2.2扭转实验.PDFVIP

工程力学实验 材料力学、工程力学篇 2.2 扭转实验 一、实验目的 ⑴ 掌握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能； ⑵ 绘制扭矩一扭角图； ⑶ 观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种现象，并比较它们性质的差异； ⑷ 了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 二．实验仪器、设备及试件 扭转材料试验机，游标卡尺等。 圆截面扭转试件的结构如图2-1 所示。 夹持部分 过渡段 d l0 图2-1 圆截面扭转试件的结构 试样分为夹持部分、过渡段和待测部分（l ）。标距（l ）是待测部分的主体，其截面积为 S 。按 0 0 国家标准GB10128-88 的规定，选用合适的尺寸。 三．实验原理 由材料力学可知，圆轴扭转时横截面上任一点的剪应力和单位扭转角分别为： M n ρ dϕ M n τ ，θ ρ J dx GJ n n 最大剪应力产生在试件的外表层，表达式为： M R M n n τ max J W n n - 39 - 工程力学实验 材料力学、工程力学篇 式中，M —扭矩，J —极惯性距，W —抗扭截面摸量。 n n n 圆轴扭转时，其表面上任意一点都处于平面应力状态（图 1）。沿任意斜截面上的正应力和剪应 力为： 2 2 σ =−2τsin αcosα =−τsin 2ατ, τcos α=−τsin α τcos 2α 。当 α =45º 时， α α σ =-τ=-σ ；当 α =135º 时，σ =τ=σ 。 45 max 135 max 各种材料抵抗剪切与抵抗拉伸的能力不同，因此不同材料的扭转破坏方式也不相同。低碳钢圆 试件扭转到破坏时，因已超过屈服阶段，如作为理想塑性考虑（图 2 ），横截面上的剪应力的分布趋 于均匀如图 3 所示。假设应力均达到了破坏应力（强度极限），则这时截面上应力τ 与破坏时扭矩 max M 的关系为： n max R