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低碳钢和铸铁剪切实验
一、实验目的
测定低碳钢和铸铁的抗剪强度τb ,并观察受力及破坏情况。
二、实验设备及工具
1.液压万能材料试验机。
2.游标卡尺。
3.板手。
4.剪切器。
三、实验原理
剪切实验一般采用圆柱形试件,将它对称地装在剪切器内,由万能试验机通过刀刃对试
件施加荷载F 。图 2–10 是双面剪切器,试件有两个截面受剪,随着力F 的增加,受剪面
上的材料经过弹性、屈服等阶段,最后沿受剪面被剪断。用万能机可以测得试件剪断时的最
大力Fm ,通过公式可以计算抗剪强度:
F
m
τb
2S
0
式中:S 为试件原始横截面积。
0
图2–10 双面剪切器 图2–11 低碳钢剪切破坏形状
从低碳钢的剪切破坏实验可以看出,试件被剪成三段如图 2-11 所示,中间一段形成弧
形,说明低碳钢在剪切力的作用下伴有弯曲变形,同时还受到挤压。在实验过程中会发现
万能机指针倒退,在没有响声的情况下,试件即破坏。对于铸铁,在一对剪力的作用
下,破坏时分成四段。在实验过程中,伴随有两次响声,第一次响声发生在剪切器刀刃下试
件的中部如图 2-12 所示。这说明试件在承受剪切的同时还伴有弯曲,例如螺栓、铆钉等
受力状态与此相似,具有实用价值。
图2–12 铸铁剪切破坏形状
四、实验步骤
1.测量两种材料圆柱形试件的直径d (测量方法与金属压缩实验相同)。
2.选择测力度盘,配置摆锤,并调好零点。
3.把试件对称地放在剪切器中,将剪切器放在万能机球形承垫上,然后把刀刃放在试
件上,并用手在侧面扶住。启动万能机,工作平台上升,当球形承垫上的剪切器上升到与万
能机的加力垫板接触时,将手松开。
4.缓慢加载,对于铸铁第一次响声后,应继续加载至第二次声响,试件才被剪断,记
下Fm 。而低碳钢加载到一定程度,指针倒退,说明试件已被剪断,记下Fm 。
5.试件剪断后,立即停机,旋开回油阀使万能机复位(此时应注意防止刀刃脱落、砸
τ
伤脚),取下剪切器中的试件,仔细观察其破坏特征,按公式 F =S / 2 计算两种材料的抗
b
m 0
剪强度。
五、思考题
1.实际剪切与理论纯剪切有哪些区别?
2.比较两种材料的剪切破坏特征及实用意义。
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