弯曲与扭转实验报告

1、材料力学实验报告-弯曲扭转扭转实验一、实验目的学习扭转实验机的构造原理，并进行操作练习。测定低碳钢的剪切屈服极限百、剪切强度极限召和铸铁的剪切强度极限石。观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏情况。二、实验仪器扭转实验机，游标卡尺。三、实验原理塑性材料和脆性材料在扭转时的力学性能。(参考材料力学课本及其它相关 书籍)四、实验步骤低碳钢实验量取试件直径。在试件上选取3个位置，每个位置互相垂直地测量2次直 径，取其平均值；然后从3个位置的平均直径值中取最小值作为试件的直径。将扭转实验机刻度盘的从动针调至靠近主动针。主动针的调零方式为自动 调整，如果主动针不在零位，应通知老师，由老师进行调整。绝对

2、不能用调从动 针的方法，将两针调至零位。把试件安装在扭转试验机的夹头内，并将螺丝拧紧(勿太用力)。安装时， 一定要注意主动夹头的夹块要保持水平(固定夹头的夹块总是水平的)，以避免 引起初始扭矩。如果已经出现小量的初始扭矩，只要不超过5N*m，可以开始加 载。另外，试件在水平面和垂直面上不能歪斜，否则加载后试件将发生扭曲。打开绘图记录器的开关；将调速旋钮置于低速位置。开始用0类“网 档 慢速加载，每增加5N*m的扭矩，记录下相应的扭转角度。实验过程中，注意观 察试件的变形情况和甄顼图，当材料发生流动时，记录流动时的扭矩值踱和 相应的扭转角度。另外，注意记录扭矩刚开始下降时的扭矩值和相应的扭转角度

3、。 扭矩值估读到0.1N*m。流动以后，继续加载，试件进入强化阶段，关闭记录器后，将电机速度选 择在0360n/mffi档，加快加载速度。这时由于变形速度较快，可每增加180 度取一次扭转角度。直至试件扭断为止，记下断裂时的扭矩值羽七注意观察断 口的形状。注意，试件扭断后应立即停止加载，以便记录断裂时的扭转角度。铸铁实验操作步骤与低碳钢相同。因铸铁在变形很小时就破坏，所以只能用 E&E 档慢速加载。每增加5N*m的扭矩，记录下相应的扭转角度。注意观 察铸铁试件在扭转过程中的变形及破坏情况，并记录试件扭断时的极限扭矩值 羽和相应的扭转角度。注意，试件扭断后应立即停止加载，以便记录断裂时的 扭转角

4、度。五、实验记录试件低碳钢铸铁直径(第1次)0.9720.9700.9900.986直径(第2次)0.9720.9740.9860.988直径(第3次)0.9700.9720.9920.996流动荷载也 j 42.5 N - m无破坏荷载甄=98 N - m吼=67.5 N - m形 状圆形螺旋状注：低碳钢的剪切流动极限及强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。原因 是这样：圆轴扭转在弹性变形范围内剪应力分布如参考图(a)所示，对于塑性材料，当扭矩增大到一定数值后，试件表面应力首先达到流动极限百，并逐渐向内 扩展，形成环形塑性区，如参考图(b)所示。若扭矩逐渐增大，塑性区也不断扩 大。当扭矩达

5、到过时，横截面上的剪应力大小近似为百，如参考图(c)所示，在3虬习=-x这种剪应力分布形式下，剪应力公式为勺吧。试件继续变形，材料进一步强化，当试件扭断时，假设整个截面的剪应力都 达到包此时最大扭矩为虬，因此剪切强度极限和流动极限一样，近似地写为3君=一乂。由于铸铁是脆性材料，应力在截面上从开始受力直至破坏都保持线性分布， 当边缘上的剪应力达到4时。此时最大扭矩为M&，故仍用弹性阶段的应力公式 计算强度极限。预习思考题1）分析试件在扭转状态下各点的主应力大小和方向。答:扭转状态下，横街面上主应力大小从圆心向外线性增大，在半径处达到最大， 方向垂直于半径和扭转力矩方向相同。2）低碳钢屈服极限和强

6、度极限的计算公式中为什么会出现3/4?请分析并推导 计算公式。答：圆轴扭转在弹性变形范围内剪应力分布为线性分布，对于塑性材料，当扭矩 增大到一定数值后，试件表面应力首先达到流动极限二，并逐渐向内扩展，形成 环形塑性区，若扭矩逐渐增大，塑性区也不断扩大。当扭矩达到Ms时，横截面3 M上的剪应力大小近似为二，在这种剪应力分布形式下，剪应力公式为=3xW p由于铸铁是脆性材料，应力在截面上从开始受力直至破坏都保持线性分布，当边 缘的剪应力达到二时，最大扭矩为Mb，故仍用弹性阶段的应力公式计算强度极 限。3）为什么扭转试件两端较粗，中间较细？中间和两端采用光滑曲线过渡，而不是 直角连接答：这样便于试件

7、的安装，中间和两端采用光滑曲线过渡是为了防止应力集中而 产生扭断。4）如果扭转试件是屈服失效，请用最大剪应力理论分析一下试件可能的断口形状。答：最大剪应力应是与试件端面平行，如果是屈服失效，则断口形状应是平面。5）如果扭转试件是断裂失效，请用最大拉应力理论分析一下试件可能的断口形状。答：根据最大拉应力理论，如果试件是断裂失效，则会出现a=45。时，拉应力 最大，这时断口形状应是45。的斜面。6）什么是塑性材料？什么是脆性材料？（如果在你做的其它实验中也有此题，回 答一次即可）答：伸长率55%的材料称为塑性材料，6V5%的材料称为脆性材料。分析思考题1）扭转实验中你是怎样测量试件直径的？为什么采

8、用这种方法？你有其它方法 测量直径吗？你的依据是什么？答：取三个不同的位置，每个位置相互垂直测两次，为了减少材料在加工过程中 使试件不规则而引起的误差。2）扭转实验对试件的放置有什么要求？为什么？答：主动夹保持平衡，是为了避免引起初始扭矩。3）夹紧试件后，如果读数盘的主动针偏离了零位，这是什么原因造成的？对实 验结果有什么影响？应该怎样解决？答：夹块没有保持水平位置，影响实验所测得数据。重新调整试件的位置。4）两种扭转试件的断口形状分别是什么样的？怎样解释这种结果？答：低碳钢为平面，铸铁为螺旋曲面。5）通过实验你觉得低碳钢的塑性性能如何？你的依据是什么？铸铁呢？答：通过实验我们知道低碳钢的可塑

9、性比铸铁好，因为强度极限比较大；铸铁可 塑性比较差，易断裂。6）在拉伸、压缩、扭转三个试验中，你已经做了那些实验？请通过这些实验， 总结一下低碳钢的抗拉、抗压、抗扭强度的大小关系。同样地，请总结一下铸铁 的抗拉、抗压、抗扭强度的大小关系。拉伸，压缩实验，扭转。由实验数据可以得出，对于低碳钢，其抗扭强度小于抗 拉强度小于抗压强度;对于铸铁，其抗扭强度小于抗拉强度小于抗压强度。7）结合你已经做过的实验（拉伸、压缩、扭转），请对比低碳钢和铸铁的抗拉、 抗压、抗扭强度的大小关系。举例说明其使用范围。低碳钢属于塑性材料，在工程中有着广泛的应用。大多不经热处理用于工程结构 件，有的经渗碳和其他热处理用于要

10、求耐磨的机械零件。铸铁属于脆性材料，其抗拉强度低，塑性性能差，但抗压能力强，价格低廉的特 点凸显了其作为抗压构建材料的优越性。广泛应用与铸造机床床身、机座、缸体 及轴承等受压零部件。8）结合你已经做过的实验（拉伸、压缩、扭转），请分析低碳钢的荷载-位移曲线 有什么共同点？低碳钢在拉伸和压缩、扭转过程中都经历屈服点，并且在图像上都有一段荷载基 本不变（小范围的波动）的阶段。并且经过计算可以发现，压缩时的弹性模量和 屈服极限6 s都与拉伸时大致相同。9）对于本次实验，你的体会是什么？你有什么建议吗？答：这次试验做完后，我对铸铁和低碳钢的性质有了较全面的认识，拉伸、压缩、 扭转、弯曲等，低碳钢和铸铁

11、都有不同的性质。铸铁表现脆性，低碳钢表现韧性。 但是由于客观条件的原因使得我们实验设备较少，这就使得很多同学没有实际操 作试验，建议每组同学人数保持在23人，增加硬件设备。实验数据处理:试件低碳钢铸铁直径（第1次）0.9720.9700.9900.986直径（第2次）0.9720.9740.9860.988直径（第3次）0.9700.9720.9920.996流动荷载虬=42.5 N - m无破坏荷载虬=98 N - m峰=67.5 N - m形 状圆形螺旋状低碳钢：- 0.972 + 0.970 + 0.972 + 0.974 + 0.970 + 0.972d = 0.9717cm;6nd

12、3w = 1.8013 x10-7 m 3;t = 3 M = 176.95MP；t = 3 M = 408.04MPa;s 4 wb 4 w铸铁：- 0.990 + 0.986 + 0.986 + 0.988 + 0.992 + 0.996d = 0.9897cm;6兀d 3w = 1.9032 x10-7 m 3;3 Mt =b = 266MPa;t弯曲实验实验目的测定纯弯曲梁的正应力，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲正应力公 式。实验仪器组合实验台弯曲梁实验装置，电阻应变仪，预调平衡箱，数字测力仪。实验原理示意图请参见两端铰支的矩形截面钢梁，在距两端支座为仃处，分别作用相M =-Pa

13、同大小的力。梁的AB段为纯弯曲，其弯矩为2。为了实测正应力，可在梁的AB段内沿横截面表面均匀粘贴7个电阻应变片（7个测点）。当梁受到荷载作用时，可从电阻片的变形测得各点的应变值占。在比例极限 范围内，应力与应变之间存在着正比关系，即。=占。因而通过测得应变值便 可计算出该点正应力的数值。关于电阻应变片和应变测量电路的原理参见电阻应变仪。实验步骤观察预调平衡箱后面板的接线，将测点与通道的对应关系记录下来。数字测力仪的量程设为20KN，初始调零。将电阻应变仪的“基零、测量”开关置在“基零”位置，调节“基零平衡”, 使显示为零。将电阻应变仪的“基零、测量”开关置在“测量”位置，旋转“换点开关”，调节

14、相应的通道，使其电桥平衡（显示为零）。将所用的7个通道同时调零。逐级加载，每增加0.5KN记录7个通道的应变仪读数。加载到4KN后，卸载。根据应变仪读数求出各测点应变差值的算术平均值，然后计算应力值。实验记录宽度 b=20mm高度 h=40mm加力点到支座的距离a=120 mm弹性模量占= 210 Gpa何载通道通道通道通道通道通道通道测点1测点2测点3测点4测点5测点6测点7一Ac745ac700.50-560-340-14050180430570.5-56-34-145184357-52-30-1351637561.0-108-64-27103480111-48-30-1341435490

15、.5-40160预习思考题1）分析在纯弯曲状态下，梁截面的应力分布情况。M 答：由 =亍；梁截面的正应力从圆心处向外径依次增大，方向垂直于试件。2）如果将电阻应变片的灵敏系数由2.0改为2.1,则测出的应变值会有什么影 响？dR 一答：由=k可知，当k由2.0变为2.1时，应变减小。R3）电阻应变片由金属电阻丝制成，测量应变时电阻丝是有电流的；弯曲实验中 的钢梁也是金属，由于电阻应变片是直接粘贴在钢梁表面的，所以实验时钢梁中 也会有电流通过，这是正常现象，不会影响测量结果。你是否同意这种看法？为 什么？答：同意，因为应变片是通过电阻的微小变化来测量，由于电流很小，对测量影 响不大。4）一位同学

16、在操作中有这样一个过程：将电阻应变仪的“基零、测量”开关置 在“基零”位置，调节“基零平衡”，使显示为零，然后旋转“换点开关”，调 节所有通道，使其电桥平衡，接着就开始加载测量应变。请问，这位同学的操作 正确吗？为什么？答：不正确。应先旋到“换点开关”，调节所有通道，使电桥平衡，再将应变仪 的“基零、测量”开关置在调节“基零平衡”，使显示为0，开始加载。5）如果电阻应变仪的显示窗口的读数为“-200”，这是什么意思？ 答：表示应变为2 X10 -46）我们知道，在拉伸、压缩、弯曲、扭转作用下物体都会产生应变，那么电阻 应变片可以用来测量那些应变呢？为什么？答：电阻应变片可以测量弯曲和扭转，而拉

17、伸压缩会使其贴在表面的应变片损坏 而不能测量。7）温度补偿片有什么作用？答：因为电阻应变片对温度变化十分敏感，因此用温度补偿片来补偿温度对应变片 的影响。分析思考题1）在弯曲实验中采用的是全桥测量还是半桥测量？答：全桥测量。2）如果加载前应变有初读数，应该怎样处理测量结果？答：将测量所得的数据减去初读数即可得实验所需数据。3）对于本次实验，你的体会是什么？你有什么建议吗？ 答：这次试验所得的值与理论值有一定差距，但不是很大。这是因为加载力时， 在所需的力之间来回调，导致实验存在误差。通过这次实验我加深了弯曲力矩、 正应力的理解，从试验中对弯曲有了更深的认识。增强了实际动手能力。实验数据处理：匕=告=%3X1宜=1.0667X10 ； 实际二牛z应变平