达到屈服。在屈服过程中??Ｔ曲线显示为屈服平台，这时扭矩为屈服扭矩Ｔs 。屈服过后为强化阶段，扭矩又开始缓慢上升，试件扭角迅速增加，当扭矩达到最大值Ｔb 时试件断裂。考虑到整体屈服后塑 性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点理论上应按式τs =w T s 43计算，抗扭强度理论上应按τb ＝w T b 43计算，但是为了试验结果的可比性，根据国标GB／T10128–88，
低碳钢和铸铁的扭转实验报告
低碳钢和铸铁的扭转实验报告
·2· 扭转试验报告 一、试验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs 。和剪切强度极限近似值τb 。 2、测定铸铁的剪切强度极限τb 。 3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。 二、设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、试验原理 1、低碳钢试样 对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T- φ曲线（见图1）。最初材料处于 图1 低碳钢是扭转试验 弹性状态，截面上应力线性分布，T-φ图直线上升。到A 点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs 。以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-φ图呈曲线上升。至B 点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动
·3· 或摆动的最小值就是屈服扭矩T s 。再以后材料强化，T-φ图上升，至C 点试样断裂。在试验全过程中，试样直径不变。断口是横截面（见图2a ），这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。 图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状 据屈服扭矩 p s W T 43s =τ （2-1） 按式2-1可计算出剪切屈服极限τs 。 据最大扭矩T b 可得：p b b W T 43=τ （2-2） 按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb 。 说明：（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到τs 后推导出来的。公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全 相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai 公式略去了一项 后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。
（2）国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。 II、铸铁试样 铸铁的曲线如图3所示。呈曲线形状，变形很小就 突然破裂， 有爆裂声。断裂面粗糙，是与轴线约成45°角的螺 旋面 （见图1-3-2b）。这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪 能力， 而这面上拉应力最大之故。据断裂前的最大扭矩T b 按弹性 扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τ 。 b 图3 铸铁扭转曲线图 四、试验步骤 1、测量试样尺寸 以最小横截面直径计算截面系数（抗扭截面模量）W p。 2、试验机准备 刻度盘指针调零指针调零，安装绘图记录纸，安装记录笔。 3、安装试样，用粉笔在试样上画一母线，用以观察试样变形情况。 ·4·