材料力学扭转实验

§1－2 扭转实验

一、实验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服点τs，抗扭强度τb。

2、测定铜棒的抗扭强度τb。

3、比较低碳钢和铜棒在扭转时的变形和破坏特征。

二、设备及试样

1、伺服电机控制扭转试验机（自行改造）。

2、0.02mm游标卡尺。

3、低碳钢φ10圆试件一根，画有两圈圆周线和一根轴向线。

4、铜棒铁φ10圆试件一根。

三、实验原理及方法

塑性材料试样安装在伺服电机驱动的扭转试验机上，以6-10º/min的主动夹头旋转速度对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得到扭转曲线（扭矩-夹头转角图线），如下图为低碳钢的部分扭转曲线。试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。

弹性变形到一定程度试样会出现屈服。扭转曲线

扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩T su；

屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩T sl，通常把下

屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限τs，

即：τs=τsl= T sl/W。当试样扭断时，得到最大

扭矩T b，则其抗扭强度为τb= T b/W

式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有

W=πd03/16。

铸铁为脆性材料，无屈服现象，扭矩

-夹头转角图线如左图，故当其扭转试样

破断时，测得最大扭矩T b，则其抗扭强

度为：τb= T b/W

四、实验步骤

1、测量试样原始尺寸分别在标距两端

及中部三个位置上测量的直径，用最小直

径计算抗扭截面模量。

2、安装试样并保持试样轴线与扭转试验机转动中心一致。

3、低碳钢扭转破坏试验，观察线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。

4、铜棒扭转破坏试验，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。

五、实验数据处理

1、试样直径的测量与测量工具的精度一致。

2、抗扭截面模量取4位有效数字。

3、力学性能指标数值的修约要求同拉伸实验。

六、思考题

1、低碳钢扭转时圆周线和轴向线如何变化？与扭转平面假设是否相符？

2、如用木材或竹材制成纤维平行于轴线的圆截面试样，受扭时它们将按怎样的方式破坏？

3、根据低碳钢和铜棒的破口特征，分析两种材料扭转破坏的原因？

1、比较低碳钢拉伸和扭转实验，从进入塑性变形阶段到破坏的全过程，两者变形有何明显

的区别？