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扭转试验机测量材料的扭转力学性能试验

实验四

扭转试验机测量材料的扭转力学性能实验

一、实验目的

1、了解试验设备――扭转试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用注意事项。

2、测定低碳钢的剪切屈服极限s τ及低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ

3、观察低碳钢和铸铁两种材料在扭转过程中的变形规律和破坏特征。

二、实验设备

1、扭转试验机

2、游标卡尺

3、直尺

三、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，mm d o 10=，标距mm l o 50= 或 mm l o 100=，为了防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形（如图A ）

图 A

四、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，开启直流电动机，经过齿轮减速器带动活动夹头转动，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。扭转试验机配套软

件上可以直接读出扭矩T 和扭转角θ，同时试验机配套软件也自动记录并绘出了θ-T 曲线。一般情况下，θ是试验机两夹头之间的相对扭转角。

因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型（图B ）。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。当首次出现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s T 。对试件连续施加扭矩直至扭断，从试验机配套软件界面上读得最大值b T 。

根据国标GB/T10128－1988规定，低碳钢受扭转时的屈服强度s τ和强度极限b τ采用式p s s W T =τ p

b b W T =τ 计算。（式中：163

d W p π=是实心试件的扭转截面系数）

铸铁试件扭转时，其扭转曲线（图C ）伸曲线，它有比较明显的非线性偏离，但由于变形很小就突然断裂，一般仍按弹性公式计算铸铁的抗扭强度极限，即：p b b W T =

τ。

图 B 低碳钢扭转θ-T 曲线图 C 铸铁θ-T 曲线

圆形试件受扭时，横截面上的应力应变分布如下图D 。在试件表面任一点，横截面上有最大切应力τ，在与轴线成 ±45 的截面上存在拉应力τσ=1，以及最大压应力τσ-=3。低碳钢的抗剪能力弱于抗拉能力，试件沿横截面被剪断。铸铁的抗拉能力弱于抗剪能力，试件沿与1σ正交的方向被拉断。由此可见，不同材料，其变形曲线、破坏方式、破坏原因都有很大差异。

b T s

T b T T T

a b c

图D 扭转试件的应力应变分布

五、实验步骤

d，测量每个截面相互垂1、试件准备在试件的试验段上，分别选取三个截面测量直径

直的两个方向后取平均值。同时在低碳钢试件表面上画一条纵向线和两条

圆周线，以便观察扭转变形。

2、实验前准备检查试验机各个部件是否连接完好，然后安装试件。

3、开始实验开启扭转试验机，观察试件在扭转荷载作用下各个阶段的变形，并记录好

实验所需数据。

4、实验完毕使仪器设备恢复原状，清理现场，检查实验记录是否齐全，并请指导老师

检查。

六、实验结果处理

1、计算低碳钢材料的屈服极限、强度极限和剪切弹性模量（切变模量），

2、计算铸铁材料的强度极限和剪切弹性模量（切变模量），

3、画出两种材料的扭转曲线及断口草图，说明其特征并分析破坏原因。

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T su；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩T sl，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= T sl/W。当试样扭断时，得到最大扭矩T b，则其抗扭强度为τb= T b/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T b，则其抗扭强度为：τb= T b/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？

材料力学实验报告册概要

实验日期_____________教师签字_____________ 同组者_____________审批日期_____________ 实验名称：拉伸和压缩试验一、试验目的 1.测定低碳钢材料拉伸的屈服极限σs 、抗拉强度σb、断后延伸率δ及断面收缩率ψ。 2.测定灰铸铁材料的抗拉强度σb、压缩的强度极限σb。 3.观察低碳钢和灰铸铁材料拉伸、压缩试验过程中的变形现象，并分析比较其破坏断口特征。二、试验仪器设备 1.微机控制电子万能材料试验机系统 2.微机屏显式液压万能材料试验机 3.游标卡尺 4.做标记用工具三、试验原理（简述） 1

四、试验原始数据记录 1.拉伸试验低碳钢材料屈服载荷最大载荷灰铸铁材料最大载荷 2.灰铸铁材料压缩试验直径d0 最大载荷教师签字：2

五、试验数据处理及结果 1.拉伸试验数据结果低碳钢材料：铸铁材料： 2.低碳钢材料的拉伸曲线 3.压缩试验数据结果铸铁材料： 3

4.灰铸铁材料的拉伸及压缩曲线： 5.低碳钢及灰铸铁材料拉伸时的破坏情况，并分析破坏原因 ①试样的形状（可作图表示）及断口特征 ②分析两种材料的破坏原因低碳钢材料：灰铸铁材料： 4

6.灰铸铁压缩时的破坏情况，并分析破坏原因六、思考讨论题 1.简述低碳钢和灰铸铁两种材料的拉伸力学性能，以及力-变形特性曲线的特征。 2.试说明冷作硬化工艺的利与弊。 3.某塑性材料，按照国家标准加工成直径相同标距不同的拉伸试样，试判断用这两种不同试样测得的断后延伸率是否相同，并对结论给予分析。 5

七、小结（结论、心得、建议等）6

青岛理工大学材料力学实验报告记录

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

材料力学实验报告系别班级姓名学号青岛理工大学力学实验室

目录实验一、拉伸实验报告实验二、压缩实验报告实验三、材料弹性模量E和泊松比μ的测定报告实验四、扭转实验报告实验五、剪切弹性模量实验报告实验六、纯弯曲梁的正应力实验报告实验七、等强度梁实验报告实验八、薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定报告实验九、压杆稳定实验报告实验十、偏心拉伸实验报告实验十一、静定桁架结构设计与应力分析实验报告实验十二、超静定桁架结构设计与应力分析实验报告实验十三、静定刚架与压杆组合结构设计与应力分析实验报告实验十四、双悬臂梁组合结构设计与应力分析实验实验十五、岩土工程材料的多轴应力特性实验报告

实验一拉伸实验报告一、实验目的与要求：二、实验仪器设备和工具：三、实验记录： 1、试件尺寸实验前：实验后： 2、实验数据记录：屈服极限载荷：P S = kN 强度极限载荷：P b = kN 材料标距 L 0 (mm) 直径（mm ）截面面积 A 0 (mm 2) 截面（1）截面（2）截面（3）（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均材料标距 L (mm) 断裂处直径（mm ）断裂处截面面积 A(mm 2) （1）（2）平均

四、计算屈服极限： ==0 A P s s σ MPa 强度极限： == A P b b σ MPa 延伸率： =?-= %10000 L L L δ 断面收缩率： =?-= %1000 0A A A ψ 五、绘制P －ΔL 示意图:

扭转实验报告

浙江大学材料力学实验报告（实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G 。； 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。二、设备及试样： 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定G 的实验也可在小型扭转试验机装置上完成； 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺； 4. 试样，扭装试样一般为圆截面。三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G A 、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=，δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩；选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为 T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是 1i i i φφφ-?=-，则有0 i p i T l G I φ?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑，i=1,2,3,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε，t W 为抗扭截面系数；选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ，与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-，则有i t i T G W ε?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n =∑， i=1,2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ

材料力学实验

1,为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同? 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外). 2, 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状, 且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。. 3,分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏. 4,低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料? 答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。 5,试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 6, 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。 7, 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。 8,测G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。 9, 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.

材料力学扭转实验实验报告

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、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 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。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。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。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间，s τb τb τ 0d S M b M 0d

材料力学实验指导书

一拉伸试验一、目的 1、测定低碳钢的流动极限（屈服极限）s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率?。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l P ?-曲线）。 4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。二、设备 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。三、试样试件可制成圆形或矩形截面。常用试样为圆形截面的。如图1－7所示。试件中段用于测量拉伸变形，此段的长度o l 称为“标矩”，两端较粗部分是装入试验夹头中的，便于承受拉力，端部的形状视试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形（1－7），螺纹形（图1－8）或阶梯形（图1－9）。试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果会有所影响，为了避免此各种影响，使各种材料的力学性质的数值能互相比较，所以对试件的尺寸和形状都有统一规定。目前我国规定的试样

有标准试件和比例试件两种，具体尺寸见表1－1， 0. A是圆形或矩形截面面积。试件标距 ) (mm l o 截面面积 ) (2 mm A 圆形试件 ) ( mm d 直径延伸率表示符号标准试件长100 78.5 10 10 δ 短50 78.5 10 sδ比例试件长 3. 11A任意任意 10 δ 短 65 .5A任意任意 s δ 四、原理材料的力学性质 s σ、 b σ、δ和?是由拉伸破坏试验来确定的，试验时，利用试验机的自动绘图器绘出低碳钢拉伸图（图－10）和铸铁拉伸图（图1－11）。对于低碳材料，图1－10上的B－C为流动阶段，B点所对应的应力值称为流动极限。确定流动载荷 s p时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力盘主针回转后所指示的最小载荷（第一次下降的最小载荷）即为流动载荷 s p，继续加载，测得最大

材料力学实验

材料力学实验文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

实验一实验绪论一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器： 100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C微机屏显式液压万能试验机；WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器：弯曲测试系统；静态数字应变仪二、应变电桥的工作原理三、材料力学实验与材料力学的关系四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位

实验二轴向压缩实验一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样，记录数据二、轴向压缩实验原始数据指导老师签名：徐

三、轴向压缩数据处理测试的压缩力学性能汇总强度确定的计算过程：实验三轴向拉伸实验一、实验预习 1、实验目的（1）、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E；（2）、测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。断后伸长率δ和断面收缩率；（3）、测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I．弹性模量E及强度指标的测定。（见图）低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线（1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1 =8，F 2 =11，F 3 =14，F 4 =17 ，F 5 =20 （单位：kN）数据处理方法：平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ（1）线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( （2）

材料力学实验参考要点

实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ψ。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l F ?-曲线）。二、仪器设备 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。三、实验原理简要材料的力学性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷s F 时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷s F ，继续加载，测得最大载荷b F 。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂。铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。四、实验过程和步骤 1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。 2、按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。 3、按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操作要求见万能试验机使用说明。 4、试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的l F ?-曲线显示在微机显示屏上。从低碳钢的l F ?-曲线上读取s F 、b F 值，从铸铁的l F ?-曲线上读取b F 值。 5、测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。 6、根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l 。 7、比较低碳钢和铸铁的断口特征。 8、试验机复原。

材料力学金属扭转实验报告

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弋握典型塑性材料（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】【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M es，低碳钢的扭转屈服应力为式中：W p二「d3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。在测出屈服扭矩T s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M eb，低碳钢的抗扭强度为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M e-'图如图 1-3-2所示。当达到图中A点时，M e与「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，如能测得此时相应的外力偶矩M ep，如图1-3-3a所示，则扭转屈服应力为

(3)将扭角测量装置的转动臂的距离调好，转动转动臂，使测量辊压在卡盘上。

4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。按“运行”键，开始试验。 5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算结果。 6、试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。、铸铁 1、试件准备：在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d o在低碳钢试件表面画上一条纵向线和两条圆周线，以便观察扭转变形。 2、试验机准备：按试验机一计算机一打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。根据计算机的提示，设定试验方案，试验参数。 3、装夹试件：启动扭转试验机并预热后，将试件一端固定于机器，按"对正"按钮使两夹头对正后，推动移动支座使试件头部进入钳口间? 4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。按“运行”键，开始试验。 5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算结果。 6试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。【实验数据与数据处理】一.低碳钢扭转低碳钢直径测量注：第二次实验修正标距为 3.线性阶段相关数据当处于线性阶时，有

材料力学二扭转与弹性模量测定

材料力学实验指导书 §3 扭转实验指导书 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 2.1测定低碳钢的扭转屈服强度s τ及抗扭强度b τ。 2.2测定铸铁的抗扭强度b τ。 2.3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

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： P I 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 P P 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3.6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：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

扭转实验报告

浙江大学材料力学实验报告 (实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式,测定低碳钢的切变模量G 。; 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。二、设备及试样: 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定Ｇ的实验也可在小型扭转试验机装置上完成; 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺; 4. 试样,扭装试样一般为圆截面。三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G Ａ、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=,δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩; 选取初扭矩T ｏ和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成ｎ级加载,每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是1i i i φφφ-?=-,则有0 i p i T l G I φ?= ?,i ＝1，2,３,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑,ｉ=1，２，３,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε,t W 为抗扭截面系数; 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩T ｎ,从To 到Ｔn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ,与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-,则有i t i T G W ε?= ?，ｉ=1，2,３,…ｎ,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即: 1 i G G n = ∑,i=1，2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ

材料力学实验报告标准答案

力学实验报告标准答案长安大学力学实验教学中心

目录一、拉伸实验 (2) 二、压缩实验 (4) 三、拉压弹性模量E测定实验 (6) 四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验 (8) 五、扭转破坏实验 (10) 六、纯弯曲梁正应力实验 (12) 七、弯扭组合变形时的主应力测定实验 (15) 八、压杆稳定实验 (18)

一、拉伸实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器见教材。实验结果及数据处理：例:(一)低碳钢试件强度指标: P s =__22.1___KN 屈服应力 ζs = P s /A __273.8___MP a P b =__33.2___KN 强度极限 ζb = P b /A __411.3___MP a 塑性指标: 1L -L 100%L δ=?=伸长率 33.24 % 1 100%A A A ψ-=?=面积收缩率 68.40 % 低碳钢拉伸图:

（二）铸铁试件强度指标: 最大载荷P b =__14.4___ KN 强度极限ζ b = P b / A = _177.7__ M P a 问题讨论： 1、为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同? 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外). 2、分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。. 教师签字:_ _______ 日期:___ _____

材料力学实验设计-扭转实验

扭转实验一、实验目的 1、测定黄铜在扭转时的剪切屈服极限τS和剪切强度极限τb。 2、观察黄铜扭转破坏过程及破坏形式。二、实验设备及量具 1、电子式扭转试验机图一主机结构图试验机由加载机构，测力单元、显示器、试验机附件（标定装置）等组成。加载机构，安装在导轨上的加载机构，由松下伺服电机带动，通过减速器使夹头旋转，对试件施加扭矩。试验机的正反加栽和停车，可按显示器的标志按扭。为了适应各种材料扭力的需要，试验机具有较宽的调速范围。无级调速0°—360°任意角度可调。测力单元，通过夹头传来的力矩经传感器处理输出，在液晶显示

器和计算机上同步显示出来，根据满意程度选择保存或打印。 2、游标卡尺三、实验原理圆截面直杆试件在受扭转时，横截面上产生剪应力。在试验机自动绘图装置上得到扭矩和转角的关系图。如图二所示。图中斜直线表示了塑性材料在比例极限内，剪应力与剪应变服从胡克定律，最大剪应力发生在截面的边缘。当扭矩继续增加超过M Pa，出现应力不增加而变形（扭转角）继续增加，转角愈大，塑性区愈深入到中心，材料开始屈服。在屈服过程中，横截面剪应力由线性分布趋于均匀分布。此时扭矩为M S。 M 图二试件经过屈服阶段后，载荷上升，材料开始强化，应力增加，直至C点时，试件被剪断破坏。四、实验步骤 1、测量试件的直径d0，取试件两端及中部三处用游标卡尺测量，每一处都要在两个相互垂直的方向上量出直径，取其平均直径最小截面处的平均直径作为试件

的直径。确定计算长度L0，在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度L0 (按10倍或者5倍试件确定)。然后,用刻线机或笔把计算长度L0分成若干等分(通常是以5mm或10mm为一等分)。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的伸长率。但刻、划线时应尽量轻微。 2、调整扭转试验机夹具之间的距离，并选择相应的卡头。 3、设定参数并调零。 4、将试件安装于扭转实验机的夹具中。 5、在试件的轴线方向，用粉笔划一直线。 6、先慢速加载，至M—Φ曲线已超过线性段后，然后启动电动机加载至试件破坏。 7、打印出实验报告。 8、从夹具中取出破坏的试件后关机。

材料力学试验思考题

二： 1.为何低碳钢压缩时测不出破坏荷载，而铸铁压缩时测不出屈服荷载大，在承受压缩时，起初变形较小，力的大小沿直线上升，载荷进一步加大时，试件被压成鼓形，最后压成饼形而不破坏，故其无法测定。也就是说压缩时E和σS与拉伸时相同，不存在抗压。是其情况正好与相反，没有，所以压缩时测不出屈服载荷。 2.根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸破坏作比较。在铸铁试件压缩时与轴线大致成45度的斜截面具有最大的剪应力,故破坏断面与轴线大致成45度. 3.通过拉伸和压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别 :是使试样产生给定的永久变形时所需要的应力,试样承受的外力超过材料的时,虽然应力不再增加,但是试样仍发生明显的,这种现象称为屈服. 的拉伸:有一个比较明显的点,即试件会比较明显的被突然拉长. 的压缩屈服极限:没有有一个比较明显的点.因为它会随压力增加,截面积变大. 4.铸铁拉伸和压缩时两种实验求出的铸铁材料的强度极限差别如何的要高于。抗压不抗拉三： 1.影响纯弯曲梁正应力电测实验结果准确性的主要因素是什么（1）温度，的（2）的方向和上下位置，是否进行梁的摆放位置、下端支条位置，加载力位置，是否满足中心部位的纯弯（3）应变片的方向和贴片位置是否准确是否进行温度补偿梁的摆放位置下端支撑位置加载力位置，是否满足中心部位的纯弯 2.材料力学，矩形梁弯曲时正应力分布电测试验，在中性层上理论计算应变值等于0，而实际测量值不等于0，为什么梁不是精确地对称或应变片没有处在绝对的中性层

（2）实际测量时应力不为零除了测量时的误差意外，最重要的是在实际问题中，你很难将贴到梁的上。如果你测得的应力数值不大，但与载荷成比例增加就可以肯定是贴的不准，至于偏上还是偏下，那要看应力的正负和外载情况。四：低碳钢和铸铁的扭转实验的思考题 1、安装试件时，为什么试件的纵轴线与试验机夹头的轴线要重合？ 2、2、试件受扭时，表层的材料处于什么应力状态 3、3、低碳钢拉伸和扭转的断裂方式是否一样破坏原因是否相同？ 4、4、铸铁在压缩和扭转时，断口外缘都与轴线成45度，破坏原因是否相同 5、1、试件所受的就是试件的。所加的外的是的。若两者不重回，则加在试件上的外就不等于所显示的大小，所测出的值就是错误的。 6、2、处于扭转状态。 7、3、拉伸和扭转时断裂方式不一样。拉伸的断裂方式是拉断，试件受。表现为断裂截面收缩、断裂后试件总长大于原试件长度。扭转的断裂方式是剪断，试件受。表现为试样表面的横向与纵向出现，最后沿被剪断，断裂不变，试件总长不变。 8、4、压缩破坏时，约为55°-60°，在该截面上存在较大的，所以，其破坏方式是剪断。扭转时，所受的外力也是，所以，破坏方式与压缩时相同，为剪断。

材料力学试验思考题

材料力学试验思考题 Prepared on 22 November 2020

材料力学实验报告说明材料

实验一实验绪论一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器： 100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C 微机屏显式液压万能试验机；W AW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器：弯曲测试系统；静态数字应变仪二、应变电桥的工作原理三、材料力学实验与材料力学的关系四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位

实验二轴向压缩实验一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样，记录数据二、轴向压缩实验原始数据指导老师签名：徐

三、轴向压缩数据处理测试的压缩力学性能汇总强度确定的计算过程：

实验三轴向拉伸实验一、实验预习 1、实验目的（1）、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E ；（2）、测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。断后伸长率δ和断面收缩率；（3）、测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I ．弹性模量E 及强度指标的测定。（见图）低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线（1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1=8，F 2=11，F 3=14，F 4=17 ，F 5 =20 （单位：kN ）数据处理方法：平均增量法 ) ,()(0 取三位有效数GPa l A l F E m om ???= δ （1）线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i ??∑-∑?∑∑-∑=2 2)( （2） l o — 原始标距 A om — 原始标距范围内横截面面积的平均值 ) 1~0() ()(1-=?-?∑= ?+n i n l l l i i m δ－引伸计伸长增量的平均值；（2）、强度指标屈服强度 0A F s s = σ（N/mm 2或MPa ）抗拉强度0 A F b b = σ（N/mm 2或MPa ） II 、塑性指标 ψ δ、的测定:

材料力学实验指导书(低碳钢和铸铁的扭转实验)

低碳钢和铸铁的扭转实验一、实验名称低碳钢和铸铁的扭转实验。二、实验目的 1．测定低碳钢的剪切屈服极限sτ及剪切强度极限bτ； 2．测定铸铁的剪切强度极限bτ； 3．观察比较两种材料扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。三、实验设备及仪器 1．扭转试验机 2．游标卡尺四、试样制备低碳钢和铸铁试样如图所示，直径d=10mm，分别测量并记录试样的原始标距L0。五、实验原理扭转实验是将材料制成一定形状和尺寸的标准试样，置于扭转试验机上进行的，利用扭转试验机上面的自动绘图装置可绘出扭转曲线，并能测出金属材料抵抗扭转时的屈服扭矩s T和最大扭矩b T。通过计算可求出屈服极限sτ及剪切强度极限bτ。

t s s W T =τ t b b W T =τ ，其中： 6 1d 3 t π= W 六、实验步骤 1、测量试件标距； 2．选择试验机的加载范围，弄清所用测力刻度盘； 3．安装试样，调整测力指针； 4．实验测试。开机缓慢加载，注意观察试件、测力指针和记录图，记录主要数据，在低碳钢扭转时，有屈服现象，记录测力盘指针摆动的最小扭矩为屈服扭矩Ts ，直至实验结束记录最大扭矩Tb ； 5．铸铁在扭转时无屈服现象，直至实验结束记录最大扭矩Tb ； 6．关机取下试件，将机器恢复原位。七、数据处理 1. 记录相关数据材料直径d0(mm) 标距L0(mm) 屈服扭矩Ts(Nm) 最大扭矩Tb(Nm) 低碳钢铸铁 \ 2. 计算（1）抗扭截面系数Wt 的计算（单位mm3）。6 1d 3 t π= W （2）低碳钢的屈服极限 s τ 及剪切强度极限b τ的计算（单位MPa ） t s s W T =τ t b b W T = τ

材料力学专项习题练习4扭转

扭转 1. 一直径为1D 的实心轴，另一内径为d , 外径为D , 内外径之比为22d D α=的空心轴，若两轴横截面上的扭矩和最大切应力均分别相等，则两轴的横截面面积之比12/A A 有四种答案： (A) 2 1α-； (B) (C) (D) 。 2. 圆轴扭转时满足平衡条件，但切应力超过比例极限，有下述四种结论： (A) (B) (C) (D) 切应力互等定理：成立不成立不成立成立剪切胡克定律：成立不成立成立不成立 3. 一内外径之比为/d D α=的空心圆轴，当两端承受扭转力偶时，若横截面上的最大切应力为τ，则内圆周处的切应力有四种答案： (A) τ ； (B) ατ； (C) 3(1)ατ-； (D) 4(1)ατ-。 4. 长为l 、半径为r 、扭转刚度为p GI 的实心圆轴如图所示。扭转时，表面的纵向线倾斜了γ角，在小变形情况下，此轴横截面上的扭矩T 及两端截面的相对扭转角?有四种答案：

7. 图示圆轴料的切变模量 (A) 43π128d G a ?(C) 43π32d G a ? 8. 一直径为D 重量比21W W 9. 想弹塑性材料，等直圆轴的极限扭矩是刚开始出现塑性变形时扭矩的倍。 10. 矩形截面杆扭转变形的主要特征是。 1-10题答案：1. D 2. D 3. B 4. C 5. B 6. C 7. B 8. 0.47 9. 横截面上的切应力都达到屈服极限时圆轴所能承担的扭矩；4/3 10. 横截面翘曲 11. 已知一理想弹塑性材料的圆轴半径为R ，扭转加载到整个截面全部屈服，将扭矩卸掉所产生的残余应力如图所示，试证明图示残余应力所构成的扭矩为零。证：截面切应力 41 03s R R ρρττρ? ?=-≤≤ ?? ? 截面扭矩 0 4d 12 πd 03R s s A T A R ρρτρτρρ?? ==-?= ????? 证毕。 12. 图示直径为d 的实心圆轴,两端受扭转力偶e M 用1/m C τγ=表示，式中C ，m 为由实验测定的已知常数，试证明该轴的扭转切应力计算公式为： 1/e (31)/2π()2 3m 1m m m M m d ρρ τ+= + s /3

ABAQUS模拟材料力学扭转试验方法

ABAQUS模拟材料力学扭转试验方法刘长虹, 何佳珍, 赵硕，李子涵华东理工大学，机械与动力工程学院，上海，200237 摘要: 根据材料力学扭转试验，本文采用Abaqu /Student Edition模拟不同截面试样的纯扭转试验。为了模拟截面上施加扭矩的效果，采用变形体截面与刚性平面相连接，把扭矩施加到刚性平面，然后再传递到扭转试样上的办法。模拟试验结果表明，采用有限元软件演示扭转试验结合材料力学试验，可以获得更好的教学效果。关键词: 材料力学，扭转试验，ABAQUS 1. 引言材料力学是理工科学生的一门重要的基础课程，由于课程内容较难，概念比较抽象。因此一直是学生们较难掌握的一门课程。尽管在材料力学中设置了材料力学试验课程，但是由于课程时间短，以及试验条件所限，因此很难使学生完全掌握试验课中所涉及到材料力学知识。为了使学生更深入了解材料力学的理论知识和基本概念，有不少教师试图采用有限元软件作为辅助教学手段，本文将以扭转试验的有限元模拟方法进行探讨。 2. 圆柱截面试样扭转试验的有限元模型根据材料力学扭转试验，采用圆柱形扭转试样，试样材料为低碳钢，弹性模量2.1e11Pa，泊松比0.3，屈服极限220e6Pa，所受到扭矩M=1e4N.m。考虑到所采用的是ABAQUS Student版本软件的节点限制，取试样截面直径和圆柱长度比为：l/d=4。首先建立一个直径和长度为比为4的扭转试样，为了能够模拟出在试样端部受到扭矩M作用，在试样的右端部建立一个离散刚体平面，定义平面刚体的参考点在坐标原点即在刚体圆盘中心，也就是在扭转试样的轴心部位。 2012 SIMULIA 中国区用户大会1

材料力学实验训练题1答案

一、填空题 1. 对于铸铁试样，拉伸破坏发生在横截面上，是由最大拉应力造成的。压缩破坏发生在约 50-55度斜截面上，是由最大切应力造成的。扭转破坏发生在45度螺旋面上，是由最大拉应力造成的。 2. 下屈服点sl s 是屈服阶段中，不计初始瞬时效应时的最小应力。 3. 灰口铸铁在拉伸时，从很低的应力开始就不是直线，且没有屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，因此，在工程计算中，通常取总应变为% 时应力—应变曲线的割线斜率来确定其弹性模量，称为割线弹性模量。 4. 在对试样施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载至零，再加载时，试样在线弹性范围内所能承受的最大载荷将增大。这一现象称为材料的冷作硬化。 5. 在长期高温条件下，受恒定载荷作用时材料发生蠕变和松驰现象。 6.低碳钢抗拉能力大于抗剪能力。 7.铸铁钢抗拉能力小于_抗剪能力。 8.铸铁压缩受最大切应力破坏。 9. 压缩实验时，试件两端面涂油的目的是减少摩擦；低碳钢压缩后成鼓形的原因：两端面有摩擦。 10. 颈缩阶段中应力应变曲线下降的原因此应力为名义应力，真实应力是增加的。 11.已知某低碳钢材料的屈服极限为s σ，单向受拉，在力F 作用下，横截面上的轴向线应变为1ε，正应力为σ，且s σσ>；当拉力F 卸去后，横截面上轴向线应变为2ε。问此低碳钢的弹性模量E 是多少？( 21εεσ - ) 12.在材料的拉伸试验中，对于没有明显的屈服阶段的材料，以产生%塑性变形时对应的应力作为屈服极限。 13.试列举出三种应力或应变测试方法：机测法、电测法、光测法。 14.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈环状，首先中间部分拉断破坏，然后四周部分剪切破坏。