实验4_金属材料扭转实验
材料力学金属扭转实验报告
PosV 3.4777 3.7611 4.0333 4.3162 4.6004 4.8729 5.1450 5.4336用matlab绘制的图如下
满足线性关系
二、计算低碳钢模量G
G G=
G G G
G G G G
=
GG.GGGGG×GGG×GG−G
GG.GGGGG×G.GGG×GG−GG
×
GGG
G
GG =G.GGGGGGG
G G=
G G G
G G G G
=
GG.GGGGG×GGG×GG−G
GGG.GGGG×G.GGG×GG−GG
×
GGG
G
GG =G.GGGGGGGG
低碳钢铸铁
【实验思考】
1、试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么?
答：弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。
2、逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量?
答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
3、碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.
答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。
金属扭转实验报告
金属扭转实验报告金属扭转实验报告引言：金属材料是工业生产中最常用的材料之一，其力学性能对于产品的质量和可靠性至关重要。
在金属材料力学性能研究中，扭转实验是一种常用的实验方法，通过对金属试样进行扭转加载，可以获取材料的扭转强度、塑性变形能力和疲劳性能等重要参数。
本实验旨在通过对不同金属试样的扭转实验，探究金属材料的力学性能特点。
实验方法：1. 实验材料选择：本次实验选用了三种不同类型的金属材料，分别为铝合金、钢材和铜材。
这三种材料在工业中应用广泛，具有不同的力学性能特点。
每种材料都制备了10个相同尺寸的试样。
2. 实验装置：扭转实验使用扭转试验机进行，试验机具有精确的力和位移测量系统，能够准确记录试样在加载过程中的力学性能变化。
试样通过夹具固定在试验机上，然后扭转加载。
3. 实验步骤：(1) 将试样固定在夹具上，确保试样的中心轴与扭转试验机的转轴一致。
(2) 设置试验机的加载速度和加载范围，确保实验过程的可控性。
(3) 开始加载，记录试样的扭转力和位移数据。
(4) 当试样发生破坏或达到预设的加载条件时，停止加载，并记录试样的破坏形态。
实验结果与分析：1. 铝合金试样的扭转强度较低，破坏形态为断裂。
铝合金具有较好的塑性变形能力，在扭转过程中能够发生较大的变形，但其强度较低，容易发生断裂。
2. 钢材试样的扭转强度较高，破坏形态为塑性变形。
钢材具有较高的强度和较好的塑性变形能力，在扭转过程中能够承受较大的载荷而不发生断裂。
3. 铜材试样的扭转强度介于铝合金和钢材之间，破坏形态为塑性变形。
铜材具有较好的强度和塑性变形能力，但相对于钢材而言，其强度较低。
结论：通过本次实验，我们对铝合金、钢材和铜材的扭转性能进行了研究。
实验结果表明，不同类型的金属材料具有不同的力学性能特点。
铝合金具有较好的塑性变形能力，但强度较低；钢材具有较高的强度和塑性变形能力；铜材介于两者之间。
这些实验结果对于金属材料的选择和应用具有重要的指导意义，有助于提高产品的质量和可靠性。
4.实验四 金属材料扭转实验
金属材料扭转实验一、 实验目的1. 测定低碳钢材料的剪切屈服极限s τ及剪切强度极限b τ。
2. 测定铸铁材料的剪切强度极限b τ。
3. 观察低碳钢和铸铁扭转变形过程中各种现象，比较两种材料试样断口破坏特性。
二、 实验仪器设备CTT500 微机控制扭转试验机、游标卡尺、低碳钢扭转试样和铸铁扭转试样 三、 实验原理将材料试样装夹在扭转试验机的夹头上，实验时，扭转试验机的一个夹头固定不转，另一个夹头绕轴转动，从而对材料试样施加扭转载荷，使试样发生扭转变形，同时绘制出试样承受的扭矩T 与发生的变形扭转角φ的关系曲线（T –φ曲线）。
1. 低碳钢扭转实验图 2-1-2 所示为低碳钢试样在扭转变形过程中的 T –φ关系曲线。
由该曲线可得到低碳钢材料在整个扭转过程中所表现出来的力学性能，其主要特征如下：在弹性变形的OA直线段。
试样截面上扭矩T与扭转角φ成正比例关系，材料服从切变虎克定律，在该阶段可测定材料的切变模量G，试样横截面上剪应力沿半径线性分布如图 2-1-3（a）所示。
拉伸时有明显屈服现象的金属材料在扭转时同样存在屈服现象，只是由于扭转时试样截面上的应力分布不均匀，当试样表面材料屈服时，内部材料并未出现屈服，因此载荷的下降不是突然发生，故无拉伸时的初始瞬时效应。
当扭矩保持恒定或在小范围内波动，而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩。
上屈服扭矩：屈服阶段中扭矩首次下降前的最大扭矩，称为上屈服扭T，如图 2-2-2 中所示。
矩，记为suT，如下屈服扭矩：屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩，记为sL图 2-2-2中所示。
本次实验中测定下屈服扭矩作为低碳钢扭转时的屈服扭矩 Ts，根据τ。
实验中测得的屈服扭矩 Ts数值，即可计算出低碳钢的剪切屈服极限s低碳钢扭转试样横截面上剪应力线性分布如图 2-1-3 所示，随着 Tτ，而且塑性区逐的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限s渐向圆心扩展，形成环形塑性区，如图 2-1-3（b）所示，直到整个截面几乎都是塑性区，如图 2-1-3（c）所示，在 T–φ曲线上出现屈服平台。
金属材料扭转实验
一、实验目的 1 了解 GB/T 10128-2007《金属材料 室温扭转试验方法》所规定的定义和符号、试 样、实验要求、性能测定方法。 2 了解扭转试验机的基本构造和工作原理，掌握其使用方法。 3 测定金属材料扭转时的上下屈服强度、抗扭强度和相应的扭角。 4 比较不同材料在扭转时的机械性能及其破坏情况。
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
图 8（b）选择需要计算的指标 设置“试验结束条件”，通常设定“断裂百分比”为 40%。点击“下一步”，见图 8（c）。
图 8（c）设置结束条件 选择传感器。然后点击“下一步”，见图 8（d）。
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
图 8（d）选择传感器 设置坐标轴增量。点击“关闭”，完成参数设置，见图 8（e）。
图 8（e）设置坐标轴增量 3 开始实验，观察加载过程
首先分别对界面中显示的“扭矩”和“转角”进行“清零”，再选择需要绘制的曲线类 型，然后点击“试验开始”，试验机按照前面的设定对试样加载，此时应注意观察试样的变 化情况和控制软件上扭转曲线的绘制情况，见图 9。
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
图 7 试样录入 点击“参数设置”，设置实验参数。通常“试验开始扭矩值”设定为 1N·m；“试验速 度”低碳钢试样为 360º/min，铸铁试样为 36º/min。然后点击“下一步”，见图 8（a）。
图 8（a）设定开始扭矩和实验速度 选择需要计算的指标，在前面的复选框内打“√”。点击“下一步”，见图 8（b）。
mm4
W
截面系数Biblioteka mm3τm抗扭强度
MPa
γ max
最大非比例 切应变
%
1 规定非比例扭转强度的测定 图解法：根据试验机自动记录的扭矩-扭角曲线，在曲线上延长弹性直线段交扭角轴于
实验_ 金属材料的扭转实验
令a 则a
或者：
l0 a IP
TL0 G IP
xi yi , 2 xi
代入到G
i
i 0
8
2 i
2、测G（图解法） 通过试验机配备的扭矩传感器以及小角度扭角仪，可 自动记录扭矩－扭转角（T- ）曲线，如图1-20所示。 在所记录的曲线的弹性直线段上，选取扭矩增量和相 应的扭转角增量。按下式计算材料的切变弹性模量G
2
二、设备和仪器 1. RNJ-500微机控制电子扭转试验机。
1.单片机测控箱 2.固定夹具 3.活动夹具 4.减速箱 5.导轨工作平台 6.手动调整轮 7.伺服电机 8.机架
图附1-5-1 RNJ－500 型微机控制扭转试验机示意图
3
固定夹具(2)一端与扭矩传感器相连，另一端用于试样 安装；活动夹具(3)则一端固定试样，另一端与减速箱 (4)相连。 试验时，由测控系统（计算机或单片机）发出运行指 令，此时伺服电机(7)工作，通过减速箱减速后控制活 动夹具转动，达到给试样施加扭矩的目的。 另外出于试验机调零和操作灵活的考虑，该试验机提 供了手动调节的控制方式。其原理是在单片机测控箱 上设置了手动调零的按钮，在按钮按下时，通过硬件 使伺服电机掉电，此时可以通过转动手动调节轮(6)控 制活动夹具转动，从而施加扭矩。
18
5.3 测规定非比例扭转应力 T （图解法,铝合金） A TP 1. 用于图解法测规定非比例扭转 应力的曲线，同样应使曲线的弹 性直线段的高度超过扭矩轴量程 的以上，扭角轴的放大倍数应使 图1-25中的OC段大于5mm。 C 0 2n P L 0 / d 0 2. 点击测试软样运行窗口，正式 测试，直至试件变形开始急剧增 加时，停止实验，取下试样。保 图1- 25图解法求规定 非比例扭转应力 存实验数据。打印试验曲线。
4 实验四金属材料扭转实验
4 实验四金属材料扭转实验
一、实验目的
研究实验材料进行扭转变形后其力学性能。
二、实验原理
扭转变形是指在无限长假想杆材料横截面仅施加弯曲力的完全变形，其中应力均匀分
布于断面，杆材料的截面形状由圆形变成椭圆形。
三、实验环境
良好的室内环境，无电磁干扰，无固体颗粒，提供适当的实验操作场所，如实验室、
实验台等。
四、实验内容
1. 收集相关实验物料：金属标样、变形设备、实验软件等。
2. 安装变形设备，调试设备，使金属标样处于位置稳定性状态；
3. 按照实验计划，在变形设备上，施加一定大小的拉力，观察金属标样形变情况；
4. 在实验软件中，记录金属标样变形、错断、最终变形等信息；
5.根据实验数据对实验结果进行测试，分析实验结果，计算实验结果的重要力学参数；
6. 总结本次实验；
五、实验结果
在实验过程中，金属标样的形状出现变形，横截面形状由圆形变成椭圆形。
另外，通
过计算，可以得出实验材料的断裂应力为450MPa，变形能为385J，变形塑性指数为0.87。
金属材料的扭转试验
1
取平均值：
Gi
=
(ϕi
∆TL0
) − ϕi−1
IP
G = ∑Gi n
（2-2）
或采用最小二乘法计算切变模量 G。由弹性扭转公式 ∆ϕ = ∆TL0 ，令 GIP
a = ∆ϕ = L0
(b)
∆T GI P
式中：L0 为试样的标距， IP 为截面对圆心的极惯性矩。
五、实验结果处理
1. 试样原始尺寸记录及处理参考表 2-2 进行。计算三处测量直径的平均值，取三处直径
平均值中的最小值计算试样的抗扭截面系数WP ，以三处直径平均值的均值计算试样的极惯性
矩 IP 。
2. 采用最小二乘法计算切变模量 G，试验数据记录与处理参考表 2-1 进行，按公式 (2-2) 计算切变模量 G。或根据试验数据记录，按公式(2-3) 计算切变模量 G（算术平均值）。
试样在断裂前所承受的最大扭矩 Tb 按弹性
扭转公式计算得抗扭强度τb 。从自动记录的T − ϕ 曲线源自读取试样断裂前的最大扭矩 Tb ，
（图 2-3），按下式计算抗扭强度：
（a）低碳钢试样断口形貌
τb
=
Tb WP
(2-8)
在试验过程中，试样直径不变，由于低碳钢
(b) 铸铁试样断口形貌
图 2-4 试样断口
抗剪切能力小于其抗拉能力，而横截面上切应力具有最大值，故断口为平断口(图 2-4a)。
说明：在扭转弹性阶段，试样圆截面上的应力沿半径线性分布。对试样缓慢加载，试样
横截面边缘处材料首先进入屈服，而整个截面的绝大部分区域内仍处于弹性状态(图 2-5a )。
此后，由于材料屈服而形成的塑性区不断向中心扩展，横截面上出现了一个环状的塑性区（图
金属材料扭转实验原理
金属材料扭转实验原理
金属材料扭转实验原理是通过施加扭转力来研究金属材料的机械性能。
扭转实验通常利用扭转试验机进行，其基本原理如下：
1. 准备样品：从金属材料中制备出适当的样品，通常是圆柱形状。
样品的尺寸和几何形状需根据实验要求确定。
2. 安装样品：将样品安装在扭转试验机中，确保样品精确地固定在试验夹具上。
3. 施加扭转力：通过扭转机构施加扭转力，使样品发生扭转变形。
扭转力的大小和施加方式需根据实验设计来确定。
4. 测量变形：通过合适的测量装置，记录样品的扭转角度和扭转力的测量值。
通常会使用扭转角度传感器和扭转力传感器来实时监测。
5. 计算弹性模量：根据扭转实验中的测量数据，可以通过适当的公式计算出金属材料的弹性模量。
弹性模量是评估材料刚度和变形能力的重要指标。
通过对金属材料进行扭转实验，可以获得材料在扭转过程中的应力-应变关系，进而研究材料的塑性变形行为、强度和刚度
等机械性能。
同时，还可以分析材料的断裂机制和疲劳寿命等方面的特性。
扭转实验在材料科学和工程领域中具有重要的应用价值。
金属扭转试验实验报告
一、实验目的1. 通过金属扭转试验，了解金属在扭转过程中的力学性能变化。
2. 测定金属材料的剪切屈服极限、剪切强度极限和切变模量。
3. 比较不同金属材料的扭转性能，分析其差异。
二、实验原理金属扭转试验是研究金属材料扭转性能的重要方法。
在扭转过程中，试样受到一对大小相等、方向相反的力矩作用，使试样产生扭转变形。
根据胡克定律和剪切应力与切变应力的关系，可以推导出金属材料的扭转力学性能指标。
三、实验设备与材料1. 实验设备：扭转试验机、游标卡尺、扭矩传感器、计算机等。
2. 实验材料：低碳钢、灰铸铁、铝等金属材料。
四、实验步骤1. 准备工作：检查实验设备是否完好，准备实验材料。
2. 试样制备：按照国家标准GB10128-2007《金属室温扭转试验方法》，制备圆形截面试样。
3. 试样测量：使用游标卡尺测量试样直径，计算试样抗扭截面系数。
4. 实验操作：a. 将试样安装在扭转试验机上，调整扭矩传感器，连接计算机。
b. 输入实验参数，如试样直径、材料类型等。
c. 启动实验，缓慢加载扭矩，观察试样变形情况。
d. 记录扭矩、扭转角等数据。
5. 实验结束：试样扭断后，取下试样，测量断口尺寸，计算剪切强度极限。
五、实验数据与处理1. 实验数据：记录扭矩、扭转角、试样直径、抗扭截面系数等数据。
2. 数据处理：a. 绘制扭矩-扭转角曲线，分析金属材料的扭转性能。
b. 计算剪切屈服极限、剪切强度极限和切变模量。
c. 比较不同金属材料的扭转性能，分析其差异。
六、实验结果与分析1. 实验结果：a. 低碳钢的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
b. 灰铸铁的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
c. 铝的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
2. 分析：a. 低碳钢的扭转性能较好，剪切屈服极限和剪切强度极限较高，切变模量较大。
扭转实验实验报告
扭转实验实验报告扭转实验实验报告摘要：本实验旨在探究扭转实验的原理和应用。
通过对不同材料和形状的样品进行扭转实验，分析材料的力学性质和变形特点。
实验结果表明，扭转实验可用于材料的弹性模量和剪切模量的测量，对于工程设计和材料选择具有重要意义。
引言：扭转实验是一种常用的力学实验方法，用于研究材料在受到扭转力矩作用下的力学行为。
通过扭转实验可以测量材料的弹性模量和剪切模量，进而了解材料的力学性质和变形特点。
本实验选取了不同材料和形状的样品进行扭转实验，旨在深入探究扭转实验的原理和应用。
材料与方法：本实验选取了三种常见的材料作为样品，分别是金属、塑料和橡胶。
为了研究不同形状对扭转实验结果的影响，每种材料选取了圆柱形、方柱形和圆环形三种形状的样品。
实验所需的设备包括扭转实验机、力传感器、扭转杆和测量仪器等。
实验过程：首先，将样品固定在扭转实验机上，并将扭转杆与样品连接。
然后，通过扭转实验机施加扭转力矩，记录下样品在不同扭转力矩下的扭转角度和扭转力。
同时，利用测量仪器测量样品的几何参数，如长度、直径等。
实验结果与分析：通过对实验数据的分析，可以得到样品在不同扭转力矩下的扭转角度和扭转力的关系曲线。
根据扭转角度和扭转力的变化规律，可以计算得到样品的弹性模量和剪切模量。
实验结果显示，不同材料和形状的样品具有不同的力学性质和变形特点。
对于金属样品来说，弹性模量较高，剪切模量也较大。
这意味着金属材料在受到扭转力矩作用下，具有较好的抗扭转变形能力。
而塑料样品的弹性模量相对较低，剪切模量也较小。
这表明塑料材料在扭转力矩作用下容易发生较大的变形。
橡胶样品的弹性模量和剪切模量都较低，说明橡胶材料的抗扭转变形能力较差。
此外，不同形状的样品也对扭转实验结果产生影响。
圆柱形样品具有较高的弹性模量和剪切模量，而方柱形样品的弹性模量和剪切模量较低。
圆环形样品的弹性模量和剪切模量介于圆柱形和方柱形之间。
这说明样品的几何形状对于材料的力学性质有一定影响。
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tmax引起
断裂：
实验四 金属材料扭转实验
3．测定铸铁抗切强度tb
T
Tb
j
O
抗切 t Tb 强度： b Wp
铸铁扭转试验现象： 断裂：
拉应力引起
二、实验仪器 1．CTT502型微机控制电子扭转试验机； 2．刻度机。
实验四 金属材料扭转实验
三、试样
1．测低碳钢G采用自制试样：
d l
2．测低碳钢ts、tb、铸铁tb采用标准试样：
d0
实验四 金属材料扭转实验
四、实验原理： 1．低碳钢剪切弹性模量G：
Mn l
j
O
Dd
b
a
d
M nl M n l Pal j G GI p I pj I pj
实验四 金属材料扭转实验
实验背景：
工程中，有很多构件都在扭转条 件下工作。(如传递转动的发动机的主 轴、内燃机的曲轴) 圆轴扭转时，材料处于纯剪切应 力状态，是拉伸以外的又一重要应力 状态。
常用扭转试验研究材料在纯剪切时 的力学性能。
实验四 金属材料扭转实验
一、实验目的 1．学会测定低碳钢切变模量G； 2．学会测定低碳钢屈服切应力ts、抗切强度tb； 3．学会测定铸铁抗切强度tb； 4．学会分析低碳钢和铸铁两种材料破坏情况。
等量逐级加载法：G DPal I p Dj
P P
Dj Dd
b
实验四 金属材料扭转实验
2．测定低碳钢屈服切应力ts、抗切强度tb
T Mb
T= T< b T= TTs
tb ts
Ms
Hale Waihona Puke jOts tb
屈服切 应力：
ts Ms Wp
Mb 抗切 ts Wp 强度：
实验四 金属材料扭转实验
低碳钢扭转试验现象：