工程力学教学实验圆轴扭转实验.docx

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1、圆轴扭转实验一、试验目的1 .观察低碳钢和铸铁的扭转破坏现象，比较其试件断口形状并分析破坏原因。2 .测定低碳钢的剪切屈服极限弓，剪切强度极限石和铸铁的剪切强度极限A。3 .分析比较塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）受扭转时的破坏特征。二、实验设备和仪器1 .扭转实验机2 .游标卡尺三、实验原理圆轴扭转时，横截面上各点均处于纯剪切状态，因此常用扭转实验来测定不同材料在纯剪切作用下的机械性能。利用实验机的自动绘图装置，可记录曲线，低碳钢的曲线如图39所示。图3-9扭矩在O以内，*与7呈线形关系，材料处于弹性状态，直到试件横截面边缘处的剪应力达到剪切屈服极限弓，这时对应的扭矩用p表示横截面上的剪

2、应力分布如图3-10（a）所示。图3-10低碳钢圆轴在不同扭矩下剪应力分布图在扭矩今超过以后，材料发生屈服形成环形塑性区，横截面上的剪应力分布如图3-10(b)所示。此后，塑性区不断向圆心扩展，曲线稍微上升，然后趋于平坦，扭矩度盘上指针几乎不动或摆动所示的最小值即是扭矩7这时塑性区占据了几乎全部截面，横截面上剪应力分布如图370(C)所示。剪切屈服极限马近似等于TZ4町()wW式中，f16,是试件的抗扭截面系数试件继续变形，进入强化阶段，到达广。趋线上的C点，试件发生断裂。扭矩度盘上的从动指针指出最大扭矩7扭转剪切强度极限马的计算式为_37；4%W试件扭转时横截面上各点处于纯剪切状态如图3-1

3、1所示，在于杆轴成45角的螺旋面上，分别受到主应力为5=丁和5=-T的作用，低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故以横截面剪断。铸铁扭转时，其T3曲线如图3T2所示。从扭转开始到断裂，近似为一直线，故其剪切强度极限可近似地按弹性应力公式计算试件的断口面为与试件轴线成45角的螺旋面。这说明脆性材料的抗拉能力低于抗剪能力，它的断裂是由于最大拉应力过大引起的。四、试验方法和步骤1 .试件准备圆轴扭转实验采用图3-13所示的圆截面试件，将两端加工成扁平面以便装夹在实验机上传递扭矩。为了便于比较各种材料的机械性能，试件直径和标距一般采用Jo=IOmm,IO=IOd0。试验前，在试件标距内的中间和两端三处，每处

4、沿两个垂直方向用游标卡尺各测量一次直径，并取其算术平均值，选平均值的最小者作为计算直径2 .试验机准备根据试验机的直径及材料的剪切强度极限估计实验所需的最大扭矩5,然后选择适当的测力度盘。将测力度盘上的指针对准零点，装好记录笔和纸，打开记录开关。3 .试件安装将试件装入夹头内，旋转主动夹头上的扭角刻度环，使零点与指针重合，若要观察扭转变形，可在试件上沿轴线方向画一条母线。4 .检查及试机请教师检查以上步骤完成情况，慢速加少量扭矩，然后卸载，检查实验机工作是否正常。5 .进行试验选择适当的加载速度。对铸铁及低碳钢在屈服极限以前实验用低速加载，此时调速开关拨至“0。36/min”档上，多圈电位器转

5、至零位。启动电源后，按动“正”向按钮，然后逐渐拧动多圈电位器调到适当的加载速度，速度值由速度表显示。当低碳钢超过屈服极限以后，可采用高速加载，将调速开关拨至“0。360min”挡上，换挡时最好先将多圈电位器给定值调至较小值，以免电机转速急剧增加。实验过程中，仔细观察主动针转动情况。当主动针停止转动或波动时，记录下屈服扭矩Ts注意观察试件、扭角刻度环和自动绘图装置。试件断裂后，立即停车，记下断裂时的扭矩扭转角度值。6 .结束试验从试验机上取下已绘好的扭转曲线图纸，并请教师检查实验记录。清理实验现场，将试验实验机及有关工具复原。7 .注意事项参看扭转试验实验机使用时的注意事项。五、试验实验结果处理

6、根据实验记录数据，分别由(。)、(b)、(C)式计算低碳钢和铁铸材料的屈服极限马和剪切强度极限马。填写实验报告。圆轴扭转实验报告班级姓名学号实验日期成绩一、实验目的二、实验设备和仪器(mm)(mr3)三、实验数据记录及处理出)1 .试件尺寸材料试件标距1o(mm)试件直径d(mm)抗扭截面系数W,=吟出IvDD2D3最小直径do低碳钢铸铁2 .实验数据材料屈服扭矩最大扭矩kgfmNmkgfmNm低碳钢铸铁3 .数据处理材料屈服极限(MPa)强度极限(MPa)低碳钢330=b4W9铸铁互-4.绘制T曲线及试件断口形状材料低碳钢铸铁T一尹曲线T7000试件断口形状四、思考题1 .根据T曲线，比较两种材料机械性质的特点。2 .根据试件的断口形状解释其断裂原因。