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扭转试验

日期:2010-06-22  1343人浏览
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扭转试验
 
。试验目的
扭转试验是了解材料抗剪能力的一项基本试验。本试验通过两种典型材料了解塑性(低碳钢)和脆性材料(铸铁)受扭转时的机械性能,绘制扭矩一扭角图。并比较它们的破坏现象及原因。
扭转试验过程中,试件的断面形状和尺寸几乎一直不变,无缩颈现象,变形较均匀,可比较准确地测定试件变形及瞬时破坏应力。
关于扭转试验的要求及试件尺寸,可参阅冶金工业部标准《金属扭力试验法》YB36-64的规定。
 
二。原理
圆轴扭转时横截面上任一点的剪应力为:
 
 
ZUI大剪应力产生在试件的外表层,其值等于

式中,
 
由理论可知,圆轴扭转时,其表面上任意一点都处于平面应力状态(图1),沿与轴线呈450方向上的主应力大小为:

各种材料抵抗剪切与抵抗拉伸的能力不同,因此不同材料的扭转破坏方式也不相同。低碳钢圆试件扭转到破坏时,因已超过屈服阶段,如对材料作理想塑性考虑(图2),横截面上的剪应力的分布趋于均匀如(图3)。假设应力均达到了破坏应力(强度极限),则这时截面上应力与破坏时扭矩的关系为:
  

Mn
 
0φ 
2
 
所以
 
此式可计算塑性材料在扭转时的剪切强度极限。对于铸铁等脆性材料在扭转至破坏时其变形也较小,无屈服现象,故仍可用破坏时的扭矩代入式得剪切强度极限为:
 
 
 

三.仪器与设备
1.扭转试验机
2.游标卡尺
 
四。试验方法与步骤
1.低碳钢扭转试验。
1)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。
2)选定试验机的测力范围及转速。
3)手动加初载荷,以消除夹具与试件两端间的间隙。记下扭角盘上的初读数,调整至零点。
4)手动逐渐缓慢均匀地施加扭矩,记下相应的扭角φ,为了便于绘图,在材料屈服前每一加荷增量记下一个φ值,即由扭矩读变形φ。屈服后,先使用ZUI慢上等转速机动加扭矩,改为每增加一,记下一个值,即由变形读扭矩值,至后,中间隔可增加为…,记值,直至试件被扭断时,记下ZUI大扭矩。
(5)整理数据,作图。
6)绘制试件破坏形状图。
 
2.铸铁扭断试验
步骤与低碳钢扭转试验相同,不同的是每一变形增量,记下相应的值,一般用手动即可,直至扭断为止。
五.注意事项
1.加扭矩要均匀缓慢。
2.变换扭矩测量范围,要在加载前停机进行。若要调整机器转速,也要停机进行,以免损坏传动齿轮。
 
六.预习要求
1.了解扭转试验的目的。
2.复习扭转变形的理论及试验原理。
3.自行设计实验记录格式。
 
七.试验报告要求
试验报告应包括:试验名称。试验目的。仪器设备名称、规格、量程。
 试验记录及结果,如低碳钢及铸铁扭转时的机械性能,图(用坐标纸绘制),两种试件破坏时的断口状态图等。分析讨论低碳钢和铸铁破坏情况及原因,并与拉伸、压缩试验情况进行比较。
 
 
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