金属材料的扭转实验47页PPT

3.2金属材料的扭转实验精品课件

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

4.实验四金属材料扭转实验

金属材料扭转实验一、实验目的1. 测定低碳钢材料的剪切屈服极限s τ及剪切强度极限b τ。

2. 测定铸铁材料的剪切强度极限b τ。

3. 观察低碳钢和铸铁扭转变形过程中各种现象，比较两种材料试样断口破坏特性。

二、实验仪器设备CTT500 微机控制扭转试验机、游标卡尺、低碳钢扭转试样和铸铁扭转试样三、实验原理将材料试样装夹在扭转试验机的夹头上，实验时，扭转试验机的一个夹头固定不转，另一个夹头绕轴转动，从而对材料试样施加扭转载荷，使试样发生扭转变形，同时绘制出试样承受的扭矩T 与发生的变形扭转角φ的关系曲线（T –φ曲线）。

1. 低碳钢扭转实验图 2-1-2 所示为低碳钢试样在扭转变形过程中的 T –φ关系曲线。

由该曲线可得到低碳钢材料在整个扭转过程中所表现出来的力学性能，其主要特征如下：在弹性变形的OA直线段。

试样截面上扭矩T与扭转角φ成正比例关系，材料服从切变虎克定律，在该阶段可测定材料的切变模量G，试样横截面上剪应力沿半径线性分布如图 2-1-3（a）所示。

拉伸时有明显屈服现象的金属材料在扭转时同样存在屈服现象，只是由于扭转时试样截面上的应力分布不均匀，当试样表面材料屈服时，内部材料并未出现屈服，因此载荷的下降不是突然发生，故无拉伸时的初始瞬时效应。

当扭矩保持恒定或在小范围内波动，而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩。

上屈服扭矩：屈服阶段中扭矩首次下降前的最大扭矩，称为上屈服扭T，如图 2-2-2 中所示。

矩，记为suT，如下屈服扭矩：屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩，记为sL图 2-2-2中所示。

本次实验中测定下屈服扭矩作为低碳钢扭转时的屈服扭矩 Ts，根据τ。

实验中测得的屈服扭矩 Ts数值，即可计算出低碳钢的剪切屈服极限s低碳钢扭转试样横截面上剪应力线性分布如图 2-1-3 所示，随着 Tτ，而且塑性区逐的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限s渐向圆心扩展，形成环形塑性区，如图 2-1-3（b）所示，直到整个截面几乎都是塑性区，如图 2-1-3（c）所示，在 T–φ曲线上出现屈服平台。

低碳钢铸铁扭转实验PPT课件

图b，但中心部位仍然弹性的，所以T仍可以增加， T与φ的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区如图c,T与φ出现屈服平台，T数
据上下轻微波动，相应的扭矩为Ts，则Ts与τs的关系：
τs = ４─３─W Τs t
抗扭截面系数
Wt = π1─d6─3
３、试验原理
过屈服阶段后，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升。但变形非常显著，试样的纵向画线变成螺旋线。直至扭矩到达极限Ｔb,试样被扭断。
2、试验条件界面
这个界面是计算项目界面，主要为计算项目做准备。
4、试验操作及步骤
2、试验条件界面
这个界面是试样输入界面，主要输入试验试样的尺寸。
4、试验操作及步骤
2、试验条件界面
这个界面是控制参数界面，主要是控制方式和控制参数的设定。
4、试验操作及步骤
试验步骤
1.测量试样尺寸在试件两端及中部位置，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算个横截面面积。
4比较低碳钢和铸铁在扭距的作用下变形规律和破坏现象的不同11试验目的试验目的22仪器设备仪器设备33试验原理试验原理44试验操作及步骤试验操作及步骤55成果整理成果整理66思考题目思考题目硬件1nd1000c型扭转试验机试件主机试验机夹具采用定位套定位螺钉带动滑块加紧的夹持方式能够使试样保持良好的同轴性夹持可靠装夹极为方便
谢谢！！
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You

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。

材料力学-扭转课件

dz z B dx C
At
D
n
t
t
Bt C
扭转试验和破坏分析
利用截面法和静力衡，
F x 0 d A c o s td A sin td A x 0 y F y 0 d A sin td A c o s td A y 0
注意到：
dAx=dAsin dAy=dAcos
得： t sin2 t t cos2
MD
T1=MB=3.5103 N·m
1
2
3
T2=MB+ MC =7103 N·m T3= -MD= -4.68103 N·m
MB
T1
若扭矩为正，表明
与所设方向相同（扭矩 MB MC
MD
的正向）；若为负，表
T2
明扭矩与所设方向相反
T3
外力偶矩、扭矩和扭矩图
绘制扭矩图。最大扭矩产生
在CA段上，其值为
B
C
A
主动轮 D
外力偶矩、扭矩和扭矩图
解主动轮和从动轮的外力偶矩分别为
MA
9549PA n
11.68103
N m
MB
MC
9549PB n
3.50103
N m
MD
9549PD n
4.68103
方向如图所示
N m
MB
MC
MA
MD
外力偶矩、扭矩和扭矩图
各段的扭矩为
MB 1 MC 2
MA 3
圆轴扭转强度条件
45o
受扭轴的破坏标志仍为屈服和断裂屈服时横截面上的最大切应力称为扭转
屈服应力，记为ts
断裂时横截面上的最大切应力称为扭转
强度极限，记为tb 它们统称为扭转极限应力，记为tu

低碳钢和铸铁的扭转破坏实验优秀课件

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。
机械技术基础实验中心
实验结果的处理
❖ 按计算直径d(最小平均直径)计算抗扭截面模量（ Wn d3 /16），并将计算结果填人表格中；
❖ 根据低碳钢试样的屈服扭矩计算其抗剪屈服强度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ 根据低s 碳钢试样的最大扭矩计算其抗剪强
度
Mb
❖ 根据 b 铸铁试样的最大扭矩计算其抗剪强度
Mb
b
机械技术基础实验中心
。
机械技术基础实验中心
❖ 铸铁试样的扭转
条直线铸，铁如试图样1从.1开1(始a)受所扭示转。直从到图被中破可坏看，出其铸M铁n试样受关扭系转曲过线程近中似变为形一
（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：
横截面上各点的剪应力大小均相同，且都为，所 s以由图1.10(e)得：
机械技术基础实验中心
MsA(SdA )
式中： s常 ,且数 d A 2 d
图1.10 试样剪应力分布
机械技术基础实验中心
Mb
R
2R 3 3R 3 3
M SS
0
2
d3s 4 2s 4 W ns

材料力学扭转教学课件PPT

200 kW。试做轴力图。
(a)
P2
P3
P1
n
P4
B
C
D
A
例题3-2图
m P2 2
m P3 3
P1
m1
m n
4 P4
B
C
D
A
m2
m3
m1
m4
(b)
B
C
A
D
解:1.计算外力偶矩
m1
m2
9.55 P1 15.9kN .m
m3
n
9.55
P2
n
4.78kN
.m
m4
9.55 P4 n
6.37kN .m
2.由计算简图用截面法计算各段轴内的扭矩，然后画扭矩图
§3.1 扭转的概念和实例
➢ 扭转变形 ——作用在垂直于杆件轴线的平面内的力偶矩，使得杆件的任意两个横截面都发生了绕轴线的相对转动。
➢ 扭转变形杆件的内力 ——扭矩（T ）
➢ 轴 ——主要承受扭矩的构件
m A'
g
A
m B j B'
扭转的受力特征：在杆件的两端作用两个大小相等、
转向相反、且作用平面垂直于杆件轴线的力偶。
dA
O r
dA
dA
O
A
G 2
dj
dx
dA
G
dj
dx
A
2dA
T
GI p
dj
dx
令 Ip A 2dA
dj
dx
T GI p
代入物理关系式
G
dj
dx
得：
T
Ip
T
Ip
—横截面上距圆心为处任一点剪应力计算公式。

4.实验四金属材料扭转实验

金属材料扭转实验一、实验目的1. 测定低碳钢材料的剪切屈服极限s τ及剪切强度极限b τ。

2. 测定铸铁材料的剪切强度极限b τ。

3. 观察低碳钢和铸铁扭转变形过程中各种现象，比较两种材料试样断口破坏特性。

二、实验仪器设备CTT500 微机控制扭转试验机、游标卡尺、低碳钢扭转试样和铸铁扭转试样三、实验原理将材料试样装夹在扭转试验机的夹头上，实验时，扭转试验机的一个夹头固定不转，另一个夹头绕轴转动，从而对材料试样施加扭转载荷，使试样发生扭转变形，同时绘制出试样承受的扭矩T 与发生的变形扭转角φ的关系曲线（T –φ曲线）。

1. 低碳钢扭转实验图 2-1-2 所示为低碳钢试样在扭转变形过程中的 T –φ关系曲线。

由该曲线可得到低碳钢材料在整个扭转过程中所表现出来的力学性能，其主要特征如下：在弹性变形的OA直线段。

试样截面上扭矩T与扭转角φ成正比例关系，材料服从切变虎克定律，在该阶段可测定材料的切变模量G，试样横截面上剪应力沿半径线性分布如图 2-1-3（a）所示。

拉伸时有明显屈服现象的金属材料在扭转时同样存在屈服现象，只是由于扭转时试样截面上的应力分布不均匀，当试样表面材料屈服时，内部材料并未出现屈服，因此载荷的下降不是突然发生，故无拉伸时的初始瞬时效应。

当扭矩保持恒定或在小范围内波动，而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩。

上屈服扭矩：屈服阶段中扭矩首次下降前的最大扭矩，称为上屈服扭T，如图 2-2-2 中所示。

矩，记为suT，如下屈服扭矩：屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩，记为sL图 2-2-2中所示。

本次实验中测定下屈服扭矩作为低碳钢扭转时的屈服扭矩 Ts，根据τ。

实验中测得的屈服扭矩 Ts数值，即可计算出低碳钢的剪切屈服极限s低碳钢扭转试样横截面上剪应力线性分布如图 2-1-3 所示，随着 Tτ，而且塑性区逐的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限s渐向圆心扩展，形成环形塑性区，如图 2-1-3（b）所示，直到整个截面几乎都是塑性区，如图 2-1-3（c）所示，在 T–φ曲线上出现屈服平台。

材料力学金属扭转实验报告

材料力学金属扭转实验报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：材料力学金属扭转实验报告【实验目的】1、验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G 。

；测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能；2、绘制扭矩一扭角图；3、观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象，并比较它们性质的差异；4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。

【实验仪器】仪器名称数量参数游标卡尺1 0-150mm ，精度0.02mm CTT502微机控制电液伺服扭转试验机1 最大扭矩500N ·m ，最大功率0.4kw低碳钢、铸铁各1标准【实验原理和方法】1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。

随着外力偶矩的增加，当达到某一值时，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为pess 43W M =τ 式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。

在测出屈服扭矩s T 后，改用电动快速加载，直到试样被扭断为止。

这时测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为pebb 43W M =τ 对上述两公式的来源说明如下：低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的ϕ-e M 图如图1-3-2所示。

当达到图中A 点时，e M 与ϕ成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩ep M ，如图1-3-3a 所示，则扭转屈服应力为pep s W M =τ经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图1-3-3b 所示。

若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图1-7c 所示的情况，对应的扭矩s T 为OϕM e ABCM epM esM eb图1-3-2 低碳钢的扭转图τsTτsTτsT（a ）p T T =（b ）s p T T T << （c ）s T T =图1-3-3 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布s p s 3d/22s d/2s s 3412d 2d 2ττπρρπτρπρρτW d T ====⎰⎰由于es s M T =，因此，由上式可以得到pes s 43W M =τ无论从测矩盘上指针前进的情况，还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看，A 点的位置不易精确判定，而B 点的位置则较为明显。

金属材料的扭转试验

将（a）式代入，上式化为
∑ G = L0∆T ∑ IP
i2
i (ϕi −ϕ G
通过试验机配备的扭矩传感器以及小角度扭角仪，可自动
记录扭矩－扭转角（T-ϕ ）曲线，如图 2-2 所示。在所记录的曲线的弹性直线段上，选取扭矩增量 ∆T 和相
∆T ∆ϕ
2. 点击测试软样运行窗口，正式测试，直至试件变形开始急剧增加时，停止实验，取
7
下试样。保存实验数据。打印 T − ϕ 试验曲线。
(3) 测屈服点及抗扭强度点击运行按钮，按预先设定的测试程序对试件进行加载，直至试件断裂。保存实验数据，同时输出试验数据。在测屈服点及抗扭强度时，应注意观察试样变形及破坏情况。取下试样，观察并分析断口形貌和形成原因。
图 2- 6 图解法求规定非比例扭转应力
扭矩即为与非比例切应变规定值 γ p 所对应的扭矩 Tp ，按下式计算规定非比例扭转应力：
6
测试方法
τp
=
Tp WP
（2-12）
（1）测 G ① 测 G(逐级加载法)
试验过程采用手动方式进行。先施加 3N.m 的初始扭矩，记下初始角度ϕ 0 ；然后采用等
增量（ ∆T =5N.m）分五级加载，记录每次对应的角度值（在对应显示窗口显示）。重复测试
5
到规定数值时，按弹性扭转公式计算得到的切应力称为“规定非比例扭转应力”。相应应力附
以下标说明非比例切应变规定值
γ
p
τ ，如 p 0.015
和τ
p 0.3
分别表示规定的非比例切应变
γ
p
为
0.015%和 0.3%时的应力。
一般把τ p0.015 称为条件扭转比例极限，τ p0.3 称为扭转屈服强度。

材力讲稿扭转PPT教案

空：1D63（1 4）
③ 计算许可载荷：
Tmax Wp[ ]
第33页/共60页
/圆轴的强度条件和刚度条件
扭转
三类刚度计算问题：
① 校核刚度：
max
② 设计截面尺寸：
T
Ip
max
G[ ]
③ 计算许可载荷：
T max GIp[ ]
max
Tmax GIp
180
[ ](单位：/ m)
第34页/共60页
扭转 b、空心圆截面
D d
Ip
32
D4
32
d4
D4(1 4)
32
式中
d
内外径之比
D
而
Wp
Ip D/2
16
D3(1 4 )
第23页/共60页
/圆轴扭转时的应力和变形
扭转 T
G
T
Ip
讨论由两种不同材料组成的圆轴，里层和外层材料的剪切弹性模量分别为G1和G2，且G1＝2G2。圆轴尺寸如图中所示。
例题3-4 图示圆截面杆AB左端固定，承受一集度为t的
均布力偶矩作用。试导出计算截面B的扭转角公式。
t
解：
取微段作为研究对象。
B A
x dx
根据平衡条件求得横截面上的扭矩为：
L
T(x)
统称扭转极
限应力：
b
τmax
T Wp
max
[τ]
式中
[ ] u
（[τ]许用切应力， n 为安全系数）
n
第31页/共60页
u
/圆轴的强度条件和刚度条件
扭转
（二）刚度条件
max [ ]
或
max