材料力学材料切变模量G的测定实验报告

材料力学材料切变模量G的测定实验报告在上次的扭转破坏实验中，我们观察到对于塑性材料（低碳钢）而言，在其扭转过程的弹性阶段，切应力与切应变是成正比的（符合虎克定律），这个比例系数就是我们今天要测量的剪切模量。剪切弹性模量（用G表示）是表征材料性质的又一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。剪切模量是材料的刚性指标之一，表征材料抵抗切应变的能力，剪切模量越大，该类材料在扭转过程中越不容易发生形变。材料的G值同样是选定机械零件材料的依据之一，也是工程技术设计中常用的参数。材料的剪切模量G和弹性模量E之间存在一定关系，即G=E/（2（1+μ）)，其中μ为材料的泊松比。本次实验采用百分表测定法（老机器）或电测法（新机器），选择的实验材料是低碳钢空心圆筒（老机器）或铝制空心圆筒（新机器）。选用的实验器材包括多功能材料力学实验台、百分表、电阻应变片、静态电阻应变仪及记录仪。由于材料的力学性能及设备测定精度均受温度影响，本实验在常温下进行，特此说明。通过本实验可以达到以下效果/成果（实验目的）：·了解所用设备的构造与工作原理，掌握其操作规程和方法并能够进行正确操作；·测定低碳钢或铝的剪切模量，掌握其百分表测量法或电测法的测定方法与原理。本实验用到以下理论知识（实验原理）：剪切模量G——材料在线性弹性范围内的剪切应力与切应变之比，即G=τ/γ，其中G(Mpa)为切变弹性模量；τ为剪切应力(Mpa)；γ为切应变(弧度)。τ和γ均可通过实验测得，本实验可采用百分表测定法或电测法，其中τ的测定方法基本一致，而γ的测定方法有所差异。（1）τ的测定试件表面切应力τ可通过公式τ=T/Wp计算出来，式中，T为扭矩，Wp为空心圆筒的抗扭截面系数。试件的一端固定不动，另一端通过横杆用传感器手动加载。为了消除弯曲影响，在空心圆筒自由端安装有一轴承，使这一端只允许产生绕轴向的角位移，从而试件仅受扭转的作用。扭矩为横杆长度（力臂）与横杆端施加荷载（力）的乘积，即T＝F·a。荷载通过力传感器反映出来，力臂直接测定得到。空心圆筒的抗扭截面系数Wp与圆筒尺寸有关，即，可以计算得到。（2）γ的测定a、百分表测定法与加载端相对的另一侧也装有横杆，连接一个百分表（B点）。当试件受扭转作用时，可动端的截面转动，使此横杆也转动，通过百分表测定B点的位移，可近似认为是弧长，然后计算出试件可动端的转角大小。百分表工作基本原理为：当测杆上、下移动时，百分表（千分表）的测杆带动内部内部齿轮转动，齿轮带动表面指针转动，将测杆轴线方向的位移量转变为表的读数。把百分表的圆周边等分成100个小格，百分表指针每转动一圈为Imm，每格代表1/l00mm。Δγ=Δb/a，其中Δb为B点增量的平均值，a为B到试样轴心的距离（半径）。b、电测法使用空心圆筒试件上与轴线成±45º方向的两片应变片，组成半桥形式接到应变仪上，从应变仪上读出应变值εr。根据电桥特性可知εr=2ε45º。另一方面，圆轴表面上任一点为纯剪切应力状态，根据广义胡克定律可以得到ε45º=γ/2。因此，有γ=εr。即直接通过应变仪上的读数可以得到切应变值。注意加载采用逐级等量加载法。具体实验步骤见教学视频。（采用老机器百分表测定法，新机器电测法视频待制作）（视频之后还有内容哦）子曰：学而不思则罔，所以看完视频后动动脑吧。思考题