扭轉試驗
日期：2010-06-22 有1772人瀏覽
扭轉試驗
各種材料抵抗剪切與抵抗拉伸的能力不同，因此不同材料的扭轉破壞方式也不相同。低碳鋼圓試件扭轉到破壞時，因已超過屈服階段，如對材料作理想塑性考慮（圖2），橫截面上的剪應力的分布趨于均勻如（圖3）。假設應力均達到了破壞應力（強度極限），則這時截面上應力與破壞時扭矩的關系為：
一。試驗目的
扭轉試驗是了解材料抗剪能力的一項基本試驗。本試驗通過兩種典型材料了解塑性（低碳鋼）和脆性材料（鑄鐵）受扭轉時的機械性能，繪制扭矩一扭角圖。并比較它們的破壞現象及原因。
扭轉試驗過程中，試件的斷面形狀和尺寸幾乎一直不變，無縮頸現象，變形較均勻，可比較準確地測定試件變形及瞬時破壞應力。
關于扭轉試驗的要求及試件尺寸，可參閱冶金工業部標準《金屬扭力試驗法》YB36-64的規定。
二。原理
圓軸扭轉時橫截面上任一點的剪應力為：
ZUI大剪應力產生在試件的外表層，其值等于
式中，
由理論可知，圓軸扭轉時，其表面上任意一點都處于平面應力狀態（圖1），沿與軸線呈450方向上的主應力大小為：
各種材料抵抗剪切與抵抗拉伸的能力不同，因此不同材料的扭轉破壞方式也不相同。低碳鋼圓試件扭轉到破壞時，因已超過屈服階段，如對材料作理想塑性考慮（圖2），橫截面上的剪應力的分布趨于均勻如（圖3）。假設應力均達到了破壞應力（強度極限），則這時截面上應力與破壞時扭矩的關系為：
Mn
0φ
圖2
所以
此式可計算塑性材料在扭轉時的剪切強度極限。對于鑄鐵等脆性材料在扭轉至破壞時其變形也較小，無屈服現象，故仍可用破壞時的扭矩代入式得剪切強度極限為：
三．儀器與設備
1.扭轉試驗機
2．游標卡尺
四。試驗方法與步驟
1．低碳鋼扭轉試驗。
（1）量好試件尺寸（直徑d）后，將試件安裝于機器夾頭中，可在試件表面上畫一條縱向粉筆線，以觀察它的變形。
（2）選定試驗機的測力范圍及轉速。
（3）手動加初載荷，以消除夾具與試件兩端間的間隙。記下扭角盤上的初讀數，調整至零點。
（4）手動逐漸緩慢均勻地施加扭矩，記下相應的扭角φ，為了便于繪圖，在材料屈服前每一加荷增量記下一個φ值，即由扭矩讀變形φ。屈服后，先使用ZUI慢上等轉速機動加扭矩，改為每增加一，記下一個值，即由變形讀扭矩值，至后，中間隔可增加為、、…，記值，直至試件被扭斷時，記下ZUI大扭矩。
（5）整理數據，作圖。
（6）繪制試件破壞形狀圖。
2．鑄鐵扭斷試驗
步驟與低碳鋼扭轉試驗相同，不同的是每一變形增量，記下相應的值，一般用手動即可，直至扭斷為止。
五．注意事項
1．加扭矩要均勻緩慢。
2．變換扭矩測量范圍，要在加載前停機進行。若要調整機器轉速，也要停機進行，以免損壞傳動齒輪。
六．預習要求
1．了解扭轉試驗的目的。
2．復習扭轉變形的理論及試驗原理。
3．自行設計實驗記錄格式。
七．試驗報告要求
試驗報告應包括：試驗名稱。試驗目的。儀器設備名稱、規格、量程。
試驗記錄及結果，如低碳鋼及鑄鐵扭轉時的機械性能，圖（用坐標紙繪制），兩種試件破壞時的斷口狀態圖等。分析討論低碳鋼和鑄鐵破壞情況及原因，并與拉伸、壓縮試驗情況進行比較。
試驗記錄及結果，如低碳鋼及鑄鐵扭轉時的機械性能，圖（用坐標紙繪制），兩種試件破壞時的斷口狀態圖等。分析討論低碳鋼和鑄鐵破壞情況及原因，并與拉伸、壓縮試驗情況進行比較。
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