3.2金属材料的扭转实验精品课件
金属材料扭转实验
矩的增大趋于均匀，如图 4.3（c）所示，假设应力为τ s （屈服极限），则这 时截面上应力τ s 与相应扭矩的Ts 的关系为
τs
=
3TS 4WP
图 4.2
T
(a)
(b)
(c)
Tb Ts
图 4.3 扭转试件在不同扭矩下横截面应力图
图 4.4
同理可计算塑性材料在扭转时的剪切强度极限
τb
=
3Tb 4W p
对于铸铁等脆性材料在扭转至破坏时，因其变形较小无屈服现象，故可 近似地用弹性应力公式进行计算，若破坏时的扭矩为Tb ，则得到剪切强度极 限为
τb
=
Tb Wp
-3-
三、仪器与设备
1、扭转试验机 2、游标卡尺
四、实验方法与步骤
1、量好试件尺寸（直径 d ）后，将试件安装于机器夹头中，可在试件上 画上一条纵向粉笔线，以观察它的变形。
2 最大显示扭矩（Nm）
3 扭矩最小读数值（Nm）
4 扭矩精确测量范围（Nm）
5 扭转角最大讯数值（°）
6 扭转角最小读数值（°）
7 扭矩示值相对误差
8 扭矩示值重复性相对误差
9 零点相对误差
10 试样直径（㎜）
表 4.3
规格、参数及指标 NJS-01 150 0.06 20—100 99999.9 0.1
-1-
实验四 金属材料扭转实验
一、实验目的
扭转实验是了解材料抗剪能力的一项基本实验，本实验着重了解塑性材 料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）受扭转时的机械性能，测定τ s 、τ b 绘制 T − φ 图，并比较两种材料的破坏情况及原因。
扭转实验过程中，试件的断面形状几乎一直不变，无颈缩现象，变形较 均匀，可以较准确地测定试件变形及瞬时破坏应力。
金属材料扭转实验
一、实验目的 1 了解 GB/T 10128-2007《金属材料 室温扭转试验方法》所规定的定义和符号、试 样、实验要求、性能测定方法。 2 了解扭转试验机的基本构造和工作原理，掌握其使用方法。 3 测定金属材料扭转时的上下屈服强度、抗扭强度和相应的扭角。 4 比较不同材料在扭转时的机械性能及其破坏情况。
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
图 8（b）选择需要计算的指标 设置“试验结束条件”，通常设定“断裂百分比”为 40%。点击“下一步”，见图 8（c）。
图 8（c）设置结束条件 选择传感器。然后点击“下一步”，见图 8（d）。
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
图 8（d）选择传感器 设置坐标轴增量。点击“关闭”，完成参数设置，见图 8（e）。
图 8（e）设置坐标轴增量 3 开始实验，观察加载过程
首先分别对界面中显示的“扭矩”和“转角”进行“清零”，再选择需要绘制的曲线类 型，然后点击“试验开始”，试验机按照前面的设定对试样加载，此时应注意观察试样的变 化情况和控制软件上扭转曲线的绘制情况，见图 9。
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
东南大学力学实验中心 金属材料扭转实验
图 7 试样录入 点击“参数设置”，设置实验参数。通常“试验开始扭矩值”设定为 1N·m；“试验速 度”低碳钢试样为 360º/min，铸铁试样为 36º/min。然后点击“下一步”，见图 8（a）。
图 8（a）设定开始扭矩和实验速度 选择需要计算的指标，在前面的复选框内打“√”。点击“下一步”，见图 8（b）。
mm4
W
截面系数Biblioteka mm3τm抗扭强度
MPa
γ max
最大非比例 切应变
%
1 规定非比例扭转强度的测定 图解法：根据试验机自动记录的扭矩-扭角曲线，在曲线上延长弹性直线段交扭角轴于
第四章金属扭转试验
第四章金属扭转试验在机械、石油、冶金等工程中有许多机械零部件承受扭转载荷作用的实例，如各种轴类零件(电机主轴、机床主轴、汽车传动轴)、石油钻杆等。
因此，必须测定其相关材料的扭转性能指标，为设计提供依据。
扭转试验是对圆柱形试样施加扭矩T(使试样两端承受大小相等、方向相反、作用面垂直于试样轴线的力偶)，测量扭矩T及相应的扭角φ,绘制T-φ扭转曲线图，一般扭至断裂，以便测定金属材料的各项扭转力学性能指标。
圆柱形试样的扭转试验具有以下的特点：(1)用圆柱形试样进行扭转时，从试验开始直至破断，在试样的整个工作长度上塑性变形都是均匀的，试样仍保持圆柱形，横截面的大小、形状及试样工作长度几乎保持不变，没有缩颈现象。
因此，可以用扭转试验精确地测定高塑性金属材料的应力-应变关系。
(2)剪切试验只能测定材料的抗剪强度，对于高塑性材料，由于常伴随着弯曲变形而不能得到正确的结果，扭转试验则能较全面地了解材料在切应力作用下的行为。
(3)扭转应力状态较拉伸软(α=0.8)，可以使低塑性材料处于韧性状态测定它们的强度和塑性。
(4)由材料力学可知，圆柱形试样在扭转试验时，试样表面的应力状态如图4-1所示，最大切应力和正应力绝对值相等，夹角成45°。
因此，扭转试验可以明显地区别材料的断裂方式：正断或切断。
这一点其他试验不能与之相比。
(5)扭转试验时，试样横截面上沿直径方向切应力和切应变的分布是不均匀的，试样表面的切应力和切应变最大。
因此，扭转试验可以灵敏地反映材料的表面缺陷。
第一节金属材料扭转时的力学性质一、扭转时切应变材料力学假设扭转时圆柱体的变形：(1)所有纵向素线都倾斜了同一角度α，圆柱体上所有矩形格子扭歪成相似平行四边形；(2)所有圆周线都围绕轴线转了一定的角度φ，而圆周线形状、长短及两圆周线间距离都未改变。
由材料力学可知：半径为r(mm)的圆柱体，在距离圆柱体轴线为ρ的一层薄壁圆筒上任一点处的切应变：即：圆柱体横截面上任一点扭转时的切应变与该点到轴线的距离ρ成正比，圆柱体表面的切应变最大。
扭转实验讲义
§ 3 金属材料的扭转试验工程中有很多承受扭转的构件，如各类电动机轴、传动轴、钻杆等。
材料在扭转变形下的力学性能，如扭转屈服点、抗扭强度、切变模量等，是进行扭转强度和刚度计算的依据。
作为材料力学试验中最基本、最典型的试验之一，本节将介绍切变模量G ，扭转屈服点S τ、抗扭强度b τ的测定方法以及扭转破坏的规律和特征。
一、实验目的1. 测定铝合金材料的切变模量G 。
2. 测定低碳钢的屈服点s τ或上屈服点su τ、下屈服点sL τ和抗扭强度b τ。
3. 观察并分析不同材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器1. RNJ-500微机控制电子扭转试验机。
2. 小扭角传感器。
3. 游标卡尺。
三、试样采用直径10mm 、标距50毫米的圆形试样，端部铣成相对两平面以便夹持,如图1-19所示。
四、测试原理和方法 1．切变模量G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）逐级加载法测G先通过试验机采用手动形式施加初始扭矩T 0，然后采用等增量加载，加载五次，第i 次加载后扭矩为()5,2,1,00 =∆+=i Ti T T i （a ）式中：0T 为初扭矩，T ∆为每级扭矩增量。
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()5,2,1,0 =i i ϕ。
各级加载过程中的切变模量为()01Pi i i TL G I ϕϕ-∆=-取平均值图1-19 扭转试样P 0P 1i i iTL G I TL G n n nI ϕϕ∆∆∆===∆∑∑∑ （1-31） 或采用最小二乘法计算切变模量G 。
由弹性扭转公式0PTL GI ϕ∆∆=，令 0PL a T GI ϕ∆==∆ (b) 式中：L 0为试样的标距，P I 为截面对圆心的极惯性矩。
由最小二乘原理知系数a 为 ∑∑=2iii xy x a （c ）因实验给出的载荷是0T T i -，测得的变形是0ϕϕ-i ，因此上式中i x 表示0T T i -，i y 表示0ϕϕ-i ，代入上式并与式b 联立得()()()2P00ii i T T L G I T T ϕϕ-=--∑∑ (1-32a )将a 式代入，上式化为()2P0i iTL G I i ϕϕ∆=-∑∑ (1-32b )屈服点s τ、上屈服点su τ和下屈服点sL τ以及抗扭强度b τ测定 （1）屈服点s τ、上屈服点su τ和下屈服点sL τ（低碳钢）测定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。
材料力学 第三章 扭转PPT课件
(Torsion)
9
(Torsion)
10
(Torsion) 轴： 工程中以扭转为主要变形的构件。
齿轮轴
11
(Torsion)
二、受力特点(Character of external force)
杆件的两端作用两个大小相等、方
向相反、且作用平面垂直于杆件轴
线的力偶.
me
三、变形特点(Character of deformation)
4
(Torsion)
§3-1 扭转的概念及实例 (Concepts and example problem of torsion)
一、工程实例(Example problems)
1、螺丝刀杆工作时受扭。
5
(Torsion)
6
(Torsion)
2、汽车方向盘的转动轴工作时受扭。
7
(Torsion)
MA ml
2、截面法求扭矩 TMAmx
Tm (lx)
表示扭矩沿杆件轴线变化的图线（T-x曲线）－扭矩图
21
(Torsion)
§3-3 薄壁圆筒的扭转
(Tors
薄壁圆筒：壁厚
1 10
r0（r0—圆筒的平均半径）
一、应力分析 (Analysis of stress)
杆件的任意两个横截面都发生绕轴线的相对转动.
Me
Me
12
(Torsion)
§3-2 扭转的内力的计算 (Calculating internal force of torsion)
一、外力偶矩的计算 (Calculation of external moment)
1秒钟输入（出）的功：P×1000N•m
金属扭转试验
第四章金属扭转试验在机械、石油、冶金等工程中有许多机械零部件承受扭转载荷作用的实例，如各种轴类零件(电机主轴、机床主轴、汽车传动轴)、石油钻杆等。
因此，必须测定其相关材料的扭转性能指标，为设计提供依据。
扭转试验是对圆柱形试样施加扭矩T(使试样两端承受大小相等、方向相反、作用面垂直于试样轴线的力偶)，测量扭矩T及相应的扭角φ,绘制T-φ扭转曲线图，一般扭至断裂，以便测定金属材料的各项扭转力学性能指标。
圆柱形试样的扭转试验具有以下的特点：(1)用圆柱形试样进行扭转时，从试验开始直至破断，在试样的整个工作长度上塑性变形都是均匀的，试样仍保持圆柱形，横截面的大小、形状及试样工作长度几乎保持不变，没有缩颈现象。
因此，可以用扭转试验精确地测定高塑性金属材料的应力-应变关系。
(2)剪切试验只能测定材料的抗剪强度，对于高塑性材料，由于常伴随着弯曲变形而不能得到正确的结果，扭转试验则能较全面地了解材料在切应力作用下的行为。
(3)扭转应力状态较拉伸软(α=0.8)，可以使低塑性材料处于韧性状态测定它们的强度和塑性。
(4)由材料力学可知，圆柱形试样在扭转试验时，试样表面的应力状态如图4-1所示，最大切应力和正应力绝对值相等，夹角成45°。
因此，扭转试验可以明显地区别材料的断裂方式：正断或切断。
这一点其他试验不能与之相比。
(5)扭转试验时，试样横截面上沿直径方向切应力和切应变的分布是不均匀的，试样表面的切应力和切应变最大。
因此，扭转试验可以灵敏地反映材料的表面缺陷。
第一节金属材料扭转时的力学性质一、扭转时切应变材料力学假设扭转时圆柱体的变形：(1)所有纵向素线都倾斜了同一角度α，圆柱体上所有矩形格子扭歪成相似平行四边形；(2)所有圆周线都围绕轴线转了一定的角度φ，而圆周线形状、长短及两圆周线间距离都未改变。
由材料力学可知：半径为r(mm)的圆柱体，在距离圆柱体轴线为ρ的一层薄壁圆筒上任一点处的切应变：dx d /ϕργρ= ()r ≤≤ρ0即：圆柱体横截面上任一点扭转时的切应变ργ与该点到轴线的距离ρ成正比，圆柱体表面的切应变最大。
金属材料的扭转实验-庞玉
金属材料的扭转实验一、实验目的1．测定低碳钢扭转时的的剪切屈服极限s τ及剪切强度极限b τ。
2．测定铸铁扭转时的剪切强度极限b τ。
3．观察并比较低碳钢及铸铁试件扭转破坏的特征。
二、试验设备和仪器 1．游标卡尺2．NDW31000微机控制扭转试验机微控电子式扭转试验机，型号为NDW31000，最大扭矩为1000N.m ，试验力精度为1%；扭角测量范围为1-1000rad ；试验速度为0.036-360°/min。
该机采用松下交流电机伺服系统，液晶显示及计算机自动控制系统。
可以正反两方向施加扭矩进行扭转试验，用来测量各种金属和非金属材料受转矩时的机械性能。
试验机由加载机构、测力单元、液晶显示屏和计算机软件系统等组成。
加载机构：安装在导轨上的加载系统由主动夹头、从动夹头、底座、移动导轨，交流伺服电机、减速器和计算机软件系统组成。
试件装在主、从动夹头之间，由计算机控制软件（或液晶显示器）发出指令，驱动松下伺服电机开始转动，通过减速器减速使夹头旋转，对试样施加扭矩。
试验机的正反加载和停车，可由计算机软件控制（或按显示屏的标志按钮）。
测力单元：通过夹头传来的力矩经传感器的处理输出，在液晶显示器和计算机上同步显示出来，根据满意度选择保存或打印。
计算机软件部分：加载过程由计算机软件控制，并进行实验方案的选择，数据处理和数据分析，实验过程的监测和实验结果的输出。
液晶显示屏：手动操作控制。
三、试样NDW31000扭转试验机的试样夹持直径在8～40mm 。
本试验使用标距L=100mm，标距部分直径d=10mm 的圆形截面标准试件。
四、实验原理很多传动零件都在扭转条件下工作。
测定扭转条件下的机械性能，对零件的设计计算和选材有实际意义。
纯扭转时，圆试样表面为纯剪应力状态（如图1）其最大剪应力和正应力绝对值相等，夹角成450，因此扭转实验可以明显区分材料的断裂方式—拉断或剪断。
如果材料的抗剪强度小于抗拉强度，破坏形式为剪断，断口应与其轴线垂直；如果材料的抗拉强度小于抗剪强度，破坏原因为拉应力。
第四章 金属扭转试验
第四章金属扭转试验在机械、石油、冶金等工程中有许多机械零部件承受扭转载荷作用的实例，如各种轴类零件(电机主轴、机床主轴、汽车传动轴)、石油钻杆等。
因此，必须测定其相关材料的扭转性能指标，为设计提供依据。
扭转试验是对圆柱形试样施加扭矩T(使试样两端承受大小相等、方向相反、作用面垂直于试样轴线的力偶)，测量扭矩T及相应的扭角φ,绘制T-φ扭转曲线图，一般扭至断裂，以便测定金属材料的各项扭转力学性能指标。
圆柱形试样的扭转试验具有以下的特点：(1)用圆柱形试样进行扭转时，从试验开始直至破断，在试样的整个工作长度上塑性变形都是均匀的，试样仍保持圆柱形，横截面的大小、形状及试样工作长度几乎保持不变，没有缩颈现象。
因此，可以用扭转试验精确地测定高塑性金属材料的应力-应变关系。
(2)剪切试验只能测定材料的抗剪强度，对于高塑性材料，由于常伴随着弯曲变形而不能得到正确的结果，扭转试验则能较全面地了解材料在切应力作用下的行为。
(3)扭转应力状态较拉伸软(α=0.8)，可以使低塑性材料处于韧性状态测定它们的强度和塑性。
(4)由材料力学可知，圆柱形试样在扭转试验时，试样表面的应力状态如图4-1所示，最大切应力和正应力绝对值相等，夹角成45°。
因此，扭转试验可以明显地区别材料的断裂方式：正断或切断。
这一点其他试验不能与之相比。
(5)扭转试验时，试样横截面上沿直径方向切应力和切应变的分布是不均匀的，试样表面的切应力和切应变最大。
因此，扭转试验可以灵敏地反映材料的表面缺陷。
第一节金属材料扭转时的力学性质一、扭转时切应变材料力学假设扭转时圆柱体的变形：(1)所有纵向素线都倾斜了同一角度α，圆柱体上所有矩形格子扭歪成相似平行四边形；(2)所有圆周线都围绕轴线转了一定的角度φ，而圆周线形状、长短及两圆周线间距离都未改变。
由材料力学可知：半径为r(mm)的圆柱体，在距离圆柱体轴线为ρ的一层薄壁圆筒上任一点处的切应变：dx d /ϕργρ= ()r ≤≤ρ0即：圆柱体横截面上任一点扭转时的切应变ργ与该点到轴线的距离ρ成正比，圆柱体表面的切应变最大。
金属材料的扭转实验报告
金属材料的扭转实验报告金属材料的扭转实验报告引言金属材料是工程领域中广泛应用的一类材料，其力学性能对于工程设计和材料选择具有重要的意义。
本实验旨在通过扭转实验来研究金属材料的力学行为和材料性能，为工程实践提供参考。
一、实验目的本实验的主要目的是通过扭转实验，研究金属材料在扭转加载下的力学行为和材料性能，包括材料的刚度、强度、塑性变形等方面的特性。
二、实验原理扭转实验是通过施加扭矩来加载金属材料，使其发生扭转变形。
扭转实验中，材料受到的扭矩与扭角之间的关系可以用扭转弹性模量和剪切应力来描述。
扭转弹性模量是材料在弹性阶段扭转变形时的比例系数，剪切应力则是材料受到的扭矩与截面积之比。
三、实验步骤1. 准备工作：选择一块金属样品，将其加工成圆柱形，并测量其长度和直径，计算出截面积。
2. 搭建实验装置：将金属样品固定在扭转试验机上，确保其能够自由扭转。
3. 施加加载：通过扭矩传感器施加扭矩，同时记录下扭矩和扭角的变化。
4. 数据处理：根据实验数据计算出扭转弹性模量和剪切应力，并绘制相应的应力-应变曲线。
四、实验结果与讨论通过实验得到的数据可以得出金属材料的扭转弹性模量和剪切应力。
扭转弹性模量是材料在弹性阶段扭转变形时的比例系数，可以反映材料的刚度。
剪切应力则是材料受到的扭矩与截面积之比，可以反映材料的强度。
根据实验结果，我们可以观察到金属材料在扭转加载下的力学行为。
在加载初期，材料的扭转弹性模量较高，表现出较大的刚度，扭转变形较小。
随着加载的增加，材料逐渐进入塑性变形阶段，扭转弹性模量下降，塑性变形增加。
当达到一定扭矩时，材料会发生破坏，出现断裂现象。
五、结论通过本实验，我们研究了金属材料在扭转加载下的力学行为和材料性能。
实验结果表明，金属材料在扭转加载下具有一定的刚度和强度，同时也具有一定的塑性变形能力。
这些性能对于工程设计和材料选择具有重要的意义。
六、实验总结本实验通过扭转实验研究了金属材料的力学行为和材料性能，为工程实践提供了参考。
材料力学第3章 扭转幻灯片PPT
第3章 扭 转 图3-4
第3章 扭 转 例3-1 传动轴〔见图3-5(a)〕的转速n=300r/min，主动轮 为A，输入功率PA=50kW，两个从动轮为B、C，其中B轮输 出功率PB=30kW。试作轴的扭矩图。 解 (1〕扭力偶矩计算。A轮为主动轮，故MA的方向与 轴的转向一致；而作用在从动轮B、C上的扭力偶矩MB、 MC的方向与轴的转向相反。MA、MB的大小分别为
第3章 扭 转
图3-6
第3章 扭 转
由于圆筒两横截面间的距离不变，故横截面上没有正应 力；圆筒的半径不变，故在通过轴线的纵向截面上亦无正应 力。在变形过程中，相邻横截面p-p与q-q发生相对错动，矩 形变成了平行四边形，这种变形称为剪切变形。纵向线倾斜 的角度γ是矩形方格变形前后直角的改变量，即为切应变 〔见图3-6(e)〕，故横截面上只有切应力，它组成与扭力偶 矩平衡的内力系。由于筒壁很薄，可认为切应力沿壁厚均匀 分布〔见图3-6(c)〕，q-q 截面上切应力组成的内力是横截 面的扭矩T，由q-q截面以左局部圆3
第3章 扭 转
3.2 扭力偶矩、扭矩与扭矩图
1.扭力偶矩的计算
在工程实际中，可以根据力偶与力矩的理论，计算轴承
受的扭力偶矩。对于传动轴等构件，往往只给出轴所传递的
功率和转速，可利用动力学知识，根据功率、转速和扭力偶
矩之间的关系
P=Meω
求出作用在轴上的扭力偶矩为
MeN?m9549nPr/kmwin
（3-1）
第3章 扭 转
2.扭矩与扭矩图 为了计算圆轴的应力和变形，首先要分析其横截面上 的内力。如图3-4(a)所示圆轴，承受外力偶矩Me作用，现用 截面法分析任意横截面n-n上的内力。在n-n截面处假想地将 圆轴截开，取其左段为研究对象，作用在轴左段上的外力 偶矩为Me，由平衡理论可知，作用在n-n截面上分布内力系 的合成结果必为一力偶，而且该力偶的作用面在横截面内。 将作用于横截面的内力偶矩称为该截面的扭矩，用T来表示 〔见图3-4(b)〕。由轴左段平衡条件
金属材料扭转实验
金属材料扭转实验在实际工程机械中，有很多传动是在扭转情况下工作。
设计扭转轴所用的许用剪应力，是根据材料在扭转破坏试验时，所测出的扭转剪切屈服极限τS 或剪切强度极限τb 而求得的。
在扭转试验时，即使韧性极好的金属也能在扭转时发生断裂，由于扭转断裂后外形无明显变化，从而可以精确地计算应力和应变情况。
一、实验目的1． 测定低碳钢的剪切屈服极限τs ，剪切强度及极限τb 。
2． 测定铸铁的剪切强度极限τb 。
3． 比较低碳钢和铸铁在扭转时的变形和破坏特征。
二、实验设备ND-500C 扭转试验三、实验原理1． 试件：根据国家标准，一般采用圆截面试件，标距mm 100=L ，标距部分直径mm 10=d 。
如图2-6所示。
图2-62． 实验原理：材料的扭转破坏过程可用扭转曲线即T -ϕ曲线来描述。
T 表示施加在试件上的扭距，ϕ表示试件的相对扭转角度。
现分别讨论低碳钢和铸铁扭转时力学性质，如图2-7所示。
图2-7图中起始直线段OA 表明试件在这阶段中的T 与ϕ成比例， 截面上的剪应力呈线性分布，如图 2-8（ａ）。
在 A 点处，T 与ϕ的比例关系开始破坏，此时截面周边上的剪应力达到了材料的剪切屈服极限s τ，相应的扭矩记为P T 。
由于这时截面内部的剪应力尚小于s τ，故试件仍具有承载能力，T -ϕ曲线呈继续上升的趋势。
扭矩超过P T 后，截面上的剪应力分布发生变化，如图2-8（ｂ）。
在截面上出现了一个环状塑性区，并随着P T 的增长，塑性区逐步向中心扩展，T -ϕ曲线稍微上升，直到B 点趋于平坦，截面上各点材料完全达到屈服。
试件整体屈服后, T -ϕ曲线上出现屈服平台。
根据国家试验标准规定,这时的示值为材料扭转屈服扭矩，记作S T 。
而剪切屈服极限s τ由下式表 tS S W T ⋅=43τ 其中163d W t π=是试件的抗扭截面系数。
P T T ≤时的剪应力分布 P S T T T >>时的剪应力分布 ST T =时的剪应力分布 图2-8 截面上剪应力分布图继续给试件加载，试件再继续变形，材料进一步强化。
金属材料的扭转实验
实 验 步 骤
03 测量试件直径（D=10mm）,标距（l=150mm）,百分表触头到试
件轴线的距离R=100mm,以及力臂长度L=200mm。
04 百分表调零。用手轻轻压砝码盘，使百分表指针能够转动且松开手
后，百分表指针能够回到原来位置，然后转动表盘使指针对准零。
05 挂砝码逐级加载（每个砝码质量为1Kg），采用3级加载，并记录
加载臂：L=200mm
2、机电百分表：量程：10mm，精度：0.01mm
实验项目名称二：低碳钢材料G值的测定
实验装置、试件（简图及原始尺寸）
转角仪标距 l=150mm
l=150mm
加载臂 L=200mm
1、 台架 3 2 1 5 4
2、转角仪 3、百分表 4、试件 5、砝码及托盘
圆轴直径D=10mm
G
M n L0 I p
实验按照等间隔分级加扭矩的方法进行，由扭角仪测得相应的扭转角增量，即可求得。
实验项目名称二：低碳钢材料G值的测定
01 02
把扭角仪夹具套在试件标距为的A、B两截面处，并拧紧 固定螺钉（实验室已安装好）。 将安装好扭角仪的试件一端安装在固定支座上，另一端安装在可转 动支座上，安装好加荷臂及百分表，安装时注意百分表套筒松紧是 否适度（过紧，不能与试件一起变形，过松，固定不住，实验室安 装好）。
实验项目名称一：金属材料的扭转实验
实验步骤——SmartTest操作部分
第 一 步 ： 打 开 Smart Test 菜单栏 状态栏
扭距、扭角 显示板
主 界 面
曲线板
控制板
实验项目名称一：金属材料的扭转实验
实验步骤——SmartTest操作部分
录第 入二 试步 件： 信打 息开 数 据 板 ， 点 击 “ ” 摁 钮 ，
金属材料扭转实验
9 操作面板
2 导轨 1 机座 3 溜板
操作面板 9 放大为图 4.5，面板上按钮 12 控制实验机的正、反加载和停
车。加载速度分 0～36°/min 和 0～360°min 两档，由转速选择开关 13 选
择，多圈电位器 14 调节。
17 记录开关
16 电流表
15 加载速度表 13 转速选择开关
图 4.5
b)手动检测状态试验时，任意检测点的确认键。 （2）操作（见附图）
设置 总清 打印
7
8
9
时钟
4
5
6
查询
1
2
3
校准
0
补偿 确认 复位
操作面板图
（3）自动检测： a)打开电源开关（电器机箱上的空气开关），试验机进入测试状态，此时
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试验扭矩 和位移均自动清零；将机器预热 20 分钟； b)将试样安装在两夹头间，塞入夹块，把内六角螺钉拧紧； c)根据被动夹头的受力方向选择旋向（被动夹头顺时针受力为正向，逆
2 最大显示扭矩（Nm）
3 扭矩最小读数值（Nm）
4 扭矩精确测量范围（Nm）
5 扭转角最大讯数值（°）
6 扭转角最小读数值（°）
7 扭矩示值相对误差
8 扭矩示值重复性相对误差
9 零点相对误差
10 试样直径（㎜）
表 4.3
规格、参数及指标 NJS-01 150 0.06 20—100 99999.9 0.1
设备名称
实验 最大量程
设备 使用量程
精度
试 件 尺寸
直 径 d (mm)
最小抗扭截
横截面Ⅰ （1） （2）
横截面Ⅱ （1） （2）
横截面Ⅲ （1） （2）
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横截面剪断
二、实验原理——低碳钢的扭转断口分析
2
=450
1
1 2
对于低碳钢 ：
圆形截面纯剪应力状态
b b b
沿横截面剪断的
二、实验原理——铸铁扭转
Mb b＝ 根据弹性应力计算公式： Wn
横截面应力分布 铸铁扭转的扭矩—扭转角曲线
四、实验步骤
夹持段
4.1 试样原始尺寸测量并记录
上
在试样工作段的上中下三个截 面量取直径，每个截面垂直方向各 量一次，计算时取最小截面计算最 小抗扭截面模量。
Wn
3 d0
四、实验步骤
4.2 打开试验机和电脑电源
4.3 打开测试程序 4.4 安装待测试件 4.5 选择相应的测试方法 4.6 实验开始，并观察实验现象，直至试件破坏
二、实验原理——低碳钢的扭转
低碳钢扭转的扭矩—扭转角曲线
二、实验原理——低碳钢的扭转
G
Mn r I
max
Mn<Mp时的剪应力分布
Mn Wn
低碳钢扭转的扭矩—扭转角曲线
二、实验原理——低碳钢的扭转
根据塑性理 论τS可按下列近 似公式计算：
3 MS S＝ 4 Wn
实验3.2 金属材料的扭转实验
上海理工大学 机械工程学院 136室 主讲教师：
一、实验目的
– – – – – 观察并比较低碳钢（Q235）与铸铁（HT150）扭转实验现象 测定低碳钢的剪切屈服极限s和剪切强度极限b 测定铸铁的剪切强度极限 b 掌握CTT1103型扭转试验机的工作原理和操作规程 熟悉《GB/T 10128-2007 金属材料 室温扭转试验方法》
表1 性能结果数值修约间隔
扭转性能 G
结果
————
修约到
100MPa 1MPa 5MPa 10MPa 0.5%
≤200MPa
τS
、
τb
200~1000MPa >1000MPa ————
γmax
六、思考题 （P4 第1、2题）
第1题， 比较低碳钢和铸铁破坏后的断口形式， 并解释其破坏原因。 第2题， 根据拉伸、压缩和扭转三种试验结果， 综合分析低碳钢和铸铁的机械性能。 （从强度和刚度两方面综合分析）
七、下次实验预习重点
实验3.4 桥路变换实验
（机械工程学院324室）
1.附录3D
电阻应变仪的电测原理
2. 什么是等强度梁 ？
3. 应变片形式和种类及其工作原理
4.7 实验结束后取下破坏后的被测试件
（请参考过塑文件《实验3.2操作步骤》）
五、实验数据处理分析（见实验报告P3~4）
从强度、刚度、断口形状三方面来分析：
材料 低碳钢 铸铁
Ms (N· m)
Mb (N· m)
Φ ( °)
τS (MPa)
τb (MPa)
绿色部分的数据直接从测试软件上读取
五、实验数据处理分析（见实验报告P3~4）
二、实验原理——铸铁扭转断口形成
45°螺旋面断裂
二、实验原理——铸铁扭转断口分析
1 2
对于铸铁 ：
b b b
圆形截面纯剪应力状态 沿45°螺旋面拉断 （沿着与σ1呈正交的方向 拉断）
三、实验仪器和试件——仪器
– CTT1103型电子扭转试验机 – 游标卡尺
Mp<Mn<Ms时的剪应力分布
低碳钢扭转的扭矩—扭转角曲线
二、实验原理——低碳钢的扭转
低碳钢扭转的扭矩—扭转角曲线
二、实验原理——低碳钢的扭转
Mn=Mb时的剪应力分布 低碳钢扭转的扭矩—扭转角曲线
3 Mb 根据塑性理论τ 可按近似公式计算： b＝ 4 Wn
b
二、实验原理——低碳钢的扭转断口形成