材料在扭转时力学性能测定实验
扭转实验报告实验目的
一、实验目的1. 理解扭转实验的基本原理和实验方法；2. 掌握扭转实验的操作步骤和数据处理方法；3. 分析不同材料的扭转性能，了解其力学特性；4. 比较不同实验条件下的扭转性能，探讨影响因素；5. 培养学生的实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理扭转实验是力学实验中的一种基本实验，用于研究材料在扭转应力作用下的力学性能。
扭转实验的原理是：当材料受到扭转力矩的作用时，材料内部的应力分布会发生变化，从而产生剪切应力。
通过测量材料的扭转角度、扭矩和扭转刚度等参数，可以分析材料的扭转性能。
扭转实验的基本原理如下：（1）扭转应力分布：在扭转应力作用下，材料内部的应力分布呈环状，即剪切应力τ沿半径r的变化规律为τ=τ0(1-3cosθ/r)，其中τ0为最大剪切应力，θ为扭转角度，r为半径。
（2）扭矩与扭转角度的关系：在扭转实验中，扭矩M与扭转角度θ之间存在如下关系：M=2πTθ，其中T为扭转刚度，表示材料抵抗扭转变形的能力。
（3）扭转刚度：扭转刚度T是衡量材料扭转性能的重要参数，其计算公式为T=GI/P，其中G为剪切模量，I为截面惯性矩，P为扭矩。
三、实验方法1. 实验材料：选择具有代表性的材料，如钢、铝、塑料等。
2. 实验设备：扭转试验机、电子秤、游标卡尺、量角器等。
3. 实验步骤：（1）准备实验材料：根据实验要求，截取一定长度的材料，确保材料尺寸满足实验要求。
（2）安装实验设备：将扭转试验机、电子秤、游标卡尺、量角器等设备安装调试到位。
（3）测量材料尺寸：使用游标卡尺测量材料的直径、长度等尺寸，并记录数据。
（4）施加扭矩：将材料固定在扭转试验机上，逐步施加扭矩，记录扭矩值。
（5）测量扭转角度：在施加扭矩的过程中，使用量角器测量材料的扭转角度，并记录数据。
（6）数据处理：根据实验数据，计算材料的扭转刚度、最大剪切应力等参数。
四、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，得到了不同材料的扭转刚度、最大剪切应力等参数。
材料力学实验报告扭转实验
材料力学实验报告扭转实验一、实验目的1、测定低碳钢和铸铁在扭转时的力学性能，包括扭转屈服极限、扭转强度极限等。
2、观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象，分析其破坏形式和原因。
3、熟悉扭转试验机的工作原理和操作方法。
二、实验设备1、扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理在扭转实验中，材料受到扭矩的作用，产生扭转变形。
扭矩与扭转角之间的关系可以通过试验机测量得到。
对于圆形截面的试件，其扭转时的应力分布为：表面最大切应力：＄＼tau_{max} ＝＼frac{T}｛W_p}＄其中，＄T$为扭矩，＄W_p$为抗扭截面系数，对于实心圆截面，＄W_p ＝＼frac{＼pi d^3}｛16}＄，＄d$为试件的直径。
当材料达到屈服极限时，对应的扭矩为屈服扭矩$T_s$；当材料断裂时，对应的扭矩为极限扭矩$T_b$。
四、实验材料本次实验采用低碳钢和铸铁两种材料的圆柱形试件，其尺寸如下：低碳钢试件：直径$d_1 ＝ 10mm$，标距$L_1 ＝ 100mm$铸铁试件：直径$d_2 ＝ 10mm$，标距$L_2 ＝ 100mm$五、实验步骤1、测量试件的直径，在不同位置测量多次，取平均值。
2、安装试件，确保其中心线与试验机的轴线重合。
3、启动试验机，缓慢加载，观察扭矩和扭转角的变化。
4、当低碳钢试件出现屈服现象时，记录屈服扭矩$T_s$。
5、继续加载，直至试件断裂，记录极限扭矩$T_b$。
6、取下试件，观察其破坏形式。
六、实验结果及分析1、低碳钢试件屈服扭矩$T_s ＝ 45 N·m$极限扭矩$T_b ＝ 68 N·m$计算屈服应力：＄＼tau_s ＝＼frac{T_s}｛W_p} ＝＼frac{45×16}｛＼pi×10^3} ≈ 226 MPa$计算强度极限：＄＼tau_b ＝＼frac{T_b}｛W_p} ＝＼frac{68×16}｛＼pi×10^3} ≈ 358 MPa$低碳钢试件在扭转过程中，首先发生屈服，表现为沿横截面产生明显的塑性变形，形成屈服线。
4 实验四金属材料扭转实验
4 实验四金属材料扭转实验
一、实验目的
研究实验材料进行扭转变形后其力学性能。
二、实验原理
扭转变形是指在无限长假想杆材料横截面仅施加弯曲力的完全变形，其中应力均匀分
布于断面，杆材料的截面形状由圆形变成椭圆形。
三、实验环境
良好的室内环境，无电磁干扰，无固体颗粒，提供适当的实验操作场所，如实验室、
实验台等。
四、实验内容
1. 收集相关实验物料：金属标样、变形设备、实验软件等。
2. 安装变形设备，调试设备，使金属标样处于位置稳定性状态；
3. 按照实验计划，在变形设备上，施加一定大小的拉力，观察金属标样形变情况；
4. 在实验软件中，记录金属标样变形、错断、最终变形等信息；
5.根据实验数据对实验结果进行测试，分析实验结果，计算实验结果的重要力学参数；
6. 总结本次实验；
五、实验结果
在实验过程中，金属标样的形状出现变形，横截面形状由圆形变成椭圆形。
另外，通
过计算，可以得出实验材料的断裂应力为450MPa，变形能为385J，变形塑性指数为0.87。
材料力学扭转实验报告
材料力学扭转实验报告材料力学扭转实验报告引言材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的学科，扭转实验是其中的重要实验之一。
本报告旨在介绍材料力学扭转实验的原理、方法、实验装置以及实验结果的分析与讨论。
实验原理扭转实验是通过施加一个力矩来引起材料的扭转变形，从而研究材料的力学性能。
在扭转实验中，材料会发生剪切应变，而剪切应力与剪切应变之间的关系可以通过剪切模量来描述。
剪切模量是材料的一项重要力学参数，它反映了材料抵抗剪切变形的能力。
实验方法本次实验采用了经典的圆柱体扭转实验方法。
首先，选择一根具有一定长度的圆柱体样品，将其固定在扭转实验机上。
然后，通过扭转实验机施加一个力矩，使样品发生扭转变形。
同时，通过测量扭转角度和施加力矩的大小，可以得到材料的剪切模量。
实验装置本次实验所用的扭转实验装置包括扭转实验机、样品夹具、测量仪器等。
扭转实验机是用来施加力矩的设备，样品夹具用于固定样品，并保证其能够自由扭转。
测量仪器包括扭转角度测量仪和力矩测量仪，用于测量样品的扭转角度和施加的力矩。
实验结果分析与讨论通过实验测量得到的扭转角度和施加的力矩数据可以用来计算材料的剪切模量。
根据材料力学的理论知识，剪切模量可以通过以下公式计算：G = (L * T) / (J * θ)其中，G表示剪切模量，L表示样品的长度，T表示施加的力矩，J表示样品的截面转动惯量，θ表示样品的扭转角度。
通过对实验数据的处理和计算，可以得到材料的剪切模量。
进一步地，可以通过对不同材料进行扭转实验，比较其剪切模量的大小，从而分析不同材料的力学性能。
结论通过本次材料力学扭转实验，我们了解了扭转实验的原理和方法，并通过实验装置和测量仪器进行了实验。
通过对实验数据的分析和计算，我们得到了材料的剪切模量，并通过比较不同材料的剪切模量，进一步了解了材料的力学性能。
这对于我们深入了解材料的性质和应用具有重要意义。
总结材料力学扭转实验是研究材料力学性能的重要实验之一。
材料力学扭转实验报告
材料力学扭转实验报告1. 实验目的。
本实验旨在通过材料力学扭转实验，探究材料在受力情况下的扭转性能，了解材料的力学特性和扭转变形规律，为工程应用提供理论依据。
2. 实验原理。
材料在受到扭转力矩作用下，会产生扭转变形。
根据弹性力学理论，扭转角度与扭转力矩成正比，而与材料长度和材料性质有关。
材料的扭转刚度可用扭转角度与扭转力矩的比值来表示，即扭转角度和扭转力矩的比值为材料的剪切模量G。
3. 实验装置。
本实验采用材料力学扭转实验机进行测试，实验机由电机、扭转传感器、数据采集系统等部分组成。
在实验中，通过控制电机输出的扭转力矩和测量相应的扭转角度，可以得到材料的扭转刚度和剪切模量等参数。
4. 实验步骤。
（1）将待测试的材料样品装入扭转实验机夹具中，保证样品的两端固定。
（2）设置实验机的扭转力矩和扭转角度采集参数。
（3）启动实验机，施加不同的扭转力矩，记录相应的扭转角度。
（4）根据实验数据计算材料的扭转刚度和剪切模量。
5. 实验结果与分析。
通过实验数据处理和分析，得到了材料在不同扭转力矩下的扭转角度数据。
根据实验结果，可以绘制出材料的扭转曲线，进一步分析材料的扭转特性和力学性能。
6. 结论。
通过本次材料力学扭转实验，得到了材料的扭转刚度和剪切模量等重要参数，为了解材料的力学性能提供了重要参考。
同时，实验结果也为工程应用提供了理论基础，具有一定的实用价值。
7. 实验心得。
本次实验通过操作实验装置、处理实验数据等环节，对材料力学扭转实验有了更加深入的认识，增强了对材料力学知识的理解和应用能力。
综上所述，本次材料力学扭转实验取得了一定的成果，为深入研究材料的力学性能和工程应用提供了重要参考，具有一定的理论和实用价值。
实验三 扭转实验指导书
扭转实验指导书（试验三）实验三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、试验目的1、测定低碳钢材料的扭转时剪切屈服极限τs，剪切强度极限τb。
2、测定铸铁材料的扭转时剪切强度极限τb。
3、观察两种材料扭转时现象，断后断口情况，进行比较。
二、试验设备1、NJ—50B型扭转试验机2、游标卡尺三、扭转试样根据国家标准，扭转试样一般采用圆形截面试样，与拉伸试样相似。
不同的是两端加持部分被磨出两平行平面，以便装夹。
本次试验也用低碳钢与铸铁材料两种材料作为塑性材料和脆性材料的代表。
图3—1 扭转试样四、扭转试验机扭转试验机用于实施扭转试验以测定材料的抗扭力学性能。
本次扭转试验采用NJ-50B型扭转试验机。
见图3-2。
图2—3 NJ-50B型扭转试验机1、构造原理由加力装置和测力装置组成。
加力装置由机座及装于其导轨上的溜板和加力机构组成，溜板可沿导轨（即试样轴线方向）自由移动以保证试样只受扭矩而不受轴向力的作用，加力机构由直流电机经两级蜗杆传动减速后，驱动加力夹头转动从而对试样施加扭矩，加力夹头上安装有360°分度环以显示试样产生的扭角。
测力装置为游砣重力平衡式，来自加力夹头的扭矩T通过试样传给测力夹头，加头受力后经过传感器反映到测力表盘的指针上。
当需要变换测力量程时，转动量程选择旋钮。
2、扭转试验机操作规程1）试验前检查设备情况，加油润滑。
2）估算所测材料断裂时的最大扭矩，选择量程。
3）根据试样大小决定夹块的大小。
4）装夹试样：将试样一端夹入被动夹头，另一端夹入主动夹头。
5）主动针定在零点，将被动指针转至与主动指针重合。
6）选定主动夹头的转速，根据需要选好旋转方向。
扭转实验的实验报告
扭转实验的实验报告篇一：低碳钢和铸铁的扭转实验报告一、试验目的扭转试验报告1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs。
和剪切强度极限近似值τb。
2、测定铸铁的剪切强度极限τb。
3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、试验原理1、低碳钢试样对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-φ曲线（见图1）。
最初材料处于图1 低碳钢是扭转试验弹性状态，截面上应力线性分布，T-φ图直线上升。
到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs。
以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-φ图呈曲线上升。
至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。
这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。
再以后材料强化，T-φ图上升，至C点试样断裂。
在试验全过程中，试样直径不变。
断口是横截面（见图2a），这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。
图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状据屈服扭矩?s?3Ts （2-1）4Wp按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。
据最大扭矩Tb可得：?b?3Tb（2-2）4Wp按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。
说明：（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。
公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。
（2）国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。
II、铸铁试样铸铁的曲线如图3所示。
呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。
断裂面粗糙，是与轴线约成45°角的螺旋面（见图1-3-2b）。
这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。
据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。
金属扭转试验实验报告
一、实验目的1. 通过金属扭转试验，了解金属在扭转过程中的力学性能变化。
2. 测定金属材料的剪切屈服极限、剪切强度极限和切变模量。
3. 比较不同金属材料的扭转性能，分析其差异。
二、实验原理金属扭转试验是研究金属材料扭转性能的重要方法。
在扭转过程中，试样受到一对大小相等、方向相反的力矩作用，使试样产生扭转变形。
根据胡克定律和剪切应力与切变应力的关系，可以推导出金属材料的扭转力学性能指标。
三、实验设备与材料1. 实验设备：扭转试验机、游标卡尺、扭矩传感器、计算机等。
2. 实验材料：低碳钢、灰铸铁、铝等金属材料。
四、实验步骤1. 准备工作：检查实验设备是否完好，准备实验材料。
2. 试样制备：按照国家标准GB10128-2007《金属室温扭转试验方法》，制备圆形截面试样。
3. 试样测量：使用游标卡尺测量试样直径，计算试样抗扭截面系数。
4. 实验操作：a. 将试样安装在扭转试验机上，调整扭矩传感器，连接计算机。
b. 输入实验参数，如试样直径、材料类型等。
c. 启动实验，缓慢加载扭矩，观察试样变形情况。
d. 记录扭矩、扭转角等数据。
5. 实验结束：试样扭断后，取下试样，测量断口尺寸，计算剪切强度极限。
五、实验数据与处理1. 实验数据：记录扭矩、扭转角、试样直径、抗扭截面系数等数据。
2. 数据处理：a. 绘制扭矩-扭转角曲线，分析金属材料的扭转性能。
b. 计算剪切屈服极限、剪切强度极限和切变模量。
c. 比较不同金属材料的扭转性能，分析其差异。
六、实验结果与分析1. 实验结果：a. 低碳钢的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
b. 灰铸铁的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
c. 铝的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
2. 分析：a. 低碳钢的扭转性能较好，剪切屈服极限和剪切强度极限较高，切变模量较大。
金属材料扭转实验-实验指导
金属材料扭转实验扭转问题是工程中经常遇到的一类问题。
金属材料的室温扭转实验通过对试样（低碳钢和铸铁）施加扭矩，测量扭矩及其相应的扭角（一般扭至断裂），来测定一些材料的扭转力学性能指标。
国家标准GB/T 10128-2007《金属材料室温扭转试验方法》是本试验的依据。
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。
二、实验设备扭转试验机（介绍参看附录），游标卡尺。
扭转试样采用圆柱形试样，材料为低碳钢和铸铁。
三、实验原理使直杆发生扭转的外力，是一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴线的外力偶。
在这种外力偶作用下，杆表面的纵向线将变成螺旋线，即发生扭转变形。
当发生扭转的杆是等直圆杆时，杆的物性和横截面几何形状具有极对称性，杆的变形满足平面假设（横截面像刚性平面一样绕轴线转动），这是扭转问题中最简单的情况。
标准中定义了多种可测的扭转性能指标，表1列出了扭转破坏实验常用的几种指标的符号、名称和单位。
表1 符号、名称及单位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O点，截取OC（OC=2L eγp/d）段，过C点作弹性直线段的平行线CA交曲线于A点，A点对应的扭矩为所求扭矩T p ，见图1。
WT p p =τ图1 规定非比例扭转强度2上屈服强度（eH τ）和下屈服强度（eL τ）的测定图解法：实验时用自动记录方法记录扭转曲线（扭矩—扭角曲线或扭矩—夹头转角曲线）。
首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩；屈服阶段中不计初始瞬时效应的最小扭矩为下屈服扭矩，见图2。
按下式分别计算上屈服强度和下屈服强度。
W T eHeH =τ WT eLeL =τ图2 上、下屈服强度3 抗扭强度（m τ）的测定对试样连续施加扭矩，直至扭断。
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Tsu；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl，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= Tsl/W。
当试样扭断时，得到最大扭矩Tb，则其抗扭强度为τb= Tb/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Tb，则其抗扭强度为：τb= Tb/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？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？。
低碳钢和铸铁扭转实验报告
低碳钢和铸铁扭转实验报告一、实验目的1、观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象，比较它们的力学性能差异。
2、测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限，以及铸铁的抗扭强度。
3、熟悉扭转试验机的工作原理和操作方法。
二、实验设备1、扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转低碳钢属于塑性材料，在扭转过程中，其变形经历了弹性阶段、屈服阶段和强化阶段。
在弹性阶段，扭矩与扭转角呈线性关系，材料符合胡克定律。
当扭矩达到屈服扭矩时，试件表面出现沿横截面的滑移线，进入屈服阶段。
屈服阶段过后，材料进入强化阶段，变形继续增加，扭矩也随之增大，直至试件断裂。
2、铸铁扭转铸铁属于脆性材料，在扭转过程中，其变形很小，几乎没有明显的屈服阶段。
当扭矩达到一定值时，试件突然断裂。
四、实验步骤1、测量试件的直径，在不同位置测量多次，取平均值。
2、安装试件，确保试件与扭转试验机的夹头同轴。
3、启动扭转试验机，缓慢加载，观察试件的变形情况，并记录扭矩和扭转角的数据。
4、当低碳钢试件出现屈服现象时，记录屈服扭矩；当试件断裂时，记录最大扭矩。
5、对于铸铁试件，记录其断裂时的扭矩。
6、实验结束后，取下试件，观察其断口形状。
五、实验数据处理与分析1、低碳钢直径测量：测量低碳钢试件的三个不同位置的直径，分别为 d1 ＝1002mm，d2 ＝ 998mm，d3 ＝ 1000mm，平均值 d ＝（d1 ＋ d2 ＋ d3) ／ 3 ＝ 1000mm。
屈服扭矩 Ts ＝ 50 N·m最大扭矩 Tb ＝ 80 N·m根据公式计算剪切屈服极限τs 和剪切强度极限τb：τs ＝ Ts ／（πd³/16) ＝ 50×16 ／（π×10³) ≈ 251 MPaτb ＝ Tb ／（πd³/16) ＝ 80×16 ／（π×10³) ≈ 402 MPa2、铸铁直径测量：测量铸铁试件的三个不同位置的直径，分别为 d1 ＝1005mm，d2 ＝ 1003mm，d3 ＝ 1004mm，平均值 d ＝（d1 ＋ d2 ＋d3) ／ 3 ＝ 1004mm。
《材料力学》教实验四低碳钢和铸铁的扭转实验
实验四低碳钢和铸铁的扭转实验一、实验目的（1）测定低碳钢的剪切屈服极限τs，低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。
（2）观察低碳钢和铸铁扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异。
（3）了解扭转试验机的操作规程。
二、实验设备（1）NJ—50B型扭转试验机。
（2）游标卡尺。
三、实验原理及方法工程中经常遇到承受扭转作用的构件，特别是很多传动零件都在扭转条件下工作。
测定扭转条件下的力学性能，对零件等受扭的构件在设计计算和选材方面有重要的实际意义。
圆柱形试件在纯扭转时，试件表面应力状态如图4.1所示，其最大剪应力和正应力绝对值相等，夹角成45°，因此扭转实验可以明显地区分材料的断裂方式—拉断或剪断。
如果材料的抗剪强度低于抗拉强度，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，破坏面应是沿45°的方向。
图 4.1 圆轴扭转时的表面应力材料的扭转过程可用ϕM曲线来描述。
M为施加扭矩，ϕ为试样的相对扭转角。
图-4.2为两种典型材料（低碳钢和铸铁）的扭转曲线。
低碳钢扭转曲线的直线部分为弹性阶段,此时截面上的剪应力为线性分布，最大剪应力发生在横截面周边处，圆心处剪应力为零，如图4.3（a）所示。
低碳钢扭转时有明显的屈服阶段，但与拉伸实验相比，它的屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的，如图4.3（b）所示。
当横截面全部屈服后，试样才全面进入塑性，扭转曲线图上出现屈服平台，扭矩度盘上的指针几乎不再转动，甚至有微小的倒退现象。
这时，横截面上的剪应力不再成线性分布。
如认为这时整个圆截面皆为塑性区，如图4.3（c ）所示，则屈服极限近似为p s s W M 43=τ (4.1) 式中163d W p π=为抗扭截面模量。
图4.2 低碳钢和铸铁的扭转曲线图4.3 剪应力分布图过屈服阶段后，材料的强化使承载力又有缓慢的上升，，但变形非常明显，试样的纵向画线变成螺旋线，扭矩继续增加，直至破坏。
力学扭转实验报告范文
力学扭转实验报告范文实验名称：力学扭转实验实验目的：探究固体材料在扭力作用下的变形行为，并确定材料的剪切模量。
实验原理：当一个长为L，半径为R的圆柱形材料在一段两端固定的情况下受到一个负扭力M时，材料会发生扭转变形。
材料扭转时，材料内部各点受到的剪应力按照圆柱形的半径r和角度Φ分布，可以用以下公式表示：τ= (M * R) / (J * G)其中，τ为剪应力，M为扭力，R为材料半径，J为截面极角矩，G为剪切模量。
实验步骤：1. 将待测材料固定在扭转试验机上，并保证试样的光滑表面是跟扭转轴垂直的。
2. 设定扭转试验机施加的力矩M，并记录下实际施加的力矩值。
3. 测量试样的长度L和直径D，并计算出材料半径R。
4. 测量截面极角矩J，可以通过J = (π* R^4) / 2得到。
5. 根据公式τ= (M * R) / (J * G)，计算出剪应力τ。
6. 根据得到的剪应力τ和所施加的力矩M绘制应力-应变曲线。
实验结果：以下为实验结果的一个示例：实际施加的力矩M：2 Nm试样的长度L：0.3 m试样的直径D：0.02 m材料半径R：0.01 m截面极角矩J：8.18 x 10^-8 m^4根据公式τ= (M * R) / (J * G)，我们可以计算出材料的剪切模量G。
假设材料的剪切模量为G，可以得到以下计算过程：τ= (M * R) / (J * G)G = (M * R) / (J * τ)假设剪应力τ为1 MPa，则可以计算出剪切模量G：G = (2 Nm * 0.01 m) / (8.18 x 10^-8 m^4 * 1 x 10^6 Pa)G ≈24.4 GPa实验讨论与结论：通过实验测得的剪应力-剪应变曲线，我们可以得到固体材料在扭力作用下的变形特性。
根据实验结果计算得到的剪切模量为24.4 GPa，该数值可以用来描述材料对扭转变形的抵抗能力。
实验中使用的材料在扭转过程中表现出了一定的刚性，并且在弹性阶段能够回复原状。
扭弯组合实验报告
扭弯组合实验报告实验目的：通过本实验，我们旨在研究材料的力学性能，具体而言，是探究扭转力与材料大小、形状、杆长和直径等因素之间的关系。
实验原理：扭转实验是一种用来测量某种物质的弹性模量的实验，它将一条杆的一个端点固定住，将另一个端点扭转一个角度，然后在一段杆的长度上测量所需要的力。
扭矩是对物体转动的力。
在扭曲实验中，扭矩是以牛顿米（Nm）为单位测量的。
扭矩与角度的比率是切应变角。
弹性定律的左面说道了应力和应变之间的关系，右面说道了所需要的力。
应变是一个测量物的形状和大小的参数。
当杆被扭曲时，长度会改变，因此测量的应变是纵向和横向的。
实验器材：1. 扭转机；2. 扳手；3. 线尺。
实验步骤：1. 将杆装在扭转机上；2. 测量杆的长度以及直径；3. 扭转杆的一个端点至一定角度；4. 使用扳手测量所需的力；5. 推导出应变角和扭矩之间的关系；6. 记录数据；7. 重复测量多次，以获取更准确的结果；8. 对数据进行处理和分析，以得出所寻求的关系。
实验结果：我们首先测量了杆的长度和直径，并将其记录在下表中。
我们重复了五次扭转实验，并记录了每次实验中所需要的力和扭转角度。
我们在每次实验之后计算应变角和扭矩之间的关系，因为弹性定律在扭曲实验中的适用性与应变角和扭矩之间的关系有关。
我们从实验数据中得出以下结论：1. 我们发现，直径较大的杆在被扭曲时需要更大的力。
这可能是因为较大的直径提供了更多的横截面积，从而在扭曲时能够抵抗更大的力；2. 我们还发现，杆长也与所需的力成正比。
这表明，在较长的杆中，要在所有点上恢复内应力需要更大的力量，导致它需要更多的力才能被扭曲；3. 我们还发现，扭曲角度与所需的力成正比。
这是因为更大的扭曲角度意味着更大的角位移，从而需要更大的力才能扭曲杆。
结论：通过本实验，我们发现，所需的力取决于材料的直径、长度和所扭曲的角度。
具体而言，较大的直径和较长的杆需要更多的力，而更大的扭曲角度也需要更多的力。
扭转实验报告材料力
扭转实验报告材料力实验题目：扭转实验实验目的：1. 了解扭转实验的原理和方法；2. 掌握扭转实验的操作技巧；3. 学会分析实验数据，得出相应的结论。
实验原理：扭转实验是通过施加力矩来产生扭转变形，通过测量扭转角度和应力来分析材料的力学性质。
在实验中，将试样置于扭转装置中，通过扭转装置施加力矩，使试样发生扭转变形。
通过测量扭转角度和应力，可以得到材料的切应力与转角之间的关系。
实验步骤：1. 准备实验装置：将试样装置固定在扭转装置上，调整装置使试样水平放置，确保扭转装置的稳定；2. 测量试样尺寸：使用游标卡尺等工具测量试样的直径、长度等尺寸参数，以便后续计算；3. 施加力矩：通过手动或电动装置施加力矩，使试样产生扭转变形；4. 测量扭转角度：使用微量计或角度测量仪器，测量试样的扭转角度；5. 测量应力：使用应力计等设备测量试样上的应力；6. 记录数据并计算：记录实验数据，根据实验公式计算切应力和扭转角度的关系；7. 分析数据：根据实验所得数据，绘制切应力与转角的曲线图，并从中分析材料的力学性质。
实验结果与讨论：通过实验测量得到的数据，我们可以根据实验公式计算切应力与转角的关系。
绘制切应力-转角曲线图后，可以观察到材料的力学性质。
根据实验结果，我们可以得到以下结论：1. 在材料处于线性弹性阶段时，切应力与转角呈线性关系；2. 当材料处于屈服点之后，切应力与转角之间的关系不再是线性关系，材料开始出现塑性变形；3. 材料的硬度可以通过切应力-转角曲线中的斜率来确定；4. 材料的韧性可以通过切应力-转角曲线中的面积来确定，面积越大，材料的韧性越好。
结论：通过扭转实验，我们可以分析材料的力学性质，如弹性、硬度和韧性等。
实验中需要注意操作细节，如保证试样的水平放置、测量精度等，以获得准确的实验数据。
通过对实验结果的分析，可以得到对材料力学性质的判断和评价。
扭转实验是一种有效的实验方法，对于研究材料的力学性质具有重要的作用。
材料力学扭转实验实验报告-推荐下载
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.确定低碳钢试样的剪切屈服极限s τ、剪切强度极限b τ。
3.确定铸铁试样的剪切强度极限b τ。
4.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。
（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。
参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。
）四．实验步骤1.a 低碳钢实验（华龙试验机）（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径0d 。
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S M 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b M 。
从夹头上取下试样。
（5）观察试样断裂后的形状。
1.b 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0d 。
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“试验机测控仪”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（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、夹头间转角、切应变1、切应变2、试验时间的零点；选择“实验方案1”；用鼠标“新建”，在下拉菜单中，依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“塑性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后，点击“确定”；鼠标点“开始”键，就给试样施加扭矩了；在加载过程中，M的变化，并记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，注意观察试样屈服时扭矩S试样突然断裂，后按下“停止”键，使试验机停止转动。
金属材料扭转实验
金属材料扭转实验金属材料扭转实验是一种常见的金属材料力学性能测试方法，通过对金属材料进行扭转加载，来研究其在扭转载荷下的变形和破坏性能。
本文将从实验原理、实验步骤和实验数据分析三个方面介绍金属材料扭转实验的相关内容。
一、实验原理。
金属材料扭转实验是利用外力对金属样品进行扭转加载，通过观察其变形和破坏情况来研究金属材料的力学性能。
在扭转加载过程中，金属样品会发生弹性变形和塑性变形，最终达到破坏状态。
通过实验可以得到金属材料在扭转载荷下的应力-应变曲线，进而分析其力学性能。
二、实验步骤。
1. 准备工作，选择合适的金属样品，对其进行表面处理和尺寸加工，确保样品表面光滑，尺寸精确。
2. 安装样品，将金属样品固定在扭转实验机上，保证样品的轴线与扭转加载轴线重合。
3. 调整参数，根据实验要求，设置扭转实验机的加载速度、加载范围和采样频率等参数。
4. 进行实验，启动扭转实验机，对金属样品施加扭转载荷，记录载荷-位移曲线和载荷-时间曲线。
5. 数据处理，根据实验数据，绘制应力-应变曲线，分析金属样品的力学性能。
三、实验数据分析。
通过对金属材料扭转实验的数据分析，可以得到金属样品在扭转载荷下的应力-应变曲线。
根据应力-应变曲线，可以得到金属样品的屈服强度、抗拉强度、延伸率等力学性能指标。
同时，还可以观察金属样品的变形和破坏情况，分析其力学性能表现。
在实验数据分析过程中，需要注意对数据的准确性和可靠性进行评估，排除实验误差对结果的影响。
同时，还需要将实验结果与金属材料的实际工程应用进行比较，评估其在实际工程中的性能表现。
综上所述，金属材料扭转实验是一种重要的力学性能测试方法，通过对金属样品进行扭转加载，可以得到其在扭转载荷下的力学性能指标和变形破坏情况。
通过实验原理、实验步骤和实验数据分析的介绍，相信读者对金属材料扭转实验有了更深入的了解，对相关领域的研究和应用具有一定的参考价值。
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
- 12 -
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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材料在扭转时力学性能测定实验
在机械工程中，许多传动零件都是在扭转受力条件下工作的。
测定材料在扭转时的力学性能，对轴类零件的设计计算和选材具有实际意义。
一、预习要求
1、推导测量低碳钢剪切屈服极限计算公式：；
2、简述测量低碳钢剪切弹性模量G的原理和步骤。
二、实验目的
1、测定低碳钢的剪切弹性模量G，验证扭转变形公式。
2、测定低碳钢的剪切屈服极限、低碳钢和铸铁的剪切强度极限。
3、比较低碳钢和铸铁扭转变形和破坏规律。
三、实验设备及试样
1、扭转试验机。
2、扭转测G仪或扭角仪。
3、游标卡尺。
4、试样。
扭转试样一般为圆截面（图1）。
安装扭角仪的A、B两截面的距离l0称为标距。
实验前在低碳钢试样表面画上两条纵向线和两圈圆周线，以便观察扭转变形。
四、实验原理及方法
无论是验证扭转变形公式还是测定剪切弹性模量G，都需要准确测量试样的扭转角。
扭转角的测量通常用扭角仪。
扭角仪的构造原理及安装示意图如图2所示。
扭角仪安装在试样A、B两截面上后，用定位螺钉旋紧，同时通过A处联结的推杆顶住B处联结的百分表顶尖，使百分表有一定的预位移。
当试样扭转变形时，若百分表指示的顶尖处位移为δ，则根据图2b可得，A、B两截面间扭转角为 。
在剪切比例极限范围内，圆轴扭转变形公式为 。
式中T为扭矩，它等于
扭转试验机加于试样上的扭转外力偶矩；IP为圆截面的极惯性矩。
可见扭矩T与扭转角
φ成正比。
实验时，测定不同的扭转角φ和对应的扭矩T，即可验证两者是否存在线性关系。
1、剪切弹性模量G的测定
用低碳钢试样进行试验时，取初扭矩T0，在比例极限内的最大试验扭矩为Tn，从
T0到Tn分成n级加载，每级扭矩增量为ΔT，如图3所示。
与ΔT相对应的扭转角增量为Δφ。
则由上述扭转角计算公式可变为求解G的公式
若取n次加载获得的Δφ的平均值Δφm
取代前式中的Δφ，即可得试验测得的平均剪切弹性模量G。
为了提高测量精度，可以反复测量三遍取平均值。
实验时也可用专用于教学的NY-4扭转测G仪测定材料的剪切弹性模量G，其实验原理和过程与上述方法基本相同，加载方式为砝码加载，操作更简便。
2、低碳钢剪切屈服极限和剪切强度极限的测定
测定G值后，应先取下扭角仪，然后继续加载，以测定剪切屈服极限和剪切强度极限。
在加载的全过程中，可用机器的记录装置绘制T-φ曲线。
在剪切比例极限范
围内，T与φ成线性关系，横截面上剪应力沿半径线性分布（图4a）。
随着T的增大，横截面边缘上的切应力首先达到剪切屈服极限，进入屈服阶段，而且塑性区逐渐向圆
心扩展，形成环形塑性区（图4b），但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增大，T与φ的关系变为曲线，直到整个截面几乎都是塑性区（图4c），在T-φ曲线上出现屈服平台（图3），示力度盘的指针基本不动或轻微摆动，相应的扭矩为Ts。
此时整个截面为塑性区。
理论上Ts与关系为
或
由于在测量时，只有横截面上全部点进入塑性区时，我们才能观察到屈服现象（在T-φ曲线上出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或轻微摆动），因此测量时以此刻作为采集数据的依据，读出Ts。
过了屈服阶段后，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试样上实验前画的纵向线变为螺旋线。
直到扭矩达到极限值Tb，试样被扭断，断口沿横截面方向。
与Tb对应的剪切强度极限由下式计算
但是，为了使测定的指标具有可比性，根据国标GB10128-88规定，扭转时仍采用下面两式来计算屈服极限和强度极限。
这样计算出的结果比实际值要大一些。
和
3、铸铁剪切强度极限的测定
铸铁试样受扭时，变形很小即被扭断。
断口沿与横截面成450的受拉螺旋面方向。
其T-φ曲线图接近直线，剪切强度极限可按如下公式计算
表1 测量剪切弹性模量G数据记录表
第一级第二级第三级第四级第五级第六级载荷（Nm）扭角仪读数读数增量
材料名称直径d0（mm）抗扭截面模量Wt（mm3）屈服载荷PsL (Nm)破坏载荷Pb (Nm)位置一位置二位置三1 2均12均12均低碳钢铸铁-
五、实验报告
1、按表1和表2形式记录、处理实验数据。
2、实验结果计算应列出公式，写出步骤。
3、回答问题：试比较低碳钢和铸铁试样受扭时破坏现象并分析原因。
六、相关问题的分析讨论
1、破坏现象及断口截面位置
低碳钢和铸铁试样在断裂时的断口形式完全不同。
低碳钢试样的断口为横截面方向的平面断口（图5a），而铸铁试样的断口为约450方向的螺旋面（图5b）。
为什么会出现这样的现象呢？两种材料的性质有什么不同呢？
根据材料力学理论,扭转时圆试样上各点处于纯剪切应力状态,如图6所示。
若从试样表面任一点取单元体，其横截面方向具有最大切应力，而在±450方向存在最大正应力，其中最大拉应力恰好作用在铸铁扭转断裂破坏的斜截面上（图6b）。
可见，低碳钢试样的断口为横截面方向，可推断破坏是最大切应力引起，这也说明低碳钢（塑性材料）的抗剪能力低于抗拉能力；铸铁试样的断口为450方向的螺旋面方向，可推断破坏是最大拉应力引起的，说明铸铁（脆性材料）的抗拉能力低于抗压和抗剪能力。
由此我们也得出结论，材料在受力时，破坏现象与破坏原因密切相关，通过实验观察破坏现象可以为我们分析破坏原因，进而提出解释破坏原因的强度理论提供依据。
2、塑性变形对扭转应力及分布的影响
当低碳钢在弹性范围内发生扭转变形时，切应力和切应变的关系服从剪切虎克定律，保持线性关系。
此时扭矩T与扭转角有如下关系
若圆轴的标距长（或扭角仪A、B两截面距离）为l0，半径为R，则表面上任一点的切应变为
可见，变形在弹性范围内时，表面上的切应变与扭矩成线性关系。
横截面上各点切应变和切应力一样，也保持线性分布特点（图7a）。
当低碳钢表层进入塑性区后，假设材料是理想弹塑性的（即应力应变关系如图8），进入塑性区的部分切应力均等于τs，且设塑性区与弹性区交界面半径为r（参见图4b），根据内力T与应力τ的关系，有
其中，，。
此时，横截面上的切应变分布仍然是线性的，但切应力分布不再是线性的。
真实的分布情况如图7b所示。
当扭矩逐渐增大到截面几乎全部变为塑性区时，上式中r=0，即
可见，上式就是我们前面提到的剪切屈服极限的计算公式。