规定非比例扭转应力

杨汉文金属材料的扭转实验一、实验目的测定低碳钢（或铝合金）的切变模量G。测定铝的规定非比例扭转应力测定低碳钢的屈服点或上屈服点、下屈服点和抗扭强度观察并分析不同材料在扭转时的变形和破坏现象。图1-19 扭转试样杨汉文二、设备和仪器1.

RNJ-500微机控制电子扭转试验机。单片机测控箱固定夹具活动夹具减速箱导轨工作平台手动调整轮伺服电机机架图附1-5-1

RNJ－500型微机控制扭转试验机示意图杨汉文固定夹具(2)一端与扭矩传感器相连，另一端用于试样安装；活动夹具(3)则一端固定试样，另一端与减速箱(4)相连。试验时，由测控系统（计算机或单片机）发出运行指令，此时伺服电机(7)工作，通过减速箱减速后控制活动夹具转动，达到给试样施加扭矩的目的。另外出于试验机调零和操作灵活的考虑，该试验机提供了手动调节的控制方式。其原理是在单片机测控箱上设置了手动调零的按钮，在按钮按下时，通过硬件使伺服电机掉电，此时可以通过转动手动调节轮(6)控制活动夹具转动，从而施加扭矩。杨汉文图附1-5-2扭转试验机测量系统组成图试验机测量系统主要由扭矩传感器、小角度扭角仪、光电编码器、单片机系统、计算机、网络打印机等组成，如图1-5-2所示。在试样承受扭矩时，产生扭转变形，标距间的扭转角由小角度扭角仪获得，同时通过光电编码器获取活动夹具的转动角度。这样，单片机系统将相应的扭矩、标距间扭转角以及活动夹具的转动角度信号分别进行放大，并作数字化处理后的结果通过RS-232传递给计算机系统，计算机系统对接受的数据按用户要求分别绘制出相应的测试曲线，并将最后试验结果输出杨汉文2.

小扭角传感器。3.

游标卡尺。试样固定夹块紧定螺母旋转夹块标距标尺数字百分表图附1-5-4小角度扭角仪示意图杨汉文四、测量原理材料的切变模量G是在扭转过程中，线弹性范围内切应力和切应变之比。切变模量G是计算构件扭转变形的基本参数，可采用逐级加载法或图解法测定1、测G(逐级加载法)先通过试验机采用手动形式施加初始扭矩T0，然后采用等增量加载，加载五次，第i次加载后扭矩为（a）标距间相对扭转角由试验机提供的小角度扭角仪测量。获得，记录每级载荷下的扭转角各级加载过程中的切变模量为：取平均值：杨汉文或采用最小二乘法计算切变模量G。或者：杨汉文2、测G（图解法）通过试验机配备的扭矩传感器以及小角度扭角仪，可自动记录扭矩－扭转角（T-）曲线，如图1-20所示。在所记录的曲线的弹性直线段上，选取扭矩增量和相应的扭转角增量。按下式计算材料的切变弹性模量G式中：为小角度扭角仪的测量标距；为试样截面对圆心的极惯性矩。图1-20图解法测G杨汉文3低碳钢屈服点测定拉伸时有明显屈服现象的金属材料（如低碳钢）在曲线有两种类型，扭转时同样有屈服现象。通常T-见图1-21。扭矩保持恒定而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩，记作

（图1-21a），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为屈服点，记作图1-21

有明显屈服现象的T-

曲线杨汉文在屈服阶段，扭矩首次下降前的最大扭矩称为上屈服扭矩，按弹性扭转公式计算所得的切应力称为上屈服点：屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩（不加说明时即指下屈服扭矩），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为下屈服点：杨汉文试样在断裂前所承受的最大扭矩，按弹性扭转公式计算得抗扭强度，从自动记录的曲线上读取试样断裂前的最大扭矩，按下式计算抗扭强度：铸铁：低碳钢：图1-24铸铁扭转曲线低碳钢的扭转曲线杨汉文4铝合金规定非比例扭转应力测定对于没有明显屈服现象的材料（如铝合金），需要测定扭转比例极限和扭转屈服强度时，按国家标准规定测定“规定非比例扭转应力”，记作试样标距部分表面上的非比例切应变达到规定数值时，按弹性扭转公式计算得到的切应力称为“规定非比例扭转应力”。相应应力附以下标说明非比例切应变规定值。称为条件扭转比例极限称为扭转屈服强度杨汉文曲线上（见图1-25），延长弹性直线段交轴在自动记录的T-于O点，截取式中：n

为扭转角放大倍数，

为试样原始直径为规定的非比例切应变，为小角度扭角仪测量标距，过C点作弹性直线段的平行线交曲线于A点，A点对应的扭矩即为与非比例切应变规定值

所对应的扭矩，规定非比例扭转应力为：图1-25图解法求规定非比例扭转应力杨汉文三、实验步骤

1．测量试样尺寸在试样的标距两端及其中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，将试样原始尺寸记入表1-10。2．试验机准备打开试验机测控箱电源，启动计算机及测试软件，操作软件使测控箱和计算机作数据通讯，根据试验要求，调节试验设置窗口（包括角度传感器、扭转速度的调节）以及扭矩窗口的零点调节，详细请参见附1-5扭转试验机。加载速度按试验标准选择（屈服前应在6°～30°/min范围内，屈服后不大于360°）。杨汉文3．安装试样：注意试样的夹紧和对中。由于试件平面在安装时与夹具平面不完全吻合，可能会使扭矩偏移零点，此时应通

过机械调零的方法将扭矩重新归零，同时将角度显示窗口清零。测定材料的切变模量G，或测定规定非比例扭转应力，应选择小角度传感器。安装过程中应将扭角仪的试验标距调整为

50mm，同时角度显示窗口清零。测试测G(逐级加载法)测G（图解法）测规定非比例扭转应力（图解法）测屈服点及抗扭强度杨汉文5.1测G(逐级加载法)试验过程采用手动方式进行。先施加3N.m的初始扭矩，记下初始角度；然后采用等增量（如=5N.m）分五级加载，记录

每次对应的角度值（在对应显示窗口显示）。重复测试三次，获取三组测量数据，记录于表1-9中。杨汉文5.2测G（图解法）用于图解法测G的曲线，T轴比例应适当，应使曲线的弹性直线段的高度超过扭矩轴量程的以上，并使弹性直线段与扭矩夹角不小于40度。点击测试软件运行窗口，在观察到扭矩进入非弹性阶段时应及时中止试验，保存试验数据。打印试验曲线。无论采用逐级加载法或图解法测G，在完成测试后，均应取下小角度扭角仪，然后卸载，将扭矩卸回零点，将试样取出。图1-20图解法测G杨汉文5.3测规定非比例扭转应力（图解法,铝合金）用于图解法测规定非比例扭转应力的曲线，同样应使曲线的弹性直线段的高度超过扭矩轴量程的以上，扭角轴的放大倍数应使图1-25中的OC段大于5mm。点击测试软样运行窗口，正式测试，直至试件变形开始急剧增加时，停止

实验，取下试样。保存实验数据。打

印试验曲线。图1-25图解法求规定非比例扭转应力杨汉文5.4测屈服点及抗扭强度（