材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)報(bào)告

1、材料力學(xué)金屬扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)變形公式,測(cè)定低碳鋼的切變模量 G.；測(cè)定低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限7b握典型塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵的扭轉(zhuǎn)性能；2、繪制扭矩一扭角圖；3、觀(guān)察和分析上述兩種材料在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的各種力學(xué)現(xiàn)象,并比擬它們性質(zhì)的差異；4、了解扭轉(zhuǎn)材料試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造和工作原理,掌握其使用方法.【實(shí)驗(yàn)儀器】?jī)x器名稱(chēng)數(shù)量參數(shù)游標(biāo)卡尺10-150mm 精度 0.02mmCTT502散機(jī)限制電液伺服扭 轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)1最大扭矩500NJ - m最大功率0.4kw低碳鋼、鑄鐵各1標(biāo)準(zhǔn)【實(shí)驗(yàn)原理和方法】1 .測(cè)定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)試樣在外力偶矩的作用下,其上任意一點(diǎn)處于純剪切應(yīng)

2、力狀態(tài).隨著外力偶矩的增加, 當(dāng)?shù)竭_(dá)某一值時(shí),測(cè)矩盤(pán)上的指針會(huì)出現(xiàn)停頓,這時(shí)指針?biāo)甘镜耐饬ε季氐臄?shù)值即為屈服力偶矩Mes,低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為式中：Wp =叼3/16為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù).在測(cè)出屈服扭矩Ts后,改用電動(dòng)快速加載,直到試樣被扭斷為止.這時(shí)測(cè)矩盤(pán)上的從動(dòng)指針?biāo)甘镜耐饬ε季財(cái)?shù)值即為最大力偶矩 Meb,低碳鋼的抗扭強(qiáng)度為對(duì)上述兩公式的來(lái)源說(shuō)明如下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過(guò)程中,利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上的自動(dòng)繪圖裝置繪出的 M e-中圖如圖1-3-2所示.當(dāng)?shù)竭_(dá)圖中A點(diǎn)時(shí),Me與編成正比的關(guān)系開(kāi)始破壞,這時(shí),試樣外表處的切應(yīng)力到達(dá)了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力 工,如能測(cè)得此時(shí)相應(yīng)的外力偶矩

3、Mep,如圖1-3-3a所示,那么扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為經(jīng)過(guò)A點(diǎn)后,橫截面上出現(xiàn)了一個(gè)環(huán)狀的塑性區(qū),如圖 1-3-3b所示.假設(shè)材料的塑性很 好,且當(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)展到接近中央時(shí),橫截面周邊上各點(diǎn)的切應(yīng)力仍未超過(guò)扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力,此時(shí)的切應(yīng)力分布可簡(jiǎn)化成圖1-7c所示的情況,對(duì)應(yīng)的扭矩Ts為圖1-3-2低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖 T=Tp(b) Tp<T<Ts(C)T=Ts圖1-3-3低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的切應(yīng)力分布由于Ts=Mes,因此,由上式可以得到無(wú)論從測(cè)矩盤(pán)上指針前進(jìn)的情況,還是從自動(dòng)繪圖裝置所繪出的曲線(xiàn)來(lái)看, A點(diǎn)的位置 不易精確乎U定,而B(niǎo)點(diǎn)的位置那么較為明顯.因此,一般均根據(jù)由 B點(diǎn)測(cè)定

4、的Mes來(lái)求扭轉(zhuǎn)切 應(yīng)力?.當(dāng)然這種計(jì)算方法也有缺陷,只有當(dāng)實(shí)際的應(yīng)力分布與圖1-7C完全相符合時(shí)才是正確的,對(duì)塑性較小的材料差異是比擬大的.從圖1-6可以看出,當(dāng)外力偶矩超過(guò) Mes后,扭轉(zhuǎn)角中增加很快,而外力偶矩Me增加很小,BC近似于一條直線(xiàn).因此,可認(rèn)為橫截面上 的切應(yīng)力分布如圖1-7c所示,只是切應(yīng)力值比仁大.根據(jù)測(cè)定的試樣在斷裂時(shí)的外力偶矩 Meb,可求得抗扭強(qiáng)度為2 .測(cè)定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)對(duì)于灰鑄鐵試樣,只需測(cè)出其承受的最大外力偶矩 Meb (方法同2),抗扭強(qiáng)度為 由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣可以看出： 低碳鋼試樣的斷口與軸線(xiàn)垂直,說(shuō)明破壞是由切應(yīng)力 引起的；而灰鑄鐵試樣的斷

5、口那么沿螺旋線(xiàn)方向與軸線(xiàn)約成45,角,說(shuō)明破壞是由拉應(yīng)力引起的.【實(shí)驗(yàn)步驟】一、低碳鋼1、試件準(zhǔn)備：在標(biāo)距的兩端及中部三個(gè)位置上,沿兩個(gè)相互垂直方向各測(cè)量一次直徑 取平均值,再?gòu)娜齻€(gè)平均值中取最小值作為試件的直徑do在低碳鋼試件外表畫(huà)上一條縱向線(xiàn)和兩條圓周線(xiàn),以便觀(guān)察扭轉(zhuǎn)變形.2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：按試驗(yàn)機(jī)一計(jì)算機(jī)一打印機(jī)的順序開(kāi)機(jī),開(kāi)機(jī)后須預(yù)熱十分鐘才可使 用.根據(jù)計(jì)算機(jī)的提示,設(shè)定試驗(yàn)方案,試驗(yàn)參數(shù).3、裝夾試件：(1)先將一個(gè)定位環(huán)夾套在試件的一端,裝上卡盤(pán),將螺釘擰緊.再將另一個(gè)定位環(huán) 夾套在試件的另一端,裝上另一卡盤(pán)；根據(jù)不同的試件標(biāo)距要求,將試件擱放在相 應(yīng)的V形塊上,使兩卡盤(pán)與V形塊的

6、兩端貼緊,保證卡盤(pán)與試件垂直,以保證標(biāo)距 準(zhǔn)確.將卡盤(pán)上的螺釘擰緊.(2)先按“對(duì)正按鍵,使兩夾頭對(duì)正.如發(fā)現(xiàn)夾頭有明顯的偏差,請(qǐng)按下“正轉(zhuǎn) 或“反轉(zhuǎn)按鍵進(jìn)行微調(diào).將已安裝卡盤(pán)的試件的一端放入從動(dòng)夾頭的鉗口間,扳動(dòng)夾頭的手柄將試件夾緊.按“扭矩清零按鍵或試驗(yàn)操作界面上的扭矩“清零 按鈕.推動(dòng)移動(dòng)支座移動(dòng),使試件的頭部進(jìn)入主動(dòng)夾頭的鉗口間.先按下“試件保 護(hù)按鍵,然后慢速扳動(dòng)夾頭的手柄,直至將試件夾緊.(3)將扭角測(cè)量裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)臂的距離調(diào)好,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臂,使測(cè)量輾壓在卡盤(pán)上.4、開(kāi)始試驗(yàn)：按“扭轉(zhuǎn)角清零按鍵,使電腦顯示屏上的扭轉(zhuǎn)角顯示值為零.按“運(yùn) 行鍵,開(kāi)始試驗(yàn).5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后,取下試

7、件,觀(guān)察分析斷口形貌和塑性變形水平,填寫(xiě)實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果.6、試驗(yàn)結(jié)束：試驗(yàn)結(jié)束后,清理好機(jī)器,以及夾頭中的碎屑,關(guān)斷電源.、鑄鐵1、試件準(zhǔn)備：在標(biāo)距的兩端及中部三個(gè)位置上,沿兩個(gè)相互垂直方向各測(cè)量一次直徑 取平均值,再?gòu)娜齻€(gè)平均值中取最小值作為試件的直徑 do在低碳鋼試件外表畫(huà)上一 條縱向線(xiàn)和兩條圓周線(xiàn),以便觀(guān)察扭轉(zhuǎn)變形.2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備：按試驗(yàn)機(jī)一計(jì)算機(jī)一打印機(jī)的順序開(kāi)機(jī),開(kāi)機(jī)后須預(yù)熱十分鐘才可使 用.根據(jù)計(jì)算機(jī)的提示,設(shè)定試驗(yàn)方案,試驗(yàn)參數(shù).3、裝夾試件：?jiǎn)?dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)并預(yù)熱后,將試件一端固定于機(jī)器,按"對(duì)正"按鈕使兩夾頭對(duì)正后,推動(dòng)移動(dòng)支座使試件頭部進(jìn)入鉗口間.4

8、、開(kāi)始試驗(yàn)：按“扭轉(zhuǎn)角清零按鍵,使電腦顯示屏上的扭轉(zhuǎn)角顯示值為零.按“運(yùn) 行鍵,開(kāi)始試驗(yàn).5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后,取下試件,觀(guān)察分析斷口形貌和塑性變形水平,填寫(xiě)實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果.6、試驗(yàn)結(jié)束：試驗(yàn)結(jié)束后,清理好機(jī)器,以及夾頭中的碎屑,關(guān)斷電源.【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】一.低碳鋼扭轉(zhuǎn)1.低碳鋼直徑D測(cè)量第一次測(cè)量第二次測(cè)量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm卜部10.00mm10.00mm10.00mm2.低碳鋼定位環(huán)間距L測(cè)量第一次測(cè)量第二次測(cè)量平均值L61.55mm61.57mm61.56mm注：第二次實(shí)當(dāng)修正標(biāo)距為1003.

9、線(xiàn)性階段相關(guān)數(shù)據(jù)當(dāng)處于線(xiàn)性階時(shí),有扭矩M(Nm)扭角山(0 )相對(duì)扭角30( ° )43.8186353.4819645.10207二.鑄鐵扭轉(zhuǎn)1,鑄鐵直徑d測(cè)量第一次測(cè)量第二次測(cè)量平均值上部10.00mm10.00mm10.00mm中部10.00mm10.00mm10.00mm下部10.00mm10.00mm10.00mm【實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析】一、低碳鋼數(shù)據(jù)處理1、驗(yàn)證線(xiàn)性階段的數(shù)據(jù)是否為一條直線(xiàn),以驗(yàn)證比例極限內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角公式根據(jù)Original Data, 運(yùn)用matlab擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)那么選取數(shù)據(jù)如下表數(shù)據(jù)LoadV5.00637.503010,00312,53015,00617,49

10、220,00122,517PosV0.95591.33851.68822.01672.32192.62182.90533.1942LoadV25,00827,50030,02232,51935,01137,50640,01442.5016PosV3.47773.76114.03334.31624.60044.87295.14505.4336用matlab繪制的圖如下 滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系、計(jì)算低碳鋼模量G所以, 三、計(jì)算低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限 與1、低碳鋼：屈服極限：強(qiáng)度極限：2、鑄鐵強(qiáng)度極限： 端口形狀：低碳鋼鑄鐵【實(shí)驗(yàn)思考】1、試件的尺寸和形狀對(duì)測(cè)定彈性模量有無(wú)影響 ？為什么？答：彈性模量是材料的固有性質(zhì),與試件的尺寸和形狀無(wú)關(guān).2、逐級(jí)加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同？為什么必須用逐級(jí)加載的方法測(cè)彈性模量？答：逐級(jí)加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量不相同,采 用逐級(jí)加載方法所求出的彈性模量可降低誤差,同時(shí)可以驗(yàn)證材料此時(shí)是否處于彈性狀態(tài), 以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性.3、碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不