[精品]扭转-实验指导.doc

[精品]扭转-实验指导.doc扭转实验
一、 实验目的
测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力rs和抗扭强度&b。
测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度Tb。
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
扭转试验机。
游标卡尺。
三、 实验试样
按照国家标准GB10128一88《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ITa所示。通常，圆形截面试样的直径d =10mm ,标距/ = 5d或 I =10(/ ,平彳亍部分的长度为I + 20mm □若采用其它直径的试样，其平彳亍部分的长度应为标 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
根据扭矩增量的平均值AT,测得的扭转角增量的平均值△©,由此可得到切变模量
△叫
式中：/为试样的标距；/p =m!4/32为试样在标距内横截面的极惯性矩；d为试样的直 径。
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低碳 钢的扭转屈服应力为
式中：Wp=^/3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩7；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，低碳钢的抗扭强度为
b 4 Wp
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Me-(p图如 图1-6所不。当达到图中A点时，Me与0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厂s，如能测得此时相应的外力偶矩Mep,如图1-7a所 示，则扭转屈服应力为
ep
经过A点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图l-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l-7c所示的情况，对应的扭矩坨为
图1-6低碳钢的扭转图
pd/2 pd/2 勿丿 4
以=Jo = 2乃卩 Jo p d/7 = ^-rs = -Wprs
由于Ts = M ,因此，由上式可以得到
4%
无论从测矩盘上指针前进的情况，还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看，a点的位置 不易精确判定，而B点的位置则较为明显。因此，一般均根据由B点测定的必贰来求扭转 切应力久o当然这种计算方法也有缺陷，只有当实际的应力分布与图1-7c完全相符合时才 是正确的，对塑性较小的材料差异是比较大的。从图1-6可以看出，当外力偶矩超过Mes后， 扭转角0增加很快，而外力偶矩Me增加很小，BC近似于一条直线。因此，可认为横截面 上的切应力分布如图1-7C所示，只是切应力值比％大。根据测定的试样在断裂时的外力偶 矩Meb,可求得抗扭强度为
b"4^