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s τ、剪切强度极限b τ。
3.确定铸铁试样的剪切强度极限b τ。
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.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0d 。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，用扳手顺时针旋转，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、夹头间转角、切应变1、切应变2、试验时间的零点；选择“实验方案1”；用鼠标“新建”，在下拉菜单中，依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“塑性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后，点击“确定”；鼠标点“开始”键，就给试样施加扭矩了；在加载过程中，注意观察试样屈服时扭矩S M 的变化，并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“停止”键，使试验机停止转动。
（4）试样断裂后，取下试样，从峰值中读取最大扭矩b M 。
（5）观察试样断裂后的形状。
2. 铸铁实验（青山试验机）
（1）量直径：
用游标卡尺量取试样的直径0d 。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，用扳手顺时针旋转，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、夹头间转角、切应变1、切应变2、试验时间的零点；选择“实验方案1”；用鼠标“新建”，在下拉菜单中，依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“脆性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后点击“确定”；鼠标点“开始”键，就给试样施加扭矩了；当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“停止”键，使试验机停止转动。
（4）试样断裂后，取下试样，从峰值中读取最大扭矩b M 。
（5）观察试样断裂后的形状。 五．实验记录 试样 低碳钢 铸铁
直径（第1次） =0d =0d
直径（第2次） =0d =0d
直径（第3次） =0d =0d
屈服载荷
=S M 极限载荷
=b M =b M 破坏形状
注：低碳钢的剪切流动极限和强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。原因是这样：圆周扭转在弹性范围内剪应力分布如图a 所示，对于塑性材料，当扭矩增大到一定数值后，试样表面应力先达到流动极限S τ，并逐渐向内扩展，形成环形塑性区，如图b 所示。若扭矩逐渐增大，塑性区也不断扩大。当扭矩达到S M 时，横截面上的剪应力都近似达到S τ如
图c 所示，在这种剪应力分布下，流动时剪应力公式为
ρτW M S S 43=
。 在扭矩继续增加时，试样继续变形，材料进一步强化，当试样扭断时，整个横截面上的剪应力都达到b τ，此时最大扭矩为b M ，因此剪切强度极限和流动极限一样，近似地ρτW M b
b 43=.
由于铸铁是脆性材料，应力在横截面上从开始受力直至破坏都保持为线性分布，当试样边缘上的剪应力达到b τ时，此时最大扭矩为b M ，故仍有弹性阶段的应力公式计算强度极限。
六．数据处理
七．实验结论
八．预习思考题
1.为什么扭转试样两端较粗，中间较细？中间和两端采用光滑曲线过度，而不是直角连接？
2.在计算低碳钢屈服强度和极限强度的公式中为什么会出现3/4，而不是其他系数呢？
3.如果扭转试样是屈服失效，请用最大剪应力理论分析一下，试样可能的断口形状。
4.如果扭转试样是断裂失效，请用最大正应力理论分析一下，试样可能的断口形状。
5.安装扭转试样为什么要“把试样水平地放在两夹头之间”？
6.低碳钢试样在扭转时的变形要经历哪3个阶段？
九．分析思考题
1.扭转实验中你是怎样测量试样直径的？为什么采用这种方法？
2.两种试样的断口形状分别是什么样的？怎样解释这种结果？
3.铸铁试样扭转破坏断口的倾斜方向与施加扭矩的方向有无直接关系？为什么？
4.通过你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验，请总结一下低碳钢抗拉、抗压、抗剪强度的大小关系。同样地，请总结一下铸铁的抗拉、抗压、抗剪性能。
5.结合你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验，请分析低碳钢的载荷-变形曲线有什么共同点。
6. 对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？
