三.扭转实验

1实验三、金属材料的扭转实验一、实验目的1.测定低碳钢（或铝合金）的切变模量G。ssusLb3.观察并分析不同材料在扭转时的变形和破坏现象。p2.测定低碳钢的屈服点或上屈服点、下屈服点和抗扭强度图1-19扭转试样L0d02二、设备和仪器1.RNJ-500微机控制电子扭转试验机1单片机测控箱2固定夹具3活动夹具4减速箱5导轨工作平台6手动调整轮7伺服电机8机架图附1-5-1RNJ－500型微机控制扭转试验机示意图3固定夹具(2)一端与扭矩传感器相连，另一端用于试样安装；活动夹具(3)则一端固定试样，另一端与减速箱(4)相连。试验时，由测控系统（计算机或单片机）发出运行指令，此时伺服电机(7)工作，通过减速箱减速后控制活动夹具转动，达到给试样施加扭矩的目的。另外出于试验机调零和操作灵活的考虑，该试验机提供了手动调节的控制方式。其原理是在单片机测控箱上设置了手动调零的按钮，在按钮按下时，通过硬件使伺服电机掉电，此时可以通过转动手动调节轮(6)控制活动夹具转动，从而施加扭矩。4图附1-5-2扭转试验机测量系统组成图试验机测量系统主要由扭矩传感器、小角度扭角仪、光电编码器、单片机系统、计算机、网络打印机等组成，如图1-5-2所示。在试样承受扭矩时，产生扭转变形，标距间的扭转角由小角度扭角仪获得，同时通过光电编码器获取活动夹具的转动角度。这样，单片机系统将相应的扭矩、标距间扭转角以及活动夹具的转动角度信号分别进行放大，并作数字化处理后的结果通过RS-232传递给计算机系统，计算机系统对接受的数据按用户要求分别绘制出相应的测试曲线，并将最后试验结果输出。52.小扭角传感器。3.游标卡尺。1试样2固定夹块3紧定螺母4旋转夹块5标距标尺6数字百分表图附1-5-4小角度扭角仪示意图6四、测量原理材料的切变模量G是在扭转过程中，线弹性范围内切应力和切应变之比。切变模量G是计算构件扭转变形的基本参数，可采用逐级加载法或图解法测定。1、测G(逐级加载法)先通过试验机采用手动形式施加初始扭矩T0，然后采用等增量加载，加载五次，第i次加载后扭矩为（a）5,2,1,00iTiTTi按照定义：PIlTlRPITRG00TOT图2-2图解法测G式中：为小角度扭角仪的测量标距；为试样截面对圆心的极惯性矩。0L7或采用最小二乘法计算切变模量G。200P00iiiTTLGITT20P0iiTLGIi或者：标距间相对扭转角由试验机提供的小角度扭角仪测量获得，记录每级载荷下的扭转角。各级加载过程中的切变模量为：5,2,1,0ii01PiiiTLGI取平均值：0P0P1iiiTLGITLGnnnIPIalixiyixPIGlTxyPIGlTGaa0200,代入到则令由82测屈服点及抗扭强度（低碳钢、铸铁）sTs拉伸时有明显屈服现象的金属材料（如低碳钢）在扭转时同样有屈服现象。通常T-曲线有两种类型，见图1-21。扭矩保持恒定而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩，记作（图1-21a），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为屈服点，记作(a)TTSOTbTTSUTSLO(b)Tb图1-21有明显屈服现象的T-曲线9在屈服阶段，扭矩首次下降前的最大扭矩称为上屈服扭矩，按弹性扭转公式计算所得的切应力称为上屈服点：susuPTW屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩（不加说明时即指下屈服扭矩），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为下屈服点：sLsLPTW(a)TTSOTbTTSUTSLO(b)Tb10(a)TTSOTbTTSUTSLO(b)Tb试样在断裂前所承受的最大扭矩，按弹性扭转公式计算得抗扭强度，从自动记录的曲线上读取试样断裂前的最大扭矩，按下式计算抗扭强度：bbPTWbbP34TW铸铁：低碳钢：ToTb图1-24铸铁扭转曲线低碳钢的扭转曲线11五、实验步骤1．测量试样尺寸在试样的标距两端及其中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，将试样原始尺寸记入表1-10。2．试验机准备打开试验机测控箱电源，启动计算机及测试软件，操作软件使测控箱和计算机作数据通讯，根据试验要求，调节试验设置窗口（包括角度传感器、扭转速度的调节）以及扭矩窗口的零点调节，详细请参见附1-5扭转试验机。加载速度按试验标准选择（屈服前应在6°～30°/min范围内，屈服后不大于360°）。123．安装试样：注意试样的夹紧和对中。由于试件平面在安装时与夹具平面不完全吻合，可能会使扭矩偏移零点，此时应通过机械调零的方法将扭矩重新归零，同时将角度显示窗口清零。4.安装角度传感器：测定材料的切变模量G，或测定规定非比例扭转应力，应选择小角度传感器。安装过程中应将扭角仪的试验标距调整为50mm，同时将角度显示窗口清零。5．测试p5.1测G(逐级加载法)5.2测屈服点及抗扭强度135.1测G(逐级加载法)试验过程采用手动方式进行。先施加3N.m的初始扭矩，记下初始角度；然后采用等增量（如=5N.m）分五级加载，记录每次对应的角度值（在对应显示窗口显示）。重复测试三次，获取三组测量数据，记录于表1-9中。TOT图2-2图解法测G145.2测屈服点及抗扭强度（低碳钢、铸铁）点击运行按钮，按预先设定的测试程序对试件进行加载，直至试件断裂(铸铁试件)或明显屈服(低碳钢)。保存实验数据。调出试验数据，输出试验报告。在测屈服点及抗扭强度时，应注意观察试样变形及破坏情况。取下试样，观察并分析断口形貌和形成原因。(a)TTSOTbTTSUTSLO(b)Tb图1-21有明显屈服现象的T-曲线ToTb图1-24铸铁扭转曲线15实验前一定要预习!六、实验结果处理（见书上）七、实验报告要求（见书上）