材料力学-第4章-扭转
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材料力学实验-扭转扭转实验是材料力学实验中比较常见的实验之一,它是用来研究材料在扭转载荷作用下的性能及力学性质的实验。
在此实验中,通常需要制作一个实验样品,并通过试验测量夹持在两端的样品在扭力作用下的变形量及强度等参数。
下面我们将针对扭转实验的步骤、实验原理、实验装备及注意事项等方面进行详细介绍。
一、实验步骤1、制备试样。
在扭转实验中,常用的试样选择是圆棒,通常需要通过车床等机器加工加工成指定的直径和长度,注意要做好表面的处理和清洁,以保证试样表面无瑕疵、光滑等。
2、安装实验装置。
扭转实验的装置通常由电机、夹具、扭矩传感器、转角传感器等组成,需要将这些部件安装好,并将试样夹持在夹具两端,并调整好实验设备的参数及灵敏度,以确保实验设备的正常运转及测量精度。
3、进行实验。
在实验开始前,需要先进行一些预处理,如:校准设备、检查夹具固定度、检查电路连接等。
实验进行时,需要控制外加载荷及试样的转角,并及时记录实验数据等,直到试样达到所需的扭矩、载荷或损坏为止。
4、数据处理。
在实验结束后,需要对实验数据进行处理,并根据实验结果进行分析、比较及对比等操作,从而得出实验所要得到的结论及性能指标等。
二、实验原理扭转实验主要基于材料疲劳和塑性变形的原理,通过在试样两端施加扭矩和转角,在作用下可产生应变和变形等变量,并可通过实验数据加以测量及计算,进一步分析材料力学性质的好坏。
在扭转实验中,主要涉及到的参数有:扭转角度、扭转力矩、扭转角速度、应变及变形等参数,通过对这些参数的测量及分析,可以得出试样在扭转载荷作用下的抗扭强度及剪切模量等指标,这些指标是评估材料性能及强度的重要依据。
三、实验装备扭转实验需要用到的主要装备包括:电机、夹具、扭矩传感器、转角传感器、实验数据采集器等,下面我们将针对这些装备分别进行介绍。
1、电机:扭转实验的电机通常配备较高功率的电机,以保证能够提供足够的扭矩。
2、夹具:夹具是用来夹持试样的装置,要求夹具具有高度的稳定度并能够确保试样在扭转载荷下的平衡。
第四章 扭转§4—1 工程实例、概念一、工程实例1、螺丝刀杆工作时受扭。
2、汽车方向盘的转动轴工作时受扭。
3、机器中的传动轴工作时受扭。
4、钻井中的钻杆工作时受扭。
二、扭转的概念受力特点:杆两端作用着大小相等方向相反的力偶,且作用面垂直杆的轴线。
变形特点:杆任意两截面绕轴线发生相对转动。
轴:主要发生扭转变形的杆。
§4—2 外力偶矩、扭矩一、外力:m (外力偶矩)1、已知:功率 P 千瓦(KW ),转速 n 转/分(r /min ; rpm)。
外力偶矩:m)(N 9549⋅=nPm 2、已知:功率 P 马力(Ps),转速 n 转/分(r /min ;rpm)。
外力偶矩:m)(N 7024⋅=nPm 二、内力:T (扭矩) 1、内力的大小:(截面法)mT m T mx==-=∑002、内力的符号规定:以变形为依据,按右手螺旋法则判断。
(右手的四指代表扭矩的旋转方向,大拇指代表其矢量方向,若其矢量方向背离所在截面则扭矩规定为正值,反之为负值。
)3、注意的问题:(1)、截开面上设正值的扭矩方向;(2)、在采用截面法之前不能将外力简化或平移。
4、内力图(扭矩图):表示构件各横截面扭矩沿轴线变化的图形。
作法:同轴力图:§4—3 薄壁圆筒的扭转 一、薄壁圆筒横截面上的应力(壁厚0101r t ≤,0r :为平均半径) 实验→变形规律→应力的分布规律→应力的计算公式。
1、实验:2、变形规律:圆周线——形状、大小、间距不变,各圆周线只是绕轴线转动了一个不同的角度。
纵向线——倾斜了同一个角度,小方格变成了平行四边形。
3、切应变(角应变、剪应变):直角角度的改变量。
4、定性分析横截面上的应力(1) 00=∴=σε ;(2)00≠∴≠τγ因为同一圆周上切应变相同,所以同一圆周上切应力大小相等。
⑶ 因为壁厚远小于直径,所以可以认为切应力沿壁厚均匀分布,而且方向垂直于其半径方向。
材料力学扭转材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的一门学科,而扭转则是材料力学中非常重要的一种变形形式。
在工程实践中,我们经常会遇到各种扭转现象,比如轴承、螺纹、螺栓等零部件的扭转变形。
因此,了解材料力学中的扭转现象对于工程设计和实际应用具有重要意义。
首先,我们来看一下什么是扭转。
扭转是指材料在外力作用下沿着一定轴线发生的旋转变形。
在扭转过程中,材料内部会受到剪切应力的作用,从而导致材料发生扭转变形。
扭转变形不仅会影响材料的外观和尺寸,还会对材料的力学性能产生影响。
在材料力学中,我们通常用剪切模量来描述材料的扭转性能。
剪切模量是指材料在扭转过程中所表现出的抗扭转能力。
剪切模量越大,材料的抗扭转能力就越强,反之则越弱。
因此,在工程设计中,我们需要根据材料的剪切模量来选择合适的材料,以满足工程的扭转性能要求。
除了剪切模量,材料的断裂韧性也是影响材料扭转性能的重要因素。
断裂韧性是指材料在扭转过程中抵抗断裂的能力。
材料的断裂韧性越大,其扭转性能就越好,能够更好地抵抗扭转变形和破坏。
因此,在工程设计中,我们还需要考虑材料的断裂韧性,以确保材料在扭转过程中不会发生过早的断裂。
此外,材料的微观结构也会对其扭转性能产生影响。
晶粒的大小、形状以及晶界的性质都会影响材料的扭转性能。
一般来说,晶粒越细小,晶界越强化,材料的扭转性能就会越好。
因此,在材料的制备过程中,我们需要通过控制材料的微观结构来提高其扭转性能。
总的来说,材料力学中的扭转现象是工程设计中不可忽视的重要问题。
了解材料的扭转性能,选择合适的材料,并通过控制材料的微观结构来提高其扭转性能,对于保证工程零部件的稳定性和可靠性具有重要意义。
希望本文能够对大家对材料力学中的扭转问题有所帮助。