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![材料力学金属扭转实验报告[5篇范例]](https://img.taocdn.com/s1/m/c85686fa0408763231126edb6f1aff00bfd57047.png)
材料力学金属扭转实验报告[5篇范例]第一篇：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bτ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esM，低碳钢的扭转屈服应力为 pess43WM=τ式中：/3pd W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩sT 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ebM，低碳钢的抗扭强度为 pebb43WM=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-eM 图如图1-3-2 所示。
当达到图中 A 点时，eM 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sτ，如能测得此时相应的外力偶矩epM，如图1-3-3a 所示，则扭转屈服应力为 pepsWM=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sT 为 OϕM eABCM epM esM eb 图 1-3-2低碳钢的扭转图τ sTτ sTτ sT（a）pT T =（b）s pT T T <<（c）sT 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 s3d/22sd/2s s3412d 2 d 2 ττπρρπτρπρρτ WdT ====⎰⎰由于es sM T =，因此，由上式可以得到 pess43WM=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。
4 实验四金属材料扭转实验
一、实验目的
研究实验材料进行扭转变形后其力学性能。
二、实验原理
扭转变形是指在无限长假想杆材料横截面仅施加弯曲力的完全变形，其中应力均匀分
布于断面，杆材料的截面形状由圆形变成椭圆形。
三、实验环境
良好的室内环境，无电磁干扰，无固体颗粒，提供适当的实验操作场所，如实验室、
实验台等。
四、实验内容
1. 收集相关实验物料：金属标样、变形设备、实验软件等。
2. 安装变形设备，调试设备，使金属标样处于位置稳定性状态；
3. 按照实验计划，在变形设备上，施加一定大小的拉力，观察金属标样形变情况；
4. 在实验软件中，记录金属标样变形、错断、最终变形等信息；
5.根据实验数据对实验结果进行测试，分析实验结果，计算实验结果的重要力学参数；
6. 总结本次实验；
五、实验结果
在实验过程中，金属标样的形状出现变形，横截面形状由圆形变成椭圆形。
另外，通
过计算，可以得出实验材料的断裂应力为450MPa，变形能为385J，变形塑性指数为0.87。
金属材料的扭转实验报告1.实验目的（1）测定低碳钢扭转时的强度性能指标:剪切屈服极限和剪切强度极限（2）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：剪切强度极限。
（3）绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。
（4）了解电子式扭转实验机的构造，原理和操作方法。
2.实验设备和仪器（1）扭转实验机（2）游标卡尺3.实验试样按照国家标准GB10128-2007《金属室温扭转实验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及实验目的的不同而分别为圆形截面试样和管形截面试样两种。
其中最常用的是圆形截面试样。
4.实验步骤（1）测量试样的直径。
（2）将试样安装到扭转实验机上，运行应用软件，预制实验条件、参数。
（3）开始“实验”按钮，匀速缓慢加载，跟踪观察试样的屈服现象和实时曲线，待屈服过程之后，提高实验机的加载速度，直至试样被扭断为止。
（4）取下拉断的试样，进行实验数据和曲线及实验报告处理。
（5）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标步骤与低碳钢扭转基本一致，但只需要测量扭断值。
5.实验原理与方法（1）扭转力学性能试验式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，力矩与扭转角呈线性关系，直至力矩的示数值出现一个维持的平台，这是所指示的外力偶矩的数值即为屈服扭矩Te。
按弹性扭转公式计算的剪切屈服应力为τe=Te/Wp，式中：Wp=πd3/16为式样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩Te 后，可加快实验机加载速度，直到式样被扭断为止。
实验机记录下最大扭矩Tm ，剪切强度极限为τm=Tm/Wp 。
如上所述，名义剪切应力τe ，τm 等，是按弹性公式计算的，他是假设式样横截面上的剪切应力为线性分布，外表最大，形心为零，这在现行弹性阶段是对的。
（2） 测定灰铸铁扭转时的强度性能指标对于灰铸铁式样，只需测出其承受的最大外力偶矩Mem ，抗扭强度为Τm=Mem/Wp ，低碳钢式样的断口与轴线垂直，表明破坏是由切应力引起的；而灰铸铁式样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成45°角，表明破坏是由拉应力引起的。
一、实验目的1. 通过金属扭转试验，了解金属在扭转过程中的力学性能变化。
2. 测定金属材料的剪切屈服极限、剪切强度极限和切变模量。
3. 比较不同金属材料的扭转性能，分析其差异。
二、实验原理金属扭转试验是研究金属材料扭转性能的重要方法。
在扭转过程中，试样受到一对大小相等、方向相反的力矩作用，使试样产生扭转变形。
根据胡克定律和剪切应力与切变应力的关系，可以推导出金属材料的扭转力学性能指标。
三、实验设备与材料1. 实验设备：扭转试验机、游标卡尺、扭矩传感器、计算机等。
2. 实验材料：低碳钢、灰铸铁、铝等金属材料。
四、实验步骤1. 准备工作：检查实验设备是否完好，准备实验材料。
2. 试样制备：按照国家标准GB10128-2007《金属室温扭转试验方法》，制备圆形截面试样。
3. 试样测量：使用游标卡尺测量试样直径，计算试样抗扭截面系数。
4. 实验操作：a. 将试样安装在扭转试验机上，调整扭矩传感器，连接计算机。
b. 输入实验参数，如试样直径、材料类型等。
c. 启动实验，缓慢加载扭矩，观察试样变形情况。
d. 记录扭矩、扭转角等数据。
5. 实验结束：试样扭断后，取下试样，测量断口尺寸，计算剪切强度极限。
五、实验数据与处理1. 实验数据：记录扭矩、扭转角、试样直径、抗扭截面系数等数据。
2. 数据处理：a. 绘制扭矩-扭转角曲线，分析金属材料的扭转性能。
b. 计算剪切屈服极限、剪切强度极限和切变模量。
c. 比较不同金属材料的扭转性能，分析其差异。
六、实验结果与分析1. 实验结果：a. 低碳钢的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
b. 灰铸铁的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
c. 铝的剪切屈服极限为XXX MPa，剪切强度极限为XXX MPa，切变模量为XXX GPa。
2. 分析：a. 低碳钢的扭转性能较好，剪切屈服极限和剪切强度极限较高，切变模量较大。
金属材料扭转实验扭转问题是工程中经常遇到的一类问题。
金属材料的室温扭转实验通过对试样（低碳钢和铸铁）施加扭矩，测量扭矩及其相应的扭角（一般扭至断裂），来测定一些材料的扭转力学性能指标。
国家标准GB/T 10128-2007《金属材料室温扭转试验方法》是本试验的依据。
一、实验目的1了解GB/T 10128-2007《金属材料室温扭转试验方法》所规定的定义和符号、试样、实验要求、性能测定方法。
2了解扭转试验机的基本构造和工作原理，掌握其使用方法。
3测定金属材料扭转时的上下屈服强度、抗扭强度和相应的扭角。
4比较不同材料在扭转时的机械性能及其破坏情况。
二、实验设备扭转试验机（介绍参看附录），游标卡尺。
扭转试样采用圆柱形试样，材料为低碳钢和铸铁。
三、实验原理使直杆发生扭转的外力，是一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴线的外力偶。
在这种外力偶作用下，杆表面的纵向线将变成螺旋线，即发生扭转变形。
当发生扭转的杆是等直圆杆时，杆的物性和横截面几何形状具有极对称性，杆的变形满足平面假设（横截面像刚性平面一样绕轴线转动），这是扭转问题中最简单的情况。
标准中定义了多种可测的扭转性能指标，表1列出了扭转破坏实验常用的几种指标的符号、名称和单位。
表1 符号、名称及单位1规定非比例扭转强度的测定图解法：根据试验机自动记录的扭矩-扭角曲线，在曲线上延长弹性直线段交扭角轴于O点，截取OC（OC=2L eγp/d）段，过C点作弹性直线段的平行线CA交曲线于A点，A点对应的扭矩为所求扭矩T p ，见图1。
WT p p =τ图1 规定非比例扭转强度2上屈服强度（eH τ）和下屈服强度（eL τ）的测定图解法：实验时用自动记录方法记录扭转曲线（扭矩—扭角曲线或扭矩—夹头转角曲线）。
首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩；屈服阶段中不计初始瞬时效应的最小扭矩为下屈服扭矩，见图2。
按下式分别计算上屈服强度和下屈服强度。
W T eHeH =τ WT eLeL =τ图2 上、下屈服强度3 抗扭强度（m τ）的测定对试样连续施加扭矩，直至扭断。
实验四低碳钢和铸铁的扭转实验一、实验目的（1）测定低碳钢的剪切屈服极限τs，低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。
（2）观察低碳钢和铸铁扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异。
（3）了解扭转试验机的操作规程。
二、实验设备（1）NJ—50B型扭转试验机。
（2）游标卡尺。
三、实验原理及方法工程中经常遇到承受扭转作用的构件，特别是很多传动零件都在扭转条件下工作。
测定扭转条件下的力学性能，对零件等受扭的构件在设计计算和选材方面有重要的实际意义。
圆柱形试件在纯扭转时，试件表面应力状态如图4.1所示，其最大剪应力和正应力绝对值相等，夹角成45°，因此扭转实验可以明显地区分材料的断裂方式—拉断或剪断。
如果材料的抗剪强度低于抗拉强度，破坏形式为剪断，断口应与其轴线垂直；如果材料的抗拉强度小于抗剪强度，破坏原因为拉应力，破坏面应是沿45°的方向。
图 4.1 圆轴扭转时的表面应力材料的扭转过程可用ϕM曲线来描述。
M为施加扭矩，ϕ为试样的相对扭转角。
图-4.2为两种典型材料（低碳钢和铸铁）的扭转曲线。
低碳钢扭转曲线的直线部分为弹性阶段,此时截面上的剪应力为线性分布，最大剪应力发生在横截面周边处，圆心处剪应力为零，如图4.3（a）所示。
低碳钢扭转时有明显的屈服阶段，但与拉伸实验相比，它的屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的，如图4.3（b）所示。
当横截面全部屈服后，试样才全面进入塑性，扭转曲线图上出现屈服平台，扭矩度盘上的指针几乎不再转动，甚至有微小的倒退现象。
这时，横截面上的剪应力不再成线性分布。
如认为这时整个圆截面皆为塑性区，如图4.3（c ）所示，则屈服极限近似为p s s W M 43=τ (4.1) 式中163d W p π=为抗扭截面模量。
图4.2 低碳钢和铸铁的扭转曲线图4.3 剪应力分布图过屈服阶段后，材料的强化使承载力又有缓慢的上升，，但变形非常明显，试样的纵向画线变成螺旋线，扭矩继续增加，直至破坏。
金属材料的扭转实验报告金属材料的扭转实验报告引言金属材料是工程领域中广泛应用的一类材料，其力学性能对于工程设计和材料选择具有重要的意义。
本实验旨在通过扭转实验来研究金属材料的力学行为和材料性能，为工程实践提供参考。
一、实验目的本实验的主要目的是通过扭转实验，研究金属材料在扭转加载下的力学行为和材料性能，包括材料的刚度、强度、塑性变形等方面的特性。
二、实验原理扭转实验是通过施加扭矩来加载金属材料，使其发生扭转变形。
扭转实验中，材料受到的扭矩与扭角之间的关系可以用扭转弹性模量和剪切应力来描述。
扭转弹性模量是材料在弹性阶段扭转变形时的比例系数，剪切应力则是材料受到的扭矩与截面积之比。
三、实验步骤1. 准备工作：选择一块金属样品，将其加工成圆柱形，并测量其长度和直径，计算出截面积。
2. 搭建实验装置：将金属样品固定在扭转试验机上，确保其能够自由扭转。
3. 施加加载：通过扭矩传感器施加扭矩，同时记录下扭矩和扭角的变化。
4. 数据处理：根据实验数据计算出扭转弹性模量和剪切应力，并绘制相应的应力-应变曲线。
四、实验结果与讨论通过实验得到的数据可以得出金属材料的扭转弹性模量和剪切应力。
扭转弹性模量是材料在弹性阶段扭转变形时的比例系数，可以反映材料的刚度。
剪切应力则是材料受到的扭矩与截面积之比，可以反映材料的强度。
根据实验结果，我们可以观察到金属材料在扭转加载下的力学行为。
在加载初期，材料的扭转弹性模量较高，表现出较大的刚度，扭转变形较小。
随着加载的增加，材料逐渐进入塑性变形阶段，扭转弹性模量下降，塑性变形增加。
当达到一定扭矩时，材料会发生破坏，出现断裂现象。
五、结论通过本实验，我们研究了金属材料在扭转加载下的力学行为和材料性能。
实验结果表明，金属材料在扭转加载下具有一定的刚度和强度，同时也具有一定的塑性变形能力。
这些性能对于工程设计和材料选择具有重要的意义。
六、实验总结本实验通过扭转实验研究了金属材料的力学行为和材料性能，为工程实践提供了参考。
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
su
T，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 T
τ，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。
对试样继续施加扭转载荷，随着扭矩增加，变形随之增大，直到试样被破坏。
试样 破坏时的扭矩即为最大扭矩b T ，根据实验中测得的最大扭矩
b T 即可计算出低碳钢的剪切强度极限b τ。
2. 铸铁扭转实验
铸铁材料试样扭转变形时，其扭矩T 和扭转角φ的 T –φ关系曲线如图 2-1-4 所示。
铸铁材料试样从扭转开始直到破坏的过程，发生在很小的变形范围内，破坏处在与试样轴线约成 45º角的螺旋面上，T –φ关系曲线近似为一条直线。
试样破坏时的扭矩为最大扭矩 b T ，根据实验中测得的最大扭矩 Tb ，即可计算出铸铁的剪切强度极限b τ。
3. 试样断口破坏分析
试样受扭时，试样任意点均处于纯剪切应力状态，如图 2-1-5 所示。
在与试样轴线成 ±45°角的螺旋面上，分别承受主应力s1 = t ；s3 =－t 的作用，由于低碳钢材料的抗扭强 度小于抗拉强度，所以试样由于扭转切应力作用，沿其横截面被剪断，断口平齐，如图2-1-6（a ）所示。
铸铁材料的抗拉强度小于抗扭强度，故沿其 45°方向被拉断，断口成一螺旋面，如图 2-1-6（b ）所示。
四、实验步骤
本实验通过 CTT500 微机控制扭转试验机完成低碳钢、铸铁扭转试样的加载过程，实验操作前，必须详细了解实验机的使用操作方法，并仔细阅读实验中所用仪器设备的注意事项。
1.测定低碳钢和铸铁扭转试样的直径d0
2.装夹试样
将扭转试样装夹在实验机夹具上，并调整预载荷，详细操作方法及步骤参照附录 A 中“微机控制扭转实验机”相关部分的介绍
3.控制软件参数设置
启动实验机控制软件，联机后选择实验方案，并输入实验参数，详细操作方法及步骤参照附录 A 中“微机控制扭转实验机”相关部分的介绍。
4.加载实验
启动实验机，完成实验加载测试过程，详细操作方法及步骤参照附录 A
中“微机控 制扭转实验机”相关部分的介绍。
5. 取下扭断的试样，观察断口破坏特征并分析 T –φ曲线。
6. 记录实验数据，分析实验结果。
7. 实验结束后，关闭试验机电源，清理实验现场。
五、 实验数据
通过本次实验应测定下述材料的力学性能指标：
低碳钢的剪切屈服极限s τ、剪切强度极限b τ、铸铁的剪切强度极限b τ，根据实验测定数据，可按下述方法计算以上各力学性能指标。
（1） 材料抗扭截面模量T ω
3
16
t d W π⋅=
d0：材料扭转试样直径
（2） 低碳钢剪切屈服极限 s τ 34s
s t T W τ=
（3） 低碳钢剪切强度极限 b τ
34b
b t T W τ= （4） 铸铁剪切强度极限 b τ
b
b b
T W τ=
低碳钢屈服扭矩：40.10s T N m =⋅
低碳钢最大扭矩：90.96b T N m =⋅
铸铁最大扭矩：29.38b T N m =⋅
1.实验数据
低碳钢：
3
33
730
(9.9510) 1.9341016
16
T d W m ππ--⋅⋅⨯=
=
=⨯
73
3345174.50944 1.93410s s t T N m
MPa W m τ-⨯⋅=
==⨯⨯
73
3390.96352.740MPa 44 1.93410b b t T N m
W m
τ-⨯⋅=
==⨯⨯ 铸铁：
3
33
730
(10.0210) 1.9751016
16
T d W m ππ--⋅⋅⨯=
=
=⨯
73
3329.38111.570MPa 44 1.97510b b t T N m
W m
τ-⨯⋅=
==⨯⨯
扭转试样简图
实验前实验后
六、讨论题
1.铸铁在压缩和扭转时，其断口都与试样轴线成45°左右，破坏原因是否
相同？
答：不一样，压缩时铸铁发生45度剪切破坏，由最大源切应力引起。
扭转时铸铁发生45度拉伸破坏，由最大拉应力引起。
2.根据拉伸、压缩、扭转三个实验测量结果，综合分析低碳钢与铸铁的力学
性能。
答：低碳钢为塑性材料开始时遵守胡克定律沿直线上升，比例极限以后变形加快，但无明显屈服阶段。
相反地，图形逐渐向上弯曲。
这是因为在过了比例极限后，随着塑性变形的迅速增长，而试件的横截面积逐渐增大，因而承受的载荷也随之增大。
铸铁为脆性材料，其压缩图在开始时接近于直线，与纵轴之夹角很小，以后曲率逐渐增大，最后至破坏，因此只确定其强度极限。
二者主要体现在差异上：
塑性材料在断裂前变形较大，塑性指标较高，抵抗拉断的能力较好，其常用的强度指标是屈服极限，而且，一般来说，在拉伸和压缩时的屈服极限值相同，脆性材料在锻炼前的变形较小，塑性指标较低，其强度指标是强度极限，而且其拉伸强度远低于压缩强度。
但是材料是塑性的还是脆性的，将随材料所处的温度，应变率和应力状态等条件的变化而不同。
