材料力学金属扭转实验报告
【实验目的】
1、验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G。

测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限弋握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能；
2、绘制扭矩一扭角图；
3、观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象，并比较它们性质的差异；
4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。

【实验仪器】
【实验原理和方法】
1. 测定低碳钢扭转时的强度性能指标
试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。

随着外力偶矩的增加，当达到某一值时，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩M es，低碳钢的扭转屈服应力为
式中：W p二「d3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。

在测出屈服扭矩T s后，改用电动快速加载，直到试样被扭断为止。

这时测矩盘上的从动
指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩M eb，低碳钢的抗扭强度为
对上述两公式的来源说明如下：
低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的M e-'图如图
1-3-2所示。

当达到图中A点时，M e与「成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s，如能测得此时相应的外力偶矩M ep，如图1-3-3a所示，则扭转屈服应力为
(3)将扭角测量装置的转动臂的距离调好，转动转动臂，使测量辊压在卡盘上。

4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。

按“运行”键，开
始试验。

5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算
结果。

6、试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。

、铸铁
1、试件准备：在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，
再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d o在低碳钢试件表面画上一条纵向线和两条圆周线，以便观察扭转变形。

2、试验机准备：按试验机一计算机一打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使
用。

根据计算机的提示，设定试验方案，试验参数。

3、装夹试件：启动扭转试验机并预热后，将试件一端固定于机器，按"对正"按钮使两夹
头对正后，推动移动支座使试件头部进入钳口间•
4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。

按“运行”键，开
始试验。

5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算
结果。

6试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。

【实验数据与数据处理】
一.低碳钢扭转
低碳钢直径测量
注：第二次实验修正标距为
3.线性阶段相关数据
当处于线性阶时，有
二.铸铁扭转
【实验结果分析】
一、低碳钢数据处理
1、验证线性阶段的数据是否为一条直线，以验证比例极限内的扭转角公式根据Original Data, 运用matlab拟合实验数据
则选取数据如下表
用m a t l a b绘制的图如下满足线性关系、计算低碳钢模量G
所以，------- -----------
三、计算低碳钢和铸铁的剪切强度极限b
1、低碳钢：
屈服极限：------------------
强度极限：--- --- -----------
2、铸铁
强度极限:
端口形状：
低碳钢铸铁
【实验思考】
1、试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响？为什么？答：弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。

2、逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同？为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量？
答：逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

3、碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同？分析其原因. 答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。

铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约45°的螺旋形曲面，为拉应力破坏。

4、铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系？为什么？
答：有关系。

扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关。