低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
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图 1.9 低碳钢转角扭矩曲线
机械技术基础实验中心
低碳钢试样的扭转
低碳钢试样受到扭转的整个过程中，扭转试验机上的自动绘
图器记录M 出n 的
关系曲线，如图1.9所示。当扭M矩P 在比例扭
矩
以内，材料完全处于弹性状态，OAM段P为一 直线，所以
与
成正比关系变化，试样横截面上的剪应力分布如图1.10(a)M所P示。当扭
b
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
机械技术基础实验中心
低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状及形成原因
由理论分析可知，被扭转的圆轴材料处于平面应力状态，沿纵、 横截面上产生切应力，而与轴线成45度角的斜截面上则只产生正应力。低碳 钢的抗拉能力比抗剪能力强，故从横截面切断，如图1.12(a)所示。而铸铁 的抗拉能力较抗剪能力弱，故沿45度的方向拉断，如图1.12(b)所示。
(力Mc)达n所到示后。随就着不扭再矩增继大续，增如大，图塑1 .性B1'区0 (不c断) 所向示内扩，
曲线稍微上升，到B点后至 点趋于水平，即材料M完S 全达到屈服，扭矩
不再增加，这时扭矩表盘(即测力表盘)上的指针出现暂时M停n 顿，MB点S 对
应的扭矩即为屈服扭矩
，此时塑性区已扩展s 到整个截面，横截面
低现碳停钢顿试时样，，记加录载屈时服要扭M缓矩s 慢 。
、连续，、直均到匀试，样不剪得断停，顿M立。b即当停测车力，表记盘录上M最的b 大指针扭
对铸铁试样，直接加载到试样破坏为止，记录最大扭矩
。
观察低碳钢、铸铁试样扭转破坏现象，并画出断口形状草图。
机械技术基础实验中心
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
”；此后十年间，航空事业获得较快发展。
筹办航空事宜
处
三、从驿传到邮政 1．邮政 (1)初办邮政： 1896年成立“大清邮政局”，此后又设 ， 邮传邮正传式部脱离海关。 (2)进一步发展：1913年，北洋政府宣布裁撤全部驿站； 1920年，中国首次参加 万国。邮联大会
2．电讯 (1)开端：1877年，福建巡抚在 架台设湾第一条电报线，成为中国自 办电报的开端。
上的切应力分布如图1.10(d)，即当
达到
时，横截面上各点
的剪应力大小均相同，且都为 ，所以由图1.10(e)得：
机械技术基础实验中心
Ms A ( S dA)
式中： s 常数,且dA 2d
图1.10 试样剪应力分布
机械技术基础实验中心
Mb
M S
R
S 2
在试样的表面上用有色笔画一轴向直线，以便观察变形及破坏情况。
将绘图纸安置在自动绘图器的圆筒上，并将扭转角指示器调整到0圈及0度。退 出滑动轴承测试软件，卸掉轴承上施加的外载荷，关闭实验台电源
为了便于观察和记录数据，建议：
加载之前一定要将扳紧手柄取下，以免扳紧手柄甩出发生人伤事故。
对 出 矩
二、水运与航空
1．水运 (1)1872年,
轮船正招式成商立局，标志着中国新式航运业的诞生。
(2)1900年前后，民间兴办的各种轮船航运公司近百家，几乎都是
在列强排挤中艰难求生。
2．航空
(1)起步：1918年，附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始
研制 。
(2)发展水：上1飞918机年，北洋政府在交通部下设“
来自百度文库（a）低碳钢
（b）铸铁
图1.12低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状
机械技术基础实验中心
实验步骤
沿试样轴向等间距测量三处的直径d，每处相隔90度各测一次并求平均值，以最
小平均直径作为计算直径。
选择测力表盘刻度(选择量程)，并挂上相应的摆锤，将指针对准“零”点。
试样一端的头部完全置于固定夹头中并夹紧，然后调整活动夹头的位置，使试 样另一端的头部完全置于其中并夹紧。注意，扭转过程中试样不能发生打滑。 缓慢加载到700N，切忌不要超过800N
矩增大到
时试样横截面周边上的切应力(最大切p 应力)为材料的比
例强度 ，如M图P1.10(b)所示。当扭矩超过
后，试样横截面上的
切应力分布发生了变化，首先是在截面周边处的材料发生了屈服(即流
动)，周边形成环形塑性区，此 s区内的切应力达到抗剪屈服强度 ，切
应力分布图如图1.10 展，塑性区的切应
0
d
2R 3
3
s
3 R3
42
s
3 4
Wn
s
s
3 4
Ms Wn
过了屈服阶段以后，由于材料的强化，又恢复了承载能力，但扭
矩增加很小，而变形(扭转角 )增长很快， 段近似一根直线，到达C
点时，试样被切断，此时扭矩表盘上的从动指针指示材料破坏时的最
大扭矩 Mb ，横截面上各点的切应力仍大小均相同，且都为 b，其分布
与图1.10(d)相似，所以
b
3 4
Mb Wn
。
机械技术基础实验中心
铸铁试样的扭转
铸铁试样从开始受扭转直到被破坏，其M n 关系曲线近似为一 条直线，如图1.11(a)所示。从图中可看出铸铁试样受扭转过程中变形
（扭转角 ）较小，且无屈服现象。试样破坏后记录其最大扭矩M b ，
横截面上的切应力分布如图1.11（b）所示，所以材料的抗剪强度b 应 按下式计算：
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[自读教材·填要点]
一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
3．发展 (1)原因： ①甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的 修。筑权 ②修路成为中国人 救的亡强图烈存愿望。 (2)成果：1909年 京建张成铁通路车；民国以后，各条商路修筑 权收归国有。 4．制约因素 政潮迭起，军阀混战，社会经济凋敝，铁路建设始终未入 正轨。
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
机械技术基础实验中心
实验设备
K-50、NJ-100B型扭转试验机 游标卡尺
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实验内容
对低碳钢进行扭转破坏，观察低碳钢扭转的现象，分析 断裂的原因
对铸铁进行扭转破坏，观察铸铁扭转的现象，分析断裂 的原因
机械技术基础实验中心
实验原理
圆轴受扭矩时，材料完全处于纯切应力状态，所以通常用扭转实验来研 究不同材料在纯切作用下的力学性能。
机械技术基础实验中心
低碳钢试样的扭转
低碳钢试样受到扭转的整个过程中，扭转试验机上的自动绘
图器记录M 出n 的
关系曲线，如图1.9所示。当扭M矩P 在比例扭
矩
以内，材料完全处于弹性状态，OAM段P为一 直线，所以
与
成正比关系变化，试样横截面上的剪应力分布如图1.10(a)M所P示。当扭
b
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
机械技术基础实验中心
低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状及形成原因
由理论分析可知，被扭转的圆轴材料处于平面应力状态，沿纵、 横截面上产生切应力，而与轴线成45度角的斜截面上则只产生正应力。低碳 钢的抗拉能力比抗剪能力强，故从横截面切断，如图1.12(a)所示。而铸铁 的抗拉能力较抗剪能力弱，故沿45度的方向拉断，如图1.12(b)所示。
(力Mc)达n所到示后。随就着不扭再矩增继大续，增如大，图塑1 .性B1'区0 (不c断) 所向示内扩，
曲线稍微上升，到B点后至 点趋于水平，即材料M完S 全达到屈服，扭矩
不再增加，这时扭矩表盘(即测力表盘)上的指针出现暂时M停n 顿，MB点S 对
应的扭矩即为屈服扭矩
，此时塑性区已扩展s 到整个截面，横截面
低现碳停钢顿试时样，，记加录载屈时服要扭M缓矩s 慢 。
、连续，、直均到匀试，样不剪得断停，顿M立。b即当停测车力，表记盘录上M最的b 大指针扭
对铸铁试样，直接加载到试样破坏为止，记录最大扭矩
。
观察低碳钢、铸铁试样扭转破坏现象，并画出断口形状草图。
机械技术基础实验中心
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
”；此后十年间，航空事业获得较快发展。
筹办航空事宜
处
三、从驿传到邮政 1．邮政 (1)初办邮政： 1896年成立“大清邮政局”，此后又设 ， 邮传邮正传式部脱离海关。 (2)进一步发展：1913年，北洋政府宣布裁撤全部驿站； 1920年，中国首次参加 万国。邮联大会
2．电讯 (1)开端：1877年，福建巡抚在 架台设湾第一条电报线，成为中国自 办电报的开端。
上的切应力分布如图1.10(d)，即当
达到
时，横截面上各点
的剪应力大小均相同，且都为 ，所以由图1.10(e)得：
机械技术基础实验中心
Ms A ( S dA)
式中： s 常数,且dA 2d
图1.10 试样剪应力分布
机械技术基础实验中心
Mb
M S
R
S 2
在试样的表面上用有色笔画一轴向直线，以便观察变形及破坏情况。
将绘图纸安置在自动绘图器的圆筒上，并将扭转角指示器调整到0圈及0度。退 出滑动轴承测试软件，卸掉轴承上施加的外载荷，关闭实验台电源
为了便于观察和记录数据，建议：
加载之前一定要将扳紧手柄取下，以免扳紧手柄甩出发生人伤事故。
对 出 矩
二、水运与航空
1．水运 (1)1872年,
轮船正招式成商立局，标志着中国新式航运业的诞生。
(2)1900年前后，民间兴办的各种轮船航运公司近百家，几乎都是
在列强排挤中艰难求生。
2．航空
(1)起步：1918年，附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始
研制 。
(2)发展水：上1飞918机年，北洋政府在交通部下设“
来自百度文库（a）低碳钢
（b）铸铁
图1.12低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状
机械技术基础实验中心
实验步骤
沿试样轴向等间距测量三处的直径d，每处相隔90度各测一次并求平均值，以最
小平均直径作为计算直径。
选择测力表盘刻度(选择量程)，并挂上相应的摆锤，将指针对准“零”点。
试样一端的头部完全置于固定夹头中并夹紧，然后调整活动夹头的位置，使试 样另一端的头部完全置于其中并夹紧。注意，扭转过程中试样不能发生打滑。 缓慢加载到700N，切忌不要超过800N
矩增大到
时试样横截面周边上的切应力(最大切p 应力)为材料的比
例强度 ，如M图P1.10(b)所示。当扭矩超过
后，试样横截面上的
切应力分布发生了变化，首先是在截面周边处的材料发生了屈服(即流
动)，周边形成环形塑性区，此 s区内的切应力达到抗剪屈服强度 ，切
应力分布图如图1.10 展，塑性区的切应
0
d
2R 3
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3 R3
42
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Wn
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过了屈服阶段以后，由于材料的强化，又恢复了承载能力，但扭
矩增加很小，而变形(扭转角 )增长很快， 段近似一根直线，到达C
点时，试样被切断，此时扭矩表盘上的从动指针指示材料破坏时的最
大扭矩 Mb ，横截面上各点的切应力仍大小均相同，且都为 b，其分布
与图1.10(d)相似，所以
b
3 4
Mb Wn
。
机械技术基础实验中心
铸铁试样的扭转
铸铁试样从开始受扭转直到被破坏，其M n 关系曲线近似为一 条直线，如图1.11(a)所示。从图中可看出铸铁试样受扭转过程中变形
（扭转角 ）较小，且无屈服现象。试样破坏后记录其最大扭矩M b ，
横截面上的切应力分布如图1.11（b）所示，所以材料的抗剪强度b 应 按下式计算：
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一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
3．发展 (1)原因： ①甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的 修。筑权 ②修路成为中国人 救的亡强图烈存愿望。 (2)成果：1909年 京建张成铁通路车；民国以后，各条商路修筑 权收归国有。 4．制约因素 政潮迭起，军阀混战，社会经济凋敝，铁路建设始终未入 正轨。
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
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实验设备
K-50、NJ-100B型扭转试验机 游标卡尺
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实验内容
对低碳钢进行扭转破坏，观察低碳钢扭转的现象，分析 断裂的原因
对铸铁进行扭转破坏，观察铸铁扭转的现象，分析断裂 的原因
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实验原理
圆轴受扭矩时，材料完全处于纯切应力状态，所以通常用扭转实验来研 究不同材料在纯切作用下的力学性能。