实验四 金属扭转破坏实验

第1篇一、实验目的本次实验旨在研究金属在扭转过程中的力学行为，通过测量不同扭转角度下金属的应力、应变和变形量，分析金属的扭转性能，为金属材料的设计和选型提供理论依据。

二、实验原理金属扭转实验是基于胡克定律和扭转理论进行的。

当金属杆受到扭转力矩作用时，杆将产生扭转应力，进而产生相应的应变。

扭转应力与扭矩成正比，与杆的长度、半径和材料的剪切模量有关。

实验过程中，通过测量扭转角度和扭矩，可以计算出金属的剪切应力、剪切应变和剪切模量。

三、实验材料及设备1. 实验材料：选用纯铜棒，直径为10mm，长度为200mm。

2. 实验设备：扭转试验机、卡尺、扭矩计、万能试验机、数据采集器等。

四、实验步骤1. 将铜棒固定在扭转试验机上，确保其轴线与试验机轴线平行。

2. 调整扭矩计，使其与扭转试验机相连，并记录初始扭矩。

3. 逐渐增加扭矩，同时观察铜棒的扭转角度和变形情况。

4. 在不同扭矩下，记录相应的扭转角度和扭矩值。

5. 利用万能试验机对铜棒进行拉伸实验，测量其抗拉强度和屈服强度。

6. 利用数据采集器将实验数据导入计算机，进行数据处理和分析。

五、实验结果与分析1. 实验结果根据实验数据，绘制出金属扭转应力-应变曲线，如图1所示。

图1 金属扭转应力-应变曲线从图中可以看出，金属在扭转过程中，剪切应力随着扭转角度的增加而逐渐增大，直至达到极限剪切应力。

在极限剪切应力之前，金属的剪切应变随着扭转角度的增加而逐渐增大，呈线性关系。

2. 分析（1）金属的剪切模量：根据扭转应力-应变曲线，可以计算出金属的剪切模量。

在本实验中，铜棒的剪切模量约为106 MPa。

（2）金属的极限剪切应力：根据实验结果，铜棒的极限剪切应力约为200 MPa。

（3）金属的变形能力：从实验结果可以看出，铜棒在扭转过程中具有良好的变形能力，可以在不发生断裂的情况下承受较大的扭矩。

（4）金属的韧性：根据实验结果，铜棒在扭转过程中具有良好的韧性，可以承受较大的变形而不发生断裂。

一、实验目的1. 掌握扭转试验机的操作方法。

2. 测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限。

3. 比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形及其破坏形式。

4. 分析试件断口形貌，了解两种材料的扭转性能差异。

二、实验设备与仪器1. 扭转试验机2. 游标卡尺3. 低碳钢圆轴试件4. 铸铁圆轴试件三、实验原理扭转试验是材料力学实验中的一种基本试验，通过测定材料在扭转过程中的应力、应变和破坏情况，来研究材料的扭转性能。

在扭转过程中，材料内部的应力分布呈环形分布，最大应力出现在试件的边缘，最小应力出现在试件中心。

四、实验步骤1. 将低碳钢和铸铁圆轴试件分别安装在扭转试验机上。

2. 使用游标卡尺测量试件的直径，记录数据。

3. 设置扭转试验机，选择合适的加载速度。

4. 开启试验机，开始进行扭转试验。

5. 观察试件的变形情况，记录屈服扭矩和破坏扭矩。

6. 取下试件，观察断口形貌，分析破坏原因。

五、实验结果与分析1. 低碳钢试件的扭转实验结果如下：- 剪切屈服极限：σs = 220 MPa- 剪切强度极限：σb = 300 MPa低碳钢在扭转过程中，当扭矩达到屈服扭矩时，试件表面出现屈服现象，扭矩基本不变。

随着扭矩的继续增大，试件进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加。

当扭矩达到破坏扭矩时，试件发生断裂。

2. 铸铁试件的扭转实验结果如下：- 剪切强度极限：σb = 150 MPa铸铁在扭转过程中，当扭矩达到剪切强度极限时，试件发生断裂。

由于铸铁为脆性材料，其扭转过程中的变形较小，几乎没有屈服现象。

3. 对比两种材料的扭转性能：- 低碳钢具有较好的扭转性能，剪切屈服极限和剪切强度极限较高，适合用于承受扭转载荷的结构件。

- 铸铁的扭转性能较差，剪切强度极限较低，不适合用于承受扭转载荷的结构件。

4. 分析试件断口形貌：- 低碳钢试件断口为纤维状断口，表明其断裂原因主要是由于拉伸断裂。

- 铸铁试件断口为解理断口，表明其断裂原因主要是由于剪切断裂。

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suT，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 Tτ，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。

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。