低碳钢和铸铁的扭转破坏实验ppt课件
§3扭转试验
§3 扭 转 试 验1、概述工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。
扭转变形是构件的基本变形之一，因此扭转实验也是材料力学基本实验之一。
2、实验目的1、测定低碳钢的扭转屈服强度s τ及抗扭强度b τ。
2、测定铸铁的抗扭强度b τ。
3、观察、比较低碳钢和铸铁在扭转时的变形和破坏现象，分析其破坏原因。
3、实验原理对一确定形状试件两端施加一对大小为e M 的外力偶，试件便处于扭转受力状态，此时试件中的单元体处于如图3.1所示的纯剪应力状态。
图3.1纯剪应力状态对单元体进行平衡分析可知，在与试样轴线成045角的螺旋面上，分别承受主应力τσ=1，τσ-=3的作用，这样就出现了在同一个试件的不同截面上τσσ=-=压拉的情形。
这样对于判断材料各极限强度的关系提供了一个很好的条件。
图3.2为低碳钢Q235扭转实验扭矩T 和扭转角φ的关系曲线，图3.3为铸铁HT200图3.2低碳钢Q235扭转φ-T 曲线 图3. 3铸铁HT200扭转φ-T 曲线试件的扭转实验扭矩T 和扭转角φ的关系曲线。
图3.4为低碳钢和铸铁扭转破坏断口形式由图3.2低碳钢扭转φ-T 曲线可以看出，低碳钢Q235的扭转φ-T 曲线类似于拉伸的L F ∆-曲线，有明显的弹性阶段、流动屈服阶段及强化阶段。
在弹性阶段，根据扭矩平衡原理，由剪应力产生的合力矩需与外加扭矩相等，可得剪应力沿半径方向的分布ρτ为：PI T ρτρ*= 在弹性阶段剪应力的变化如图3.5所示在弹性阶段剪应力沿圆半径方向呈线性分布，据此可得PP W T I r T ==*max τ 当外缘剪应力增加到一定程度后，试件的边缘产生流动现象，试件承受的扭矩瞬间下降，应力重新分布至整个截面上的应力均匀一致，称之为屈服阶段，在屈服阶段剪应力的变化如图3.5 低碳钢扭转试件弹性阶段应力分布变化图3.4低碳钢和铸铁扭转破坏断口形式图3.6所示称达到均匀一致时的剪应力为剪切屈服强度（s τ），其对应的扭矩为屈服扭矩，习惯上将屈服段的最低点定义为屈服扭矩，同样根据扭矩平衡原理可得：Ps P s s W T I T 434*3==ρτ 应力均匀分布后，试件可承受更大的扭矩，试件整个截面上的应力均匀增加，直至试件剪切断裂，如图3.4所示，最大剪应力对应的扭矩为最大扭矩，定义最大剪应力为剪切强度。
扭转实验(低碳钢讲义)
扭转实验一、实验目的1.测定低碳钢的扭转屈服极限和强度极限。
2.观察低碳钢的断口情况，并分析其原因。
二、实验设备1.NDW —500型扭转机2.游标卡尺、直尺三、实验原理及装置1.低碳钢园截面试件扭转时，其尺寸和形式视试验机而定。
在弹性范围内，扭矩T 与扭转角ϕ为直线关系(图3-1a)。
当扭矩超过比例极限扭矩p T 时，曲线变弯并逐渐趋于水平。
在屈服阶段时，扭角增加而扭矩不增加，此时的扭矩即为屈服扭矩s T 。
屈服后，圆截面上的剪应力，由边缘向中心将逐步升值到扭转屈服极限s τ(图3-1b)，即截面材料处于全屈服状态，由此，可以求得材料的剪切屈服极限为：图3-1a 低碳钢扭转时的ϕ-T 曲线 3-1b 低碳钢扭转时横截面在全屈服下的应力分布p s s W T 43=τ ， 其中163d W p π= 此后，扭转变形继续增加，试件扭矩又继续上升至C 点，试件被剪断，记下破坏扭矩b T ，扭转强度极限b τ为： p b b W T 43=τ铸铁受扭时，ϕ-T 曲线如图3-2所示。
从开始受扭，直到破坏，近似为一条直线，故其强度极限b τ可按线弹性应力公式计算如下：p b b W T =τ图3-2 铸铁扭转时的ϕ-T 曲线 图3-3 铸铁扭转时沿45o 斜截面的应力材料在纯剪切时，横截面上受到切应力作用，而与杆轴成45o螺旋面上，分别受到拉应力τσ=1和压应力τσ-=3的作用(图3-3)。
低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故试件沿横面剪断(图3-4a)，而铸铁抗拉能力小于抗剪能力，故沿45o方向拉断(图3-4b)。
图3-4a 低碳钢扭转破坏 图3-4b 铸铁扭转破坏四、试验步骤：1.用游标卡尺测量试件直径。
2.根据低碳钢的强度极限估计试件的最大扭矩，并在界面的数据板上输入试样的参数。
3.将试件装在扭转机二夹头内，并用粉笔在试件轴线方向画一条细线。
以观察变形。
4.检查准备妥当后，依据扭转试验机的操作规程进行加载实验。
低碳钢和铸铁扭转破坏试验
低碳钢扭转破坏试验实验报告黄冬2015-10-29低碳钢和铸铁扭转破坏试验一、实验目的和要求1．测定低碳钢的剪切屈服点s τ、抗剪强度b τ和铸铁的抗剪强度b τ，观察扭矩—扭转角曲线（T -φ曲线）。
2．观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，并进行比较和分析。
3．测定低碳钢的切变模量G 。
4．验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（p /GI Tl =Φ）。
二、实验设备和仪器1．微机控制扭转试验机。
2．游标卡尺。
3. 装夹工具。
三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T10128—1988)采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。
如材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ等。
圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4-1所示)。
试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。
图 4-1试验机软件的绘图系统可绘制扭矩一扭转角曲线，简称扭转曲线（图4-2a 、b 中的T —φ曲线）。
从图4-2a 可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa 段)、屈服阶段(ab 段)和强化阶段(cd 段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。
由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达π10以上。
a ）低碳钢 b) 铸铁图 4-2图4-2b 所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为直线(与拉伸曲线相似，没有明显的直线段)，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。
从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩T s 和破坏扭矩T b 。
由T s s /W T =τ和T b b /W T =τ计算材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，式中：16/30T d W π=为试样截面的抗扭截面系数。
需要指出的是，对于塑性材料，采用实心圆截面试样测量得到的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心圆截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。
低碳钢和铸铁扭转破坏试验
低碳钢扭转破坏试验实验报告黄冬2015-10-29低碳钢和铸铁扭转破坏试验一、实验目的和要求1．测定低碳钢的剪切屈服点s τ、抗剪强度b τ和铸铁的抗剪强度b τ，观察扭矩—扭转角曲线（T -φ曲线）。
2．观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，并进行比较和分析。
3．测定低碳钢的切变模量G 。
4．验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（p /GI Tl =Φ）。
二、实验设备和仪器1．微机控制扭转试验机。
2．游标卡尺。
3. 装夹工具。
三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T10128—1988)采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。
如材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ等。
圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4-1所示)。
试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。
图 4-1试验机软件的绘图系统可绘制扭矩一扭转角曲线，简称扭转曲线（图4-2a 、b 中的T —φ曲线）。
从图4-2a 可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa 段)、屈服阶段(ab 段)和强化阶段(cd 段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。
由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达π10以上。
a ）低碳钢 b) 铸铁图 4-2图4-2b 所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为直线(与拉伸曲线相似，没有明显的直线段)，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。
从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩T s 和破坏扭矩T b 。
由T s s /W T =τ和T b b /W T =τ计算材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，式中：16/30T d W π=为试样截面的抗扭截面系数。
需要指出的是，对于塑性材料，采用实心圆截面试样测量得到的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心圆截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。
低碳钢铸铁扭转实验PPT课件
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
低碳钢和铸铁扭转试验
低碳钢和铸铁扭转实验一、实验目的１．观察比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象、破坏形式。
２．测定低碳钢扭转时的屈服点τs 和抗扭强度τb 。
３．测定铸铁扭转的抗扭强度τb 。
二、实验设备与试件１．扭转试验机。
２．游标卡尺。
３．扭转试件参照国家标准GB10128–88采用圆形截面试件(如图2–13所示)，为中间段试件直径；0d Ｌ0为试件原始标距；Ｌc 为试件平行长度；d 0＝10 mm，Ｌ0＝100 mm或50 mm，Ｌc ＝120 mm或70 mm，如果采用其他直径的试件，其平行长度为标距加上两倍直径。
试件两头为夹持端，因为试件受扭，在两头夹持部分对称加工两个相互平行的平面，以便于安装夹紧。
图2–13 扭转试件图三、实验原理和方法试件受扭时将产生扭转变形，扭矩Ｔ和扭角ϕ相应增加，试验机将自动记录数据大小并在电脑显示屏上自动绘出ϕ−Ｔ曲线图，如图2–14所示。
从图2–14(a)可以看出，低碳钢扭转试验开始为弹性变形阶段，Ｔ与ϕ成正比，横截面上剪应力呈线性分布，横截面周边处的剪应力最大，圆心为零。
当扭矩Ｔ增大，试件开始产生屈服，横截面周边处的剪应力首先达到屈服极限，随着扭转变形的增加，剪应力由横截面周边处开始向圆心扩展逐步达到屈服极限，即塑性区由圆周向圆心扩展，直到整个截面达到屈服。
在屈服过程中ϕ−Ｔ曲线显示为屈服平台，这时扭矩为屈服扭矩Ｔs 。
屈服过后为强化阶段，扭矩又开始缓慢上升，试件扭角迅速增加，当扭矩达到最大值Ｔb 时试件断裂。
考虑到整体屈服后塑性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点理论上应按式τs =w T s43计算，抗扭强度理论上应按τb ＝wT b43计算，但是为了试验结果的可比性，根据国标GB／T10128–88，图2–14 扭转曲线图τs 和τb 的计算公式为：τs ＝ＷＴs ， τb ＝ＷＴb 公式中：Ｗ为截面系数。
图2–14(b)为铸铁的扭转曲线图，铸铁受扭时变形很小没有屈服阶段，因此断裂时的扭矩就是最大扭矩Ｔb ，抗扭强度为： τb ＝ＷＴb 四、实验步骤１．低碳钢试件 (1) 用游标卡尺在标距两端和中间部位，分别沿相互垂直的两个方向各测量一次直径，并分别计算这三个截面的平均值，取其最小值计算试件的横截面积。
实验项目3： 低碳钢、铸铁的扭转实验
邵 阳 学 院 实 验 报 告实验项目： 低碳钢、铸铁的扭转实验实验日期 实验地点 成 绩 院 系 班 级 指导老师 同组成员 学生姓名 学生学号一、实验内容和目的：1. 观察低碳钢和铸铁的变性现象及破坏形式；2. 测定低碳钢的剪切屈服极限τs 和剪切强度极限τb ；3. 测定铸铁的剪切强度极限τb ；4. 观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。
二、实验设备（规格、型号）扭转试验机（型号： ）； 游标卡尺三、实验原理低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图1所示。
TT图1. 低碳钢材料的扭转图(a) (b) (c)图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T 与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。
随着扭矩T 的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs 且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。
试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图2(c)所示。
此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩T s 。
随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。
因扭转无颈缩现象。
所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b 。
由t s d s As s W d dA T τρπρρτρτ3422/0===⎰⎰）（ 可得低碳钢材料的扭转屈服极限t s s W T 43=τ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限t b b W T 43=τ，其中316d W t π=为抗扭截面模量。
铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。
T T铸铁材料的扭转图从扭转开始直到破坏为止，扭矩T 与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。
低碳钢和铸铁扭转实验
低碳钢和铸铁扭转实验一、概述工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。
材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定；扭转变形是构件的基本变形之一。
因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。
二、实验目的1、测定低碳钢的剪切屈服极限τ，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τb2、铸铁的抗扭强度极限τb3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。
4、学习自动绘制T－υ曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作三、实验设备和仪器1、2、3、微机控制电子扭转实验机游标卡尺四、试件扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d0=10mm，标距l0=50mm或100mm,平行长度l为70mm或120mm。
其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。
为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。
图3-1五、实验原理扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。
进行扭转试验时，把试件两夹持端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，开启试验机，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。
扭转试验机上可以直接读出扭矩M和扭转角υ，同时试验机也自动绘出了M—υ曲线图，一般υ是试验机两夹头之间的相对扭转角。
扭转试验的标准是GB/T10128-1988。
因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型，如图3-2所示。
扭转曲线表现为弹性、屈服和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区。
当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。
在屈服阶段，扭矩基本不动或呈下降趋势的轻微波动，而扭转变形继续增加。
当首次扭转角增加而扭矩不增加（或保持恒定）时的扭矩为屈服扭矩，记为M；首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩，记为Mu；屈服阶段中最小的扭矩为下屈服扭矩，记为ML（不加说明时指下屈服扭矩）。
对试件连续施加扭矩直至扭断，从试验机扭矩标识上读得最大值。
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扭矩继续增大，塑性区不断向内扩展，塑性区的切应力达到后就不再增 大，如图1.10(c)所示，M n 曲线稍微上升，到B点后至B'点趋于水平， 即材料完全达到屈服，扭矩不再增加，这时扭矩表盘(即测力表盘)上的 指针出现暂时停顿，B点对应的扭矩即为屈服扭矩 M S，此时塑性区已扩 展到整个截面，横截面上的切应力分布如图1.10(d)，即当 M n 达到 M S时，
根据低碳钢和铸铁的拉伸、压缩和扭转三种 实验结果，分析总结两种材料的力学性能。
低碳钢与铸铁试样扭转破坏的情况有什么不 同？为什么？
扭转试样上的标距刻线在扭转后发生了哪些 变化？说明什么原理？
13
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
4
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。
图 1.9 低碳钢转角扭矩曲线
5
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 录出的 M n 关系曲线，如图1.9所示。当扭矩在比例扭矩 M P 以内，材
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
料完全处于弹性状态，OA段为一直线，所以 M P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)所示。当扭矩增大到M P时试样横
截面周边上的切应力(最大切应力)为材料的比例强度 p，如图1.10(b)所
示。当扭矩超过M P 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，此区
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：
6
Ms A ( S dA)
式中： s 常数,且dA 2d
图1.10 试样剪应力分布
7
Mb
M S
R
S 2
0
d
2R 3
3
s
3 R3
42
s
（a）低碳钢
（b）铸铁
图1.12低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状
10
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
机械工程基础实验之 低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
1
实验目的
观察并比较低碳钢及铸铁材料扭转破坏的情 况
测定低碳钢的抗剪屈服强度 s及抗剪强度 b 测定铸铁的抗剪强度 b 比较低碳钢与铸铁的抗扭性能
2
实验设备
K-50、NJ-100B型扭转试验机 游标卡尺
3
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
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 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。 对低碳钢试样，加载时要缓慢、连续、均匀，不得停顿。当测力表盘上的指针出 现停顿时，记录屈服扭矩 Ms ，直到试样剪断，立即停车，记录最大扭矩M b 。 对铸铁试样，直接加载到试样破坏为止，记录最大扭矩 M b 。 观察低碳钢、铸铁试样扭转破坏现象，并画出断口形状草图。
11
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
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
12
思考题
3 4
Mb Wn
。பைடு நூலகம்
8
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：
b
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
9
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。