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
对于低碳钢：34b
b t
T W τ=
， 而对于铸铁，变形很小即突然断裂，b τ可按线弹性公式计算，即 b
b t
T W τ= 四，实验数据记录计计算结果
1、切变模量G 试验试样尺寸及有关参数
3
16
t d W π=
=1.96×10-7 m 3 4
32
p d I π=
=9.81×10-10 m 4
b
五、实验总结报告：
通过实验得到以下体会：
1.圆轴扭转的平面假设不但使理论推导变得简单，而且也符合试验结果，以低碳钢扭
转试验为例，在低碳钢扭转变形而又不断裂的情况下，横向划线基本没有什么变化，而纵向划线成为螺旋线，且螺旋线逐渐接近，直至断裂，从实验的角度证明了平面
假设；
2.铸铁与低碳钢在断裂时的断裂面不同，低碳钢沿横截面断裂，而铸铁沿45o螺旋面
断裂；
3.对物理现象过程的分析具有重要意义，过程不同得出的结果甚至计算公式都不同，
例如低碳钢和铸铁的断裂过程不相同，剪切强度极限τb的计算公式不尽相同。

4.从理论研究中作出合理的假设，再在试验中进行验证，从而证明假设的正确性，这
是理论研究中常用的思想方法，值得我们在以后的学习中体会，借鉴。

六、思考题
1、由
4
3
s t s
T Wτ
=，得
s
T=31.36 N·m，由于在测G时，要在其弹性阶段内，所以Tn
最大只能取31.36 N·m；
3、明显的区别在于：低碳钢拉伸实验中进入塑性变形阶段到破坏的全过程经历了屈服阶段，强化阶段和局部变形阶段三个阶段，而低碳钢扭转实验中横截面的边缘处先形成环形塑性区，再逐渐向圆心扩展，直到整个截面几乎都是塑性区，直致断裂，但没有几个阶段的划分。

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