金属材料扭转实验.doc

金属材料扭转实验 在实际工程机械中，有很多传动是在扭转情况下工作。设计扭转轴所用的许用剪应力，是根据材料在扭转破坏试验时，所测出的扭转剪切屈服极限τS或剪切强度极限τb而求得的。在扭转试验时，即使韧性极好的金属也能在扭转时发生断裂，由于扭转断裂后外形无明显变化，从而可以精确地计算应力和应变情况。 一、实验目的 1． 测定低碳钢的剪切屈服极限τs，剪切强度及极限τb。 2． 测定铸铁的剪切强度极限τb。 3． 比较低碳钢和铸铁在扭转时的变形和破坏特征。 二、实验设备 ND-500C扭转试验 三、实验原理 1． 试件：根据国家标准，一般采用圆截面试件，标距，标距部分直径。如图2-6所示。 图2-6 2． 实验原理： 材料的扭转破坏过程可用扭转曲线即-曲线来描述。 T表示施加在试件上的扭距，表示试件的相对扭转角度。现分别讨论低碳钢和铸铁扭转时力学性质，如图2-7所示。 图2-7 图中起始直线段OA表明试件在这阶段中的与成比例， 截面上的剪应力呈线性分布，如图 2-8（ａ）。在 A点处， 与的比例关系开始破坏，此时截面周边上的剪应力达到了材料的剪切屈服极限，相应的扭矩记为。 由于这时截面内部的剪应力尚小于，故试件仍具有承载能力，-曲线呈继续上升的趋势。扭矩超过后，截面上的剪应力分布发生变化，如图2-8（ｂ）。在截面上出现了一个环状塑性区，并随着的增长，塑性区逐步向中心扩展，-曲线稍微上升，直到B点趋于平坦，截面上各点材料完全达到屈服。试件整体屈服后, -曲线上出现屈服平台。根据国家试验标准规定,这时的示值为材料扭转屈服扭矩，记作。而剪切屈服极限由下式表 其中是试件的抗扭截面系数。 时的剪应力分布 时的剪应力分布 时的剪应力分布 图2-8 截面上剪应力分布图 继续给试件加载，试件再继续变形，材料进一步强化。当达到-曲线上的C点时，试件被剪断。读出最大扭矩，可得剪切强度极限为 铸铁的-曲线如图2-9所示。从开始受扭直到破坏，近似为一直线，按弹性应力公式，其剪切强度极限： 图2-10 铸铁的扭转图 四、实验步骤 1． 电源接通，启动计算机并运行试验软件。 2． 将试件一端装入前夹头，移动尾架，将另一端装入后夹头将试样夹紧，即可开始做试验。 按照1.3节有关扭转试验机的使用说明操作进行试验。 操作结束，记录下计算机给出的参数和计算结果及-曲线。 观察比较低碳钢、铸铁破坏后断口情况。 五、实验数据记录及处理 实验数据及相应结果记入附录二相应表格。