一、实验目的
1．观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行为。观察材料的破坏方式。 heff 2．测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。
3．熟悉扭转试验机的工作原理及使用方法。
二、仪器设备
扭转试验机：用以作扭转破坏实验。
游标卡尺：
三、实验原理
采用圆形截面试件，如图所示，在试件表面画上一条纵线，以便观察试件的扭转变形。
2．扭转试验机的工作原理
扭转试验机如图。在机体上有一个基本固定的夹头，用两平面和夹紧螺栓固定扭转试样的一端。基座上有一个能水平移动的电动减速装置，其左端是一个可旋转的夹头，以夹持试样的另一端。当电动减速器转动时，带动活动夹头转动，而使试样的一端相对于另一端发生了转动，故试件受扭而产生变形。 扭转试验机
作用于试样的扭转力矩，通过与固定夹头相连的称重机构而平衡，同时又带动荷载指针转动而指示出所受扭转力矩的大小。它还带动绘图仪的画笔左右移动，这个移动的扭转力矩坐标在记录纸上与纸的长度方向相垂直。
活动夹头的转动量代表了试样一端相对于另一端的转动，即扭转角。扭转角的大小由活动夹头上的刻度线来指示。同时还通过转动传感器将转角信号输入到绘图仪中，带动绘图仪纸筒转动送出记录纸，在记录纸的长度方向构成转角坐标。
在实验过程中，随着试件扭转变形的增加，试样所受的扭转力矩也随之变化，绘图仪就画出扭转力矩—扭转角的实验曲线。
控制台面板
在扭转力矩示荷盘的右下方，有一个量程旋钮用以改变扭转力矩的测量量程。其测量范围有100N·m、200 N·m智能家居系统、500 N·m、1 000 N·m。当把旋钮转动到指定的量程时，示荷盘上的刻度标示值随之变化。以利于直接读取。在示荷盘左边的侧面上有一个转动轮，往上或往下转动可调整示荷盘指针的零点（一般情况下不要去转动它）。
扭转实验时的变形速度，可由改变电动机的转速来决定。由于本机采用可控硅直流电机，调速可在一个很大的范围内无级调整。调速由机器操纵面板的开关和旋钮来控制。控制面板如图，面板各开关，旋钮的功能如下所述。电源开关：按下“开”，接通整机电源；按“关”，断开整机电源： 活动夹头转动速度设置如下。
快速设置：速度设置开关扳于0～360°/min，表示活动夹头转动速度在0～360°/min的范围内变化，具体的速度由速度调节钮的转动来决定。
慢速设置：速度设置开关搬于0～36°/min之间变化。具体的速度由速度调节钮的转动量
来决定。
电机开关按钮：电机的转动由三个按钮决定，“正”为正转，“反”为反转，“停”为不转。改变电机转向时，应先按“停”然后再换回。
记录仪开关：此开关用于开关记录仪，当一切准备就绪后即可打开记录仪。用完关闭，以免电机转动空走纸。
3．扭转实验原理
试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。
低碳钢试件在发生扭转变形时，其T－φ曲线如图所示，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、剪切屈服极限和剪切强度极限。对应这三个强度特征值的扭矩依次为Tp、Ts、Tb。
在比例极限内，T与φ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(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，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增加，T－φ的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图(c)所示。
(a) (b) (c)
在T－φ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Ts，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出：
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Mb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可同下式求出：
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，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和主压应力，如图所示。
图2－11
情趣口香糖
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，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。
四、实验步骤
1、试件准备：
测量试件等截面范围两端及中间共三处截面的直径。为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算平均值，以三截面中最小处的平均值来计算初始横截面面积A0。
2．试验机准备：
（1）根据试件的剪切强度极限估算极限扭矩Tb，并选择合适的量程，最好使Tb大约为量程的80%，对于直径为10㎜的低碳钢和铸铁试件，取0～200N·m。
（2）选定转速范围，并把调速变档开关扳到所需的速度档。
（3）调整示力度盘主动针，对准零点。
（4）若需自动绘图，可打开自动绘图开关。
3．安装试件：
（1）将试样的一端安装于活动夹头中，并夹紧。
（2）慢慢移动减速器，使试样的未夹持端移动至固定夹头的近旁。开电机转动试样，使试样端部截面形状转动到与固定夹头处的形状正对上时就停机。推动减速器，使试样插入固定夹头之中，并夹紧。
4．进行实验：
启动电机（正转或反转）。钢试件在弹性范围内和铸铁试样的全过程的变形较小，应用较低的速度，钢试样在塑性范围内应用较高一点的速度。
用慢速逐渐加载，加载时按下正转按扭，以顺时针方向缓慢转动调速电位器进行无级调速，使之按要求的速度对试件加载，开始加载时就应使自动绘图器同时工作。
对于低碳钢试件，注意观察试验机示力度盘的指针，若指针停止转动或有轻微回摆，说明材料发生屈服，记录此时的扭矩Ts经过屈服阶段以后（铸铁试件无此阶段），即可快速加载，直至剪断为止，停车。由从动针读出最大扭Tb并记录。
5．取下试件，清理设备。
6．整理数据，完成实验报告。
五、预习思考题
1．低碳钢和铸铁在扭转破坏时有什么不同现象？断口有何不同？试分析其原因。
2．在实验中是怎样验证扭转虎克定律的？怎样测定和计算G？
实验纪录与结果样表
试件尺寸 | 直径 | 三处平均直径的最小值 | Wt |
截面I | 截面II | 截面III |
1 | 2 | 平均 | 1 | 2 | 平均 | 1 | 2 | 平均 |
| | | | | | | | | | pam加药 |
| 速记机 实验数据 | Ts | Tb | 备注 |
| | |
计算结果 | 屈服极限 | 强度极限 包装内托 | 备注 |
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实验分析 | |
问题讨论 | |
成绩 | | 指导教师 | |
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