钢筋扭转试验

扭转实验
一．实验目的：
1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。

2.确定低碳钢（铸铁）试样的直径d 、扭转截面系数Wp ，低碳钢试样在不同扭矩T 下的最大剪应力τ。

3.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。

二．实验设备及工具
扭转试验机，游标卡尺、扳手。

三．试验原理：
塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。

低碳钢的剪切流动极限和强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。

原因是这样：圆周扭转在弹性范围内剪应力分布如图a 所示，对于塑性材料，当扭矩增大到一定数值后，试样表面应力先达到流动极限
，并逐渐向内扩展，形成环形塑性区，如图b 所示。

若扭矩逐
渐增大，塑性区也不断扩大。

当扭矩达到
时，横截面上的剪应力都近似达到如图c
所示，在这种剪应力分布下，流动时剪应力公式为。

在扭矩继续增加时，试样继续变形，材料进一步强化，当试样扭断时，整个横截面上的剪应力都达到
，此时最大扭矩为，因此剪切强度极限和流动极限一样，近似地
.
由于铸铁是脆性材料，应力在横截面上从开始受力直至破坏都保持为线性分布，当试样边缘上的剪应力达到时，此时最大扭矩为，故仍有弹性阶段的应力公式计算强度
极限。

四．实验步骤
1.a 低碳钢实验（青山试验机） （1）量直径：
用游标卡尺量取试样的直径。

在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2
S τS M S τρ
τW M S S 43=
b τb M ρ
τW M b b 43
=
b τb M 0d
次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。

（2）安装试样：
启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。

（3）调整试验机并对试样施加载荷：
在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩
的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩
达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。

（4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩。

从夹头上取下试样。

（5）观察试样断裂后的形状。

（5）观察试样断裂后的形状。

2.a 铸铁实验（青山试验机）
（1）量直径：
用游标卡尺量取试样的直径。

在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2
次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。

（2）安装试样：
启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。

（3）调整试验机并对试样施加载荷：
在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学铸铁试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。

（4）试样断裂后，从夹头上取下试样，读取峰值表中最大扭矩。

（5）观察试样断裂后的形状。

S M b M 0d b
M
六．数据处理
G=80Gpa，φˊ为单位长度扭转角。

Ip为截面惯性矩。

七．实验结论
八．预习思考题
1.为什么扭转试样两端较粗，中间较细？中间和两端采用光滑曲线过度，而不是直角连接？
2.在计算低碳钢屈服强度和极限强度的公式中为什么会出现3/4，而不是其他系数呢？
3.如果扭转试样是屈服失效，请用最大剪应力理论分析一下，试样可能的断口形状。

4.如果扭转试样是断裂失效，请用最大正应力理论分析一下，试样可能的断口形状。

5.安装扭转试样为什么要“把试样水平地放在两夹头之间”？
6.低碳钢试样在扭转时的变形要经历哪3个阶段？
九．分析思考题
1.扭转实验中你是怎样测量试样直径的？为什么采用这种方法？
2.两种试样的断口形状分别是什么样的？怎样解释这种结果？
3.铸铁试样扭转破坏断口的倾斜方向与施加扭矩的方向有无直接关系？为什么？
4.通过你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验，请总结一下低碳钢抗拉、抗压、抗剪强度的大小关系。

同样地，请总结一下铸铁的抗拉、抗压、抗剪性能。

5.结合你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验，请分析低碳钢的载荷-变形曲线有什么共同点。

6. 对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？。