1、試驗二 扭轉(zhuǎn)實驗 一、實驗?zāi)康?1觀察試樣在扭轉(zhuǎn)力偶作用下試樣受力和變形的行為。觀察材料的破壞方式。 2測定材料的剪切屈服極限及剪切強度極限。3熟悉扭轉(zhuǎn)試驗機的工作原理及使用方法。 二、儀器設(shè)備 扭轉(zhuǎn)試驗機：用以作扭轉(zhuǎn)破壞實驗。游標卡尺：三、實驗原理1試件采用圓形截面試件，如圖所示，在試件表面畫上一條縱線，以便觀察試件的扭轉(zhuǎn)變形?？v線 2扭轉(zhuǎn)試驗機的工作原理 扭轉(zhuǎn)試驗機如圖。在機體上有一個基本固定的夾頭，用兩平面和夾緊螺栓固定扭轉(zhuǎn)試樣的一端?；嫌幸粋€能水平移動的電動減速裝置，其左端是一個可旋轉(zhuǎn)的夾頭，以夾持試樣的另一端。當(dāng)電動減速器轉(zhuǎn)動時，帶動活動夾頭轉(zhuǎn)動，而使試樣的一端相對于另一端發(fā)生了

2、轉(zhuǎn)動，故試件受扭而產(chǎn)生變形。扭轉(zhuǎn)試驗機 作用于試樣的扭轉(zhuǎn)力矩，通過與固定夾頭相連的稱重機構(gòu)而平衡，同時又帶動荷載指針轉(zhuǎn)動而指示出所受扭轉(zhuǎn)力矩的大小。它還帶動繪圖儀的畫筆左右移動，這個移動的扭轉(zhuǎn)力矩坐標在記錄紙上與紙的長度方向相垂直。 活動夾頭的轉(zhuǎn)動量代表了試樣一端相對于另一端的轉(zhuǎn)動，即扭轉(zhuǎn)角。扭轉(zhuǎn)角的大小由活動夾頭上的刻度線來指示。同時還通過轉(zhuǎn)動傳感器將轉(zhuǎn)角信號輸入到繪圖儀中，帶動繪圖儀紙筒轉(zhuǎn)動送出記錄紙，在記錄紙的長度方向構(gòu)成轉(zhuǎn)角坐標。 在實驗過程中，隨著試件扭轉(zhuǎn)變形的增加，試樣所受的扭轉(zhuǎn)力矩也隨之變化，繪圖儀就畫出扭轉(zhuǎn)力矩扭轉(zhuǎn)角的實驗曲線。控制臺面板 在扭轉(zhuǎn)力矩示荷盤的右下方，有一個量程旋

3、鈕用以改變扭轉(zhuǎn)力矩的測量量程。其測量范圍有100Nm、200 Nm、500 Nm、1 000 Nm。當(dāng)把旋鈕轉(zhuǎn)動到指定的量程時，示荷盤上的刻度標示值隨之變化。以利于直接讀取。在示荷盤左邊的側(cè)面上有一個轉(zhuǎn)動輪，往上或往下轉(zhuǎn)動可調(diào)整示荷盤指針的零點（一般情況下不要去轉(zhuǎn)動它）。 扭轉(zhuǎn)實驗時的變形速度，可由改變電動機的轉(zhuǎn)速來決定。由于本機采用可控硅直流電機，調(diào)速可在一個很大的范圍內(nèi)無級調(diào)整。調(diào)速由機器操縱面板的開關(guān)和旋鈕來控制?？刂泼姘迦鐖D，面板各開關(guān)，旋鈕的功能如下所述。電源開關(guān)：按下“開”，接通整機電源；按“關(guān)”，斷開整機電源： 活動夾頭轉(zhuǎn)動速度設(shè)置如下。 快速設(shè)置：速度設(shè)置開關(guān)扳于0360/mi

4、n，表示活動夾頭轉(zhuǎn)動速度在0360/min的范圍內(nèi)變化，具體的速度由速度調(diào)節(jié)鈕的轉(zhuǎn)動來決定。 慢速設(shè)置：速度設(shè)置開關(guān)搬于036/min之間變化。具體的速度由速度調(diào)節(jié)鈕的轉(zhuǎn)動量來決定。 電機開關(guān)按鈕：電機的轉(zhuǎn)動由三個按鈕決定，“正”為正轉(zhuǎn)，“反”為反轉(zhuǎn)，“?！睘椴晦D(zhuǎn)。改變電機轉(zhuǎn)向時，應(yīng)先按“?！比缓笤贀Q回。記錄儀開關(guān)：此開關(guān)用于開關(guān)記錄儀，當(dāng)一切準備就緒后即可打開記錄儀。用完關(guān)閉，以免電機轉(zhuǎn)動空走紙。 3扭轉(zhuǎn)實驗原理試件承受扭矩時，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，是拉伸以外的又一重要應(yīng)力狀態(tài)，常用扭轉(zhuǎn)實驗來研究不同材料在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的機械性質(zhì)。低碳鋼試件在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時，其T曲線如圖所示，類似低碳鋼

5、拉伸實驗，可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段和斷裂階段，相應(yīng)地有三個強度特征值：剪切比例極限、剪切屈服極限和剪切強度極限。對應(yīng)這三個強度特征值的扭矩依次為Tp、Ts、Tb。TO在比例極限內(nèi)，T與成線性關(guān)系，材料完全處于彈性狀態(tài)，試件橫截面上的剪應(yīng)力沿半徑線性分布。如圖(a)所示，隨著T的增大，開始進入屈服階段，橫截面邊緣處的剪應(yīng)力首先到達剪切屈服極限，而且塑性區(qū)逐漸向圓心擴展，形成環(huán)塑性區(qū)，如圖(b)所示，但中心部分仍然是彈性的，所以T仍可增加，T的關(guān)系成為曲線。直到整個截面幾乎都是塑性區(qū)，如圖(c)所示。ss (a) (b) (c)在T出現(xiàn)屈服平臺，示力度盤的指針基本不動或有輕微回

6、擺，由此可讀出屈服扭矩Ts，低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切屈服極限值可由下式求出： 屈服階段過后，進入強化階段，材料的強化使扭矩又有緩慢的上升，但變形非常明顯，試件的縱向畫線變成螺旋線，直至扭矩到達極限扭矩值Mb進入斷裂階段，試件被剪斷，由示力度盤的從動針可讀出，則低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切強度極限可同下式求出： 試件的破壞現(xiàn)象分析：試件受扭，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，在試件的橫截面上作用有剪應(yīng)力，同時在與軸線成45的斜截面上，會出現(xiàn)與剪應(yīng)力等值的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力，如圖所示。454521圖211低碳鋼的抗剪能力比抗拉和抗壓能力差，試件將會從最外層開始，沿橫截面發(fā)生剪斷破壞，而鑄鐵的抗拉能力比抗剪和抗壓能力差，則試件將

7、會在與桿軸成45的螺旋面上發(fā)生拉斷破壞。四、實驗步驟1、試件準備：測量試件等截面范圍兩端及中間共三處截面的直徑。為保證精確度，每一截面均取互相垂直的兩個方向各測量一次，并計算平均值，以三截面中最小處的平均值來計算初始橫截面面積A0。2試驗機準備：（1）根據(jù)試件的剪切強度極限估算極限扭矩Tb，并選擇合適的量程，最好使Tb大約為量程的80%，對于直徑為10的低碳鋼和鑄鐵試件，取0200Nm。（2）選定轉(zhuǎn)速范圍，并把調(diào)速變檔開關(guān)扳到所需的速度檔。（3）調(diào)整示力度盤主動針，對準零點。（4）若需自動繪圖，可打開自動繪圖開關(guān)。 3安裝試件：（1）將試樣的一端安裝于活動夾頭中，并夾緊。 （2）慢慢移動減速器

8、，使試樣的未夾持端移動至固定夾頭的近旁。開電機轉(zhuǎn)動試樣，使試樣端部截面形狀轉(zhuǎn)動到與固定夾頭處的形狀正對上時就停機。推動減速器，使試樣插入固定夾頭之中，并夾緊。4進行實驗：啟動電機（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）。鋼試件在彈性范圍內(nèi)和鑄鐵試樣的全過程的變形較小，應(yīng)用較低的速度，鋼試樣在塑性范圍內(nèi)應(yīng)用較高一點的速度。用慢速逐漸加載，加載時按下正轉(zhuǎn)按扭，以順時針方向緩慢轉(zhuǎn)動調(diào)速電位器進行無級調(diào)速，使之按要求的速度對試件加載，開始加載時就應(yīng)使自動繪圖器同時工作。對于低碳鋼試件，注意觀察試驗機示力度盤的指針，若指針停止轉(zhuǎn)動或有輕微回擺，說明材料發(fā)生屈服，記錄此時的扭矩Ts經(jīng)過屈服階段以后（鑄鐵試件無此階段），即可快速加載，直至剪斷為止，停車。由從動針讀出最大扭Tb并記錄。5取下試件，清理設(shè)備。6整理數(shù)據(jù)，完成實驗報告。五、預(yù)習(xí)思考題 1低碳鋼和鑄鐵在扭轉(zhuǎn)破壞時有什么不同現(xiàn)象？