【正文】 由扭角儀測出相距為 10 的兩個截面之間的相對扭轉(zhuǎn)角增量Φ I。 二、實驗原理 圓軸受扭時，材料處于純剪切應力狀態(tài)。 24 實驗 四 切變模量 G 的測定 一、實驗目的 1．測定低碳鋼材料的 切變 模量 G。 五、思考題 圖 47 鑄鐵的扭轉(zhuǎn)圖 圖 48 試沖受扭的應力分布圖 23 1．低碳鋼與鑄鐵試樣破壞等情況有何不同？為什么。記下被動指針所指的最大扭矩，注意觀察測角度盤的讀數(shù)。 5．對于低碳鋼試件，可以先用手動（或慢速電動加載）緩慢而均勻地加載，當測力指針前進速度漸漸減慢以至停留不動或擺動，這時，它表明的值就是 Ms（注意：指針停止不動時間很短，因此要留心觀察）。 3．將試件兩端裝入試驗機的夾頭內(nèi)，調(diào)整好繪圖裝置，將指針對準零點，并將測角度盤調(diào)整到零。在試件的中央和兩端共三處，每處測一對正交方向，取平均值作該處直徑，然后取三處直徑最小者，作為試件直徑 d，并據(jù)此計算 Wn。方向拉斷成一螺旋面。則分別 只作用著 ???1 、 ?? ??3 的正應力，如圖 4— 8 所示。從開始受扭， 直到破壞，近似為一直線，按彈性應力公式，其剪切強 度極限： nbb WM?? （ 4— 3） 試件受扭，材料處于純剪切應力狀態(tài)，在 垂直于桿軸和平行于桿軸的各平面上作用著剪 應力，而與桿軸成 45186。當達到 Mn 一 ? 曲線上的 C 點時，試件被剪斷。如圖 4— 6（ C），根據(jù)靜力平衡條件，可以求得 s? 與 Ms 的關系為： ?? A ss dAM ?? 將式中 dA 用環(huán)狀面積元素 ???d2 表示，則有 ? ?? 2/ 2 342 do nsss WdM ????? （ 4— 1） 故剪切屈服極限nss WM43?? 式中163dWn ??是試件的抗扭截面模量。 扭矩超過 MP 后，截面上的剪應力分布發(fā)生變化，如圖 4— 6（ b）。在 A 點處， Mn 與 ? 的比例關系開始破壞，此時截面周 邊上的剪應力達到了材料的剪切屈服極限 s? ，相應的扭矩記為 MP。低碳鋼試件的 Mn 一 ?曲線，如圖 4— 5 所示。利用機器上的自動繪圖裝置，可以得到 Mn 一 ? 曲線。 三、實驗原理 本試驗使用圓形截面試件。 ②在實驗時，不得觸動活動車頭。如所加扭矩超過了所用的測力量程，則揚起的擺桿上的一個彈簧片就會使限位開關動作，切斷電源，自動停車。無論這種旋轉(zhuǎn)是順時針的還是反時針的，通過反向杠 桿、變支點杠桿，總使拉桿下行。 試件受力后，固定夾頭就會旋轉(zhuǎn)一個不大的角度（不超過 2186。 19 圖 43 NN— 100 型扭力試驗機外形圖 電動加載：選用離合器桿可使加載夾頭具有四種轉(zhuǎn)速： 7 度／分、 21 度／分、60 度／分、 180 度／分。 （ 5）加載也有手動和電動之分。 （ 3）安裝試件先將試件一端裝在固定夾頭 1 中，向左移動活動車頭 12 并轉(zhuǎn)動加載夾頭 2，使試件的另一端插人夾頭 2 中。其操作步驟如下： （ 1）檢查試驗機夾頭 2 的形 式是否與試件配合，離合器桿 4 是否放在正確位置上。它適用于直徑為 ? 10～ 20mm，長度為 100～ 600mrn 的試件。 m（ m（ m（ m（ 100Kg m（ 50Kg m（ 20Kg 2） NN— 100A 型扭力試驗機 此機是一 種機械傳動加載，擺式機構(gòu)測扭矩的扭力試驗機。 ②在實驗時，不得觸動擺錘，以免影響測讀扭矩精度。 （ 8）注意事項 ①機器運轉(zhuǎn)時，操作者不得離開。這樣，隨著試驗過程的進行，筆尖便在圖紙上自動地繪出 Mn 一 ? 曲線。 （ 7）自動繪圖 —— 如果需要記錄試驗過程中扭矩和扭轉(zhuǎn)角的關系曲線，應在加載荷前 調(diào)好自動繪圖器的傳動裝置、圖紙、筆尖和墨水。度盤最小刻度為 1o，因此只適用于測量大變形。 （ 6）測扭轉(zhuǎn)角 —— 傳動主軸 8 除帶動活動夾頭轉(zhuǎn)動外，在它的一端還裝有一個 18 測角度盤 15，用它指示試件轉(zhuǎn)動端的絕對扭轉(zhuǎn)角。擺錘在擺起時推動與測力度盤相聯(lián)的齒桿，使齒輪和指針轉(zhuǎn)動，于是指針便在測力度盤 12 上指出試件所受扭矩的大小。這樣，與固定夾頭連在一起的擺桿 11 和擺錘 13 也就跟著擺起來了，以平衡活動夾頭加在試件上的力偶，于是試件便發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，隨受扭矩作用。 手搖加載：將變速桿 5 放在“空轉(zhuǎn)”位置，搖 動手搖柄 6，帶動變速箱中的軸 II，使傳動主軸 活動夾頭 I 旋轉(zhuǎn)。 （ 4）安裝試件 —— 先將試件的一端放在固定夾頭 2 中，搖動調(diào)距手柄 3，使活動夾頭 1 連同與它在一起的齒輪箱 17 沿傳動主軸 8 和水平導軸 4 移動，使試件另一端插入活動夾頭中后，再予以夾緊。否則，松開度盤上的螺母，轉(zhuǎn)動度盤使指針對準“零”點。 （ 2）估計試件所需的最大扭矩，選擇適宜的測力度盤 12 并配置相應的擺錘13。 圖 41 K— 50 型扭力試驗機外形圖 試驗機的外形如圖 4— 1 所示，其傳動系統(tǒng)如圖 4— 2 所示。 m）。 m）、 m）、 m）；相應的精度分別為 m） 500N m）、 200N它的量程隨所用擺錘的不同重量而分三種： 100N下面介紹兩種常見的扭力機。 二、實驗設備和量具 1．游標卡尺 2．扭力試驗機 扭力試驗機是一種可對試樣施加扭矩并能指示出扭矩大小的機器。 2．測定鑄鐵的剪切強度極限 b? 。此外，要在試樣周圍加防護罩；以免在試驗過程中試樣飛出傷人。 屈服階段結(jié)束后繼續(xù)加載，將試樣壓成鼓形即可停止。待試樣與上承墊接觸受力后，用慢速預先加少量載荷，然后卸載接近零點，檢查試驗機包括自動繪圖部分）工作是否正常。當上承墊接近試樣時，應大大減慢活動臺上升的速度。 3）安裝試樣 —— 將試樣準確地放在試驗機活動平臺承墊的中心位置上。用游標卡尺測量試樣的高度。假使測量鑄鐵受壓試樣斜斷口傾角 ? ，則可發(fā)現(xiàn)它略大于 45o 而 不是最大剪應力所在截面，這是因為試樣兩端存在摩擦力造成的。為什么象灰鑄鐵這脆性材料的抗拉坑壓能力相差這么大呢？這主要與材料本身情況（內(nèi)因）和受力狀態(tài)（外因）有關。鑄鐵的壓縮圖（ P 一△ 1 曲線）如圖 2— 3 所示，灰鑄鐵試樣的斷裂有 兩特點：一是斷口為斜斷口，如圖 2— 5 所示。所以，低碳鋼不具有抗壓強度極限（也可將它的抗壓強度極限理解為無限大），低碳鋼的壓縮曲線也可證實這一點。 低碳鋼的壓縮圖（即 P 一△ 1 曲線）如圖 2— 2 所示， 超過屈服之后，低碳鋼試樣由原來的圓柱形逐漸被壓成鼓形，即如圖 2— 4。 圖 21 球型承墊圖 14 在緩慢均勻加載下，測力指針是等速轉(zhuǎn)動的，當材料發(fā)生屈服時，測力指針的轉(zhuǎn)動將出現(xiàn)減慢，這時所對應的載荷即為屈服載荷 Ps。由于截面面積的增大，要維持屈服時的應力，載荷也就要相應增大。低碳鋼試樣壓縮時同樣存在彈性極限、 比例極限、屈服極限而且數(shù)值和拉伸所得的相 應數(shù)值差不多，但是在屈服時卻不象拉伸那樣明顯。 實驗時必須要加球形承墊，如圖 2— 1 所示，它 可位于試樣上端，也可以位于下端。若小于 l，則摩擦力的影響太大；若大于 3，雖然摩擦力的影響減小，但穩(wěn)定性的影響卻突出起來。為了在相同的試驗條件下，對不同材料的抗壓性能進行比較，應對 ho／ do 的值作出規(guī)定。當試樣的高度相對增加時，摩擦力對試樣中部的影響就變得小了，因此抗壓強度與比值 ho／ do 有關。目前常用的壓縮試驗方法是兩端平壓法。 測定 b? 可取制備好的試樣，只測出其截面積 A0，然后裝在試驗機上逐漸緩慢加載直 到試樣斷裂，記下最后載荷 Pb，據(jù)此即可算得強度極限0APbb ?? 六：思考題 由拉伸試驗所確定的材料機械性能數(shù)值 有何實用價值？ 為什么拉伸試驗必須采用標準試樣或比例試樣？材料和直徑相同而長短不同的試 樣，它們的延伸率是否相同？ 圖 18 鑄鐵拉伸圖 13 實驗二 壓縮實驗 一、實驗目的 1．測定壓縮時低碳鋼的屈服極限 s? 和鑄鐵的強度極限 b? 。注意到這些特點，可知灰鑄鐵不僅不具有 s? ，而且測定它的 ? 和 ? 也沒有實際義。它不象低碳鋼拉伸那樣明顯可為分線性、屈服、頸縮、斷裂等四個階段而是一根非常接近直線狀的曲線，并沒有下降段。斷面收縮率按下式計算： ％1000 10 ??? A AA? 圖 17 斷口移位法示意圖 12 最后，在進行數(shù)據(jù)處理時，按有效數(shù)字的選取和運算法則確定所需的位數(shù)，所需位數(shù)后的數(shù)字，按四舍六入五單雙法處理。 測量了 11，按下式計算伸長率，即 %1001 11 0 01 ???? 短、長比例試樣的伸長率分別以 δ δ 10 表示。 直測法：如拉斷處到鄰近標距端點的距離大于 10／ 3 時，可直接測量兩端點間的長度。拉斷處由于各種原因形成縫隙，則此縫隙應計入試樣拉斷后的標距部分長度內(nèi)。根據(jù)測得的 Pb可以按 0/ APbb ?? 計算出強度極限 b? 。當載荷達到最大 Pb 之后，測力指針也相應地由慢到快地回轉(zhuǎn)。卸載后若重新加載，加載曲線則沿原卸載曲線上升直到該點，此后曲線基本上與未經(jīng)卸載的曲線重合，這就是冷作硬化效應。 圖 15 不同鋼材的屈服圖 材料進入強化階段。 屈服階段終了以后，要使試樣繼續(xù)變形，就必須加大載荷。由于上屈服載荷隨試樣過度部分 的不同而有很大差異，而下屈服載荷則基本一致，因此一般規(guī)定以下屈服載荷來計算屈服極限 00 /,/ APAP sss 下?? 。借助于試驗機上自動繪出的載荷 —— 變形曲線可以幫助我們更好的判斷屈服階段的到達。國家標準規(guī)定的拉伸 速度是：屈服前，應力增加速度為 10N／ mm2／ s（ 1kgf／ mm2／ s），屈服后，試驗機活動夾頭在負荷下的移動速度不大于 ／ min。 4）試車正常后，正式實驗即可開始。 選定好機器量程，掛好相應擺錘之后就可按一般程序調(diào)整試驗機，安裝試樣， 10 并試車一次，即預加少量載荷然后卸載，至零點附近。就本次實驗來說，也就是須保證屈服載荷 Ps 和極限載荷 Pb 均在該范圍之內(nèi)。 上限不大于該載 荷級最大值的 90％。由于機器測力部分本身精確度的限制，每級載荷的刻度范圍只有一部分是有效的。 3）根據(jù)低碳鋼的強度極限，估計加在試樣上的最大載荷，據(jù)此選擇適當?shù)臋C器量程（也稱載荷級）。在標距長度的兩端各打一小標點，此二點的位置，應做到使其聯(lián)線平行于試樣的軸 線。 2）試樣標距長度 10 除了要根據(jù)圓試樣的直徑 d0 或矩形試樣的截面積 A0 來確定外，還應將其化整到 5mm 或 10mm 的倍數(shù)。 A0 的計算精確度：當 A0≤ 100mm2時 A0 取小數(shù)點后面一位，當 A0＞ 100mm2 時 A0 取整數(shù)。 常用試樣的形狀尺寸、光潔度等可查國家標準 GB228— 76 中的附錄一、二。非比例試樣的標距與其原橫截面間無上述一定的關系。式中 10 為標距， A0 為標距部分原始截面積，系數(shù) K 通常為 和 （前者稱為短試樣，后者稱為長試樣）。 拉伸試樣分比例試樣和非比例試樣兩種。 試樣的尺寸和形狀對材料的塑性性質(zhì)影響很大。 夾持部分用來裝入試驗 機夾具中以便夾緊試樣，過 渡部分用來保證標距部分能均勻受力，這兩部分的形狀和尺寸，決定于試樣的截面形狀和尺寸以及機器夾具類型。 2．鑄鐵屬脆性材料，軸向拉伸時，在變形很小的情況下就斷裂，故一般測定其抗拉強度極限 ? b。 8 ⑤在使用機器的過程中，如果聽到異聲或發(fā)生任何故障應立即停車（切斷電源），進行檢查和修復。 ③機器運轉(zhuǎn)時，操縱者必須集中注意力，中途不得離開，以免發(fā)生安全 事故。加載時要求測力指針勻速平穩(wěn)地走動，應嚴防送油閥開得過大，測力指針走動太快，致使試樣受到?jīng)_擊作用。 （ 4）注意事項 ①開車前和停車后，送油閥、回油閥一定要在關閉位置。這時關閉送油閥，緩慢打開回油閥，使油液泄回油箱，于是活動平臺到原始位置。