扭转破坏实验报告

扭转破坏实验报告
篇一：扭转破坏实验实验报告
篇一：扭转实验报告
一、实验目的和要求
1、测定低碳钢的剪切屈服点?s、剪切强度?b，观察扭矩-转角曲线（t??曲线）。

2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。

3、测定低碳钢的剪切弹性模量g。

4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（??tl/gip）。

5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。

二、试验设备和仪器
1、微机控制扭转试验机。

2、游标卡尺。

3、装夹工具。

三、实验原理和方法
遵照国家标准（gb/t10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。

如材料的剪切屈服强度点?s和抗剪强度?b等。

圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。

试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。

图 1-1
试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。

图3-2 从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd
段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。

由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10?以上。

从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。

ts和tb。

和?s?3ts/4wt计?s和?b，wt??d0/16为
3?s?3ts/4wt计算材料的剪切屈服强度?s和抗剪强度?b，式中：wt??d0/16
3
为试样截面的抗扭截面系数。

当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点?s时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。

当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点?s时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。

图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。

图 1-3材料的剪切弹性模量g遵照国家标准（gb/t10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。

在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律
??tlp
4
i??d0为截，式中：p
面的极惯性矩。

当试样长度l和极惯性矩ip均为已知时，只要测取扭矩增量
?t和相应的扭转角增量??，可由式
g?
?t?l
???ip
计算得到材料的剪切弹性模量。

实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。

四、实验步骤
1、测量低碳钢试样直径d1，长度l；
2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定
位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。

再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的的v形块上，使两卡盘与v形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧。

3、将试验机两端夹头对正，清零、装夹紧试件，进行保护。

4、运行powertest软件，选择剪切弹性模量测定试验方案；
表1-1 实验程序4、按软件“运行”键，开始试验； 5、记录多级等增量加载实验数据；
6、试样被扭断后停机，取下试样，注意观察试样断口形貌；
7、结束实验，将试验机复位并整理现场。

五、实验数据及处理结果
1、低碳钢扭转试验数据
表1-1 直径测量表
则依据试验可知低碳钢的相关参数:
ip??d04?968.36mm4
2ip
wt??194.31mm3
d0
表1-2 低碳钢剪切屈服强度、抗剪强度计算表
由上表可得低碳钢的剪切屈服强度，抗剪强度。

9080706050403020100
0100200300400500600700800900
图1-4 低碳钢扭角（度）—扭矩（n*m）破坏曲线图
篇二：扭转实验报告
浙江大学材料力学实验报告
（实验项目：扭转）
1. 2. 3.
验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量g。

；测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限?b。

比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。

二、设备及试样：
1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定g的实验也可在小型扭转试验机装置上完成；
2. 扭角仪；
3. 游标卡尺；
4. 试样，扭装试样一般为圆截面。

三、实验原理和方法：
1、测定切变模量g a、机测法：g?
t?l0ip?
，其中??
?
b
，?为百分表读数，ip为圆截面的极惯性矩；
选取初扭矩to和比例极限内最大试验扭矩tn,从to到tn分成n级加载，每级扭矩增量为?t，每一个扭矩ti都可测出相应的扭角?i，与扭矩增量?t对应的扭角增量是
??i??i???，则有gi?i1
1n
?t?l0ip??i
，i=1,2,3,?n,取gi的平均值作为材料的切变模量即：
g?
?g
i
，i=1,2,3,?n；
b、电测法：g?
t
??wt
?
t
?r?wt
，应变仪读数为?r，wt为抗扭截面系数；
选取初扭矩to和比例极限内最大试验扭矩tn,从to到tn分成n级加载，每级扭矩增量为?t，每一个扭矩ti都可测出相应的读数?i，与扭矩增量?t对应的读数增量是
??i??i???
i1，则有gi?
1
?twt??i
，i=1,2,3,?n,取gi的平均值作为材料的切变模量即：
g?
g?n
i
，i=1,2,3,?n
2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限?b对于低碳钢：?b?
3tb4wt
四，实验数据记录计计算结果
1、切变模量g试验试样尺寸及有关参数tbwt
wt?
?d16
3
=1.96×10-7 m3 =9.81×10-10 m4
ip?
?d32
4
的测定结果五、实验总结报告：通过实验得到以下体会：
1. 圆轴扭转的平面假设不但使理论推导变得简单，而且也符合试验结果，以低碳钢扭转试验为例，在低碳钢扭转变形而又不断裂的情况下，横向划线基本没有什么变化，而纵向划线成为螺旋线，且螺旋线逐渐接近，直至断裂，从实验的角度证明了平面假设；
2. 铸铁与低碳钢在断裂时的断裂面不同，低碳钢沿横截面断裂，而铸铁沿45o螺旋面断裂；
3. 对物理现象过程的分析具有重要意义，过程不同得出的结果甚至计算公式都不同，例如低碳钢和铸铁的断裂过程不相同，剪切强度极限τb的计算公式不尽相同。

4. 从理论研究中作出合理的假设，再在试验中进行验证，从而证明假设的正确性，这是理论研究中常用的思想方法，值得我们在以后的学习中体会，借鉴。

六、思考题 1、由ts?
43
wt?s，得ts=31.36 n·m，由于在测g时，要在其弹性阶段内，所以tn
最大只能取31.36 n·m； 3、明显的区别在于：低碳钢拉伸实验中进入塑性变形阶段到破坏的全过程经历了屈服阶段，强化阶段和局部变形阶段三个阶段，而低碳钢扭转实验中横截面的边缘处先形成环形塑性区，再逐渐向圆心扩展，直到整个截面几乎都是塑性区，直致断裂，但没有几个阶段的划分。

篇三：扭转实验报告
扭转实验
1、实验目的
测定材料在扭转破坏时的剪切流动极限，剪切强度极限，为在扭转情况下工作的转轴提供设计依据。

2、实验原理
扭转试样一般为圆截面。

低碳钢试样扭转时，在表面上画上两条纵向线和两条圆周线，以观察扭转变形。

低碳钢在比例极限内，t 与ф成线性关系。

横截面上的切应力沿半径线性分布。

随着t 的增大横截面边缘处的切应力首先到达剪切极限 ?s，而且塑性区逐渐向圆心
扩展，形成环形塑性区。

但中心部分仍然是弹性的，所以 t 仍可以增加，t 和ф的关系成为曲线。

直到整个截面几乎都是塑性区，在 t- ф上出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或轻微摆动，相应的扭矩为ts。

如认为这时整个圆截面皆为塑性区，则 ts 与?s的关系为 ts?43wt?s或?s?3?ts4wt
式中 wt??d163为抗扭截面系数。

过屈服阶段后，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升。

但变形非常显著，试样的纵向线变成螺旋线，直至到达极限值 tb,试样被扭断。

与tb相应的剪切强度极限?b 仍约定由下面公式计算，
?b?3?tb4wt
铸铁试样受扭时，变形很小即突然断裂。

其t-ф图接近直线，剪切强度极限?b可按线弹性公式计算，即?b?tbwt
3、实验仪器设备：nj-100b 扭转实验机；0～150mm 游标卡尺
4、实验步骤：
用游标卡尺测量标距截面的直径；在低碳钢试样表面画一条纵向线；根据试样的有效面积估算最大扭矩，然后转动量程手轮选好度盘，接通电源调指针指零；根据试样大小选定夹块和衬套大小，然后装试件，此时指针不在零点调电机手轮；选定主动夹头转速，把开关拨到 0~360°/分档，将从动针转至与主动针重合；根据选好的旋向按下“正”或“反”按钮，拧动多圈电位器，加载速度低碳钢和铸铁在屈服前用低速，而后用高速。

低碳钢要测出下屈服扭矩 ts 、最大扭矩tb ，铸铁要测出最大扭矩 tb ；断裂后停机，记下被动针指出的数值和刻度环上的扭转角，整圈数螺线；把扭断的试件对起来，量一下长度 l1 和直径ｄ1 ,把数据填入表中。

5、实验数据及其处理
（1）试样尺寸：低碳钢；铸铁
（2）实验数据及计算结果
低碳钢：根据测出的屈服扭矩和最大扭矩按下式计算出试件的屈服极限、强度极限。

?s?3?ts4wt ( mpa)
?b?34wt?tb( mpa) tb
wt铸铁：根据测出的最大扭矩，按下式计算出试件的强度极限?b?
6、问题讨论
（1）碳钢扭坏时先从哪个地方坏的？
（2）铸铁的断口呈什么形状？为什么呈这样的形状？
（mpa）
篇二：扭转实验报告
扭转实验报告
使用设备名称与型号 K—500型扭转机同组人员
实验时间
一、实验目的
1.测定低碳钢的扭转屈服极限和强度极限。

2.测定铸铁的扭转强度极限。

3.观察低碳钢和铸铁的断口情况，并分析其原因。

二、实验设备与仪器
1.K—500型扭转机(见附录三)
2.游标卡尺
三、实验原理
1.低碳钢园截面试件扭转时，其尺寸和形式视试验机而定。

在弹性范围内，扭矩T 与扭转角?为直线关系(图3-1a)。

当扭矩超过比例极限扭矩Tp时，曲线变弯并逐渐趋于水平。

在屈服阶段时，扭角增加而扭矩不增加，此时的扭矩即为屈服扭矩中心将逐步升值到扭转屈服极限
求得材料的剪切屈服极限为：
Ts。

屈服后，圆截面上的剪应力，由边缘向τs(图3-1b)，即截面材料处于全屈服状态，由此，可以
- 1 -
图3-1a 低碳钢扭转时的T-?曲线3-1b 低碳钢扭转时横截面在全屈服下的应力
分布
τs=
3Tsπd34Wp ，其中 Wp=16
此后，扭转变形继续增加，试件扭矩又继续上升至C点，试件被剪断，记下破坏扭矩Tb，扭转强度极限τb为：τb=
3Tb4Wp
铸铁受扭时，T-?曲线如图3-2所示。

从开始受扭，直到破坏，近似为一条直线，故其强度极限τb可按线弹性应力公式计算如下：Tbτb=Wp
o 图3-2 铸铁扭转时的T-?曲线图3-3 铸铁扭转时沿45斜截面的应力
材料在纯剪切时，横截面上受到切应力作用，而与杆轴成45螺旋面上，分别受到拉o
σ=-τ的作用(图3-3)。

应力σ1=τ和压应力3
低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故试件沿横面剪断(图3-4a)，而铸铁抗拉能力小于抗剪能力，故沿45方向拉断(图3-4b)。

- 2 - o
图3-4a 低碳钢扭转破坏图3-4b 铸铁扭转破坏
四、实验操作步骤
1.用游标卡尺测量试件直径。

2.根据低碳钢的强度极限估计试件的最大扭矩，确定测力盘读数范围并调整摆锤重量及校正表盘零点，检查自动绘图仪是否正常。

3.将试件装在扭转机二夹头内，并用粉笔在试件轴线方向画一条细线。

以观察变形。

4.检查准备妥当后，开始试验。

用慢速加速或手摇加载使试件缓慢而均匀地变形。

仔细观察测力指针的转动，当测力盘指针几乎不动而扭角继续增加时，说明材料已屈服，记下此时的扭矩T 。

过了屈服阶段以后，取下加载摇手柄，开动电机加载，直到试件扭断为止。

停车并记下破坏。

五、实验结果及分析计算
1、
2、结果计算
- 3 -
六、思考题
分析比较低碳钢和铸铁扭转破坏断口及形成的原因。

七、实验中的收获、感想与建议
- 4 -
篇三：扭转实验报告
一、实验目的和要求
1、测定低碳钢的剪切屈服点τs、剪切强度τb，观察扭矩-转角曲线（T-φ曲线）。

2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。

3、测定低碳钢的剪切弹性模量G。

4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（φ=Tl/GIp）。

5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。

二、试验设备和仪器
1、微机控制扭转试验机。

2、游标卡尺。

3、装夹工具。

三、实验原理和方法
遵照国家标准（GB/T10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。

如材料的剪切屈服强度点τs和抗剪强度τb等。

圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。

试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。

图 1-1
试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。

图3-2
从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa 段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。

由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10π以上。

从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。

Ts和Tb。

和τs=3Ts/4WT计τs和τb，WT=πd0/16为
3τs=3Ts/4WT计算材料的剪切屈服强度τs和抗剪强度τb，式中：WT=πd0/16
3
为试样截面的抗扭截面系数。

当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点τs时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。

当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点τs时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩Ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。

图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。

图 1-3
材料的剪切弹性模量G遵照国家标准（GB/T10128-1988）可由
圆截面试样的扭转试验测定。

在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律
Φ=Tlp
4
I=πd0为截，式中：P
面的极惯性矩。

当试样长度l和极惯性矩IP均为已知时，只要测取扭矩增量
?T和相应的扭转角增量?Φ，可由式
G=
?T?l
?Φ?IP
计算得到材料的剪切弹性模量。

实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。

四、实验步骤
1、测量低碳钢试样直径d1，长度L；
2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。

再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的的V形块上，使两卡盘与V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧。

3、将试验机两端夹头对正，清零、装夹紧试件，进行保护。

4、运行POWERTEST软件，选择剪切弹性模量测定试验方案；
表1-1 实验程序
4、按软件“运行”键，开始试验；
5、记录多级等增量加载实验数据；
6、试样被扭断后停机，取下试样，注意观察试样断口形貌；
7、结束实验，将试验机复位并整理现场。

五、实验数据及处理结果
1、低碳钢扭转试验数据
表1-1 直径测量表
则依据试验可知低碳钢的相关参数:
IP=πd04=968.36mm4
2IP
Wt==194.31mm3
d0
表1-2 低碳钢剪切屈服强度、抗剪强度计算表
由上表可得低碳钢的剪切屈服强度，抗剪强度。

9080706050403020100
0100200300400500
600700800900
图1-4 低碳钢扭角（度）—扭矩（N*m）破坏曲线图。