文档介绍：实验三 扭转实验
实验项目性质：验证性
所涉及课程：材料力学
计划学时：2 学时
【实验目的】
1、 测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限九乩、抗扭强度（剪切强度极限）Tm。
2、 测定铸铁的抗扭强度Tm。
3、 观察、比较和分析实验三 扭转实验
实验项目性质：验证性
所涉及课程：材料力学
计划学时：2 学时
【实验目的】
1、 测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限九乩、抗扭强度（剪切强度极限）Tm。
2、 测定铸铁的抗扭强度Tm。
3、 观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏形 式，并对试件断口进行分析。
【实验设备】
微机控制电子万能试验机一台，型号 WDD-LCJ-150；
游标卡尺；
3. 记号笔；
4、 低碳钢（Q235）、铸铁（HT）试件；
【实验原理】
低碳钢试件在发生扭转变形时，其T-9曲线如图3所示，类似低碳钢拉伸 实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有 三个强度特征值：剪切比例极限Te、剪切屈服极限TeL和剪切强度极限Tm。对 应这三个强度特征值的扭矩依次为 Te、 TeL、 Tm。
图 3 低碳钢扭转图
在比例极限内，T与申成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上 的剪应力沿半径线性分布。如图4（a）所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，
横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限T ,而且塑性区逐渐向圆心扩展,
s
形成环塑性区，如图4(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增加，T
—申的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图4(c)所示。
(b)
图 4 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图
在T —9出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆，由此可读出
屈服扭矩TeL，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出：
T
eL
3T
4Ws
t
式中Wt二16d3为试件的抗扭截面系数。
屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形 非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值Tm进入断裂 阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限 Tm可同下式求出：
3T
T = m-
m 4W
t
铸铁扭转实验：铸铁在扭转实验时，变形很小就突然断裂，其T —曲 线如图 2—10 所示。
图 4 铸铁扭转图
从开始受扭，直到破坏，近似为一直线。没有屈服阶段和强化阶段，唯一的
强度特征值是剪切强度极限Tm可按线弹性公式计算求出，即：
T
T =
m W
t
3．试件的破坏现象分析：
试件受扭，材料处于纯剪切应力状态，在试件的横截面上作用有剪应力 T ，
同时在与轴线成±45°的斜截面上，会出现与剪应力等值的主拉应力b和主压
1
应力b2，如图2—11(a)所示。
图 5 纯剪应力状态与扭转断口示意图
低碳钢的抗剪能力比抗拉和抗压能力差，试件将会从最外层开始，沿横截面 发生剪断破坏，如图5(b)所示，而铸铁的抗拉能力比抗剪和抗压能力差，则试件 将会在与杆轴成45°的螺旋面上发生拉断破坏，如图5(c)所示。
【实验步骤及内容】
试件准备：在试件上划出长度为L0的标距线(默认值为