扭轉試驗機測量材料的
扭轉力學效能實驗
一、實驗目的
1、了解試驗裝置――扭轉試驗機的構造和工作原理，掌握其操作規程及使用注意事項。
2、測定低碳鋼的剪下屈服極限s τ及低碳鋼和鑄鐵的剪下強度極限b τ
3、觀察低碳鋼和鑄鐵兩種材料在扭轉過程中的變形規律和破壞特徵。
二、實驗裝置
1、扭轉試驗機
2、游標卡尺
3、直尺
三、試件
扭轉試驗所用試件與拉伸試件的標準相同，一般使用圓形試件，mm d o 10=，標距mm l o 50= 或 mm l o 100=，為了防止打滑，扭轉試樣的夾持段宜為類矩形（如圖a ）
圖 a
四、實驗原理
扭轉試驗是材料力學試驗最基本、最典型的試驗之一。進行扭轉試驗時，把試件兩夾持端分別安裝於扭轉試驗機的固定夾頭和活動夾頭中，開啟直流電動機，經過齒輪減速器帶動活動夾頭轉動，試件便受到了扭轉荷載，試件本身也隨之產生扭轉變形。扭轉試驗機配套軟體上可以直接讀出扭矩t 和扭轉角θ，同時試驗機配套軟體也自動繪出了θt 曲線圖，一般θ是試驗機兩夾頭之間的相對扭轉角。
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因材料本身的差異，低碳鋼扭轉曲線有兩種型別（圖b ）。扭轉曲線表現為彈性、屈服和強化三個階段，與低碳鋼的拉伸曲線不盡相同，它的屈服過程是由表面逐漸向圓心擴充套件，形成環形塑性區。當橫截面的應力全部屈服後，試件才會全面進入塑性。
在屈服階段，扭矩基本不動或呈下降趨勢的輕微波動，而扭轉變形繼續增加。當首次扭轉角增加而扭矩不增加（或保持恆定）時的扭矩為屈服扭矩，記為s t 。對試件連續施加扭矩直至扭斷，從試驗機配套軟體介面上讀得最大值b t 。
根據國標gb/t10128－1988規定，低碳鋼受扭轉時的屈服強度s τ和強度極限b τ採用式p s s w t =τ p b b w t =τ 計算。 （式中：16
3d w p π=是實心試件的扭轉截面係數） 鑄鐵試件扭轉時，其扭轉曲線（圖c ）伸曲線，它有比較明顯的非線性偏離，但由於變形很小就突然斷裂，一般仍按彈性公式計算鑄鐵的抗扭強度極限，即：p b b w t =τ。
圖 b 低碳鋼扭轉θt 曲線圖 c 鑄鐵θt 曲線圓形試件受扭時，橫截面上的應力應變分布如下圖。在試件表面任一點，橫截面上有最大切應力τ，在與軸線成 ±45 的截面上存在主應力τσ=1，τσ=3。低碳鋼的抗剪能力弱於抗拉能力，試件沿橫截面被剪斷。
鑄鐵的抗拉能力弱於抗剪能力，試件沿與1σ正交的方向被拉斷。由此可見，不同材料，其變形曲線、破壞方式、破壞原因都有很大差異。
abc圖d 扭轉試件的應力應變分布
五、實驗步驟
1、試件準備取三個截面測量直徑o d ，測量每個截面相互垂直的兩個方向後取平均值。
同時在低碳鋼試件表面上畫一條縱向線和兩條圓周線，以便觀察扭轉變形。
2、實驗前準備檢查試驗機各個部件是否連線完好，然後安裝試件。
3、開始實驗通過軟體介面觀察試件在扭轉荷載作用下各個階段的變形，並記錄好實驗
所需資料。
4、實驗完畢使儀器裝置恢復原狀，清理現場，檢查實驗記錄是否齊全，並請指導老師
檢查。六、實驗結果處理
1、計算低碳鋼材料的屈服極限和強度極限
2、計算鑄鐵材料的強度極限： p
b b w t =τ 3、畫出兩種材料的扭轉曲線及斷口草圖，說明其特徵並分析破壞原因。
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