实验二 扭转破坏实验
工程中承受扭转的构件很多，如各类电动机轴、传动轴、钻杆等。材料在扭转变形下的力学性能，如扭转屈服点τs、抗扭强度τb 、切变模量G等，是进行扭转强度计算和刚度计算的依据。本实验将介绍τs、τb的测定方法及扭转破坏的规律和特征。
实验目的
- 观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形规律和破坏特征；
- 测定低碳钢扭转时的屈服极限τs和强度极限τb；测定铸铁扭转时的强度极限τb；
- 了解扭转试验机的结构原理，掌握操作方法；
实验设备
- 扭转试验机； 游标卡尺。
图2.1 扭转试验机
3 扭转试样
扭转试样与拉伸试样的形状和尺寸完全相同，长度l=100mm，直径d =10mm。
图2.2 扭转试样
实验原理
图2.3 低碳钢扭转曲线及破坏形式
(1) 扭转屈服极限
进入屈服阶段，曲线呈锯齿状，捕捉初始瞬时效应后的ZUI小载荷 
，则扭转屈服极限为
其中 
为抗扭截面系数。
(2) 扭转强度极限
过屈服阶段后，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升。变形却非常显著，试样的纵向画线变为螺旋线，但试样仍保持为圆柱形，横截面的大小及平行长度的尺寸几乎不变，也没有颈缩现象。直到扭矩达到 
，试样被扭断。扭转强度极限为
因此，低碳钢扭转时的两个强度指标为
低碳钢扭转破坏的断口形状：与轴线垂直。
铸铁扭转实验测定的T~φ曲线、破坏形式如图2.3所示。
图2.4 铸铁扭转曲线及破坏形式
铸铁试样受扭时，变形很小即突然断裂，T~φ曲线接近直线，把它作为直线，可计算铸铁扭转时的强度指标为
铸铁扭转破坏的断口形状：与轴线成45o。
5 实验步骤
- 量好试件尺寸（直径d）后，将试件安装于机器夹头中，可在试件表面上画一条纵向粉笔线，以观察它的变形；
- 选定试验机的测力范围及转速；
- 开动电机，加载，注意观察试样的变形情况，并记下 和 （铸铁试样只记下 ）。低碳钢试样加载到 后可以改为快速；
- 试样扭断后，立即关闭电机，取下断裂的试样，绘制断口破坏草图。
6 讨论与思考
（1）计算低碳钢扭转时的屈服极限 
和强度极限 
时为何公式中有3/4的系数？而计算铸铁强度极限 
时则无此系数？
（2）本实验要求注意观察、分析哪些现象？
附 实验报告
实验二 扭转破坏实验
实验日期： 室温： 小组成员：
（一）实验目的
（二）实验设备
（三）实验记录
表2-1 扭转实验试件原始尺寸
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材料 |
标距 L0 （mm） |
直径 d0 (mm) |
横截面面积 A0 （mm） |
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横截面Ⅰ |
横截面Ⅱ |
横截面Ⅲ |
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(1) |
(2) |
平均 |
(1) |
(2) |
平均 |
(1) |
(2) |
平均 |
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低碳钢 |
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铸 铁 |
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（四）结果处理
表2-2 扭转实验数据和计算结果
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材料 |
屈服载荷 Ps（KN） |
ZUI大载荷 Pb（KN） |
屈服极限 σs（MN/m2） |
强度极限 σb（MN/m2） |
破坏形式简图 |
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低碳钢 |
铸铁 |
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低碳钢 |
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铸铁 |
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（五）问题讨论
- （1） 低碳钢和铸铁的扭转破坏有什么不同？根据断口形式分析其破坏原因；
- （2） 比较塑性材料和脆性材料在拉伸、压缩及扭转时的变形情况和破坏特点，试分析两种材料的机械性能。
