试验一材料在拉伸压缩时的力学性质测试-烟台大学工程力学试验教学课件.ppt

1、来工程力学实验中心实习来工程力学实验中心实习热烈欢迎同学们热烈欢迎同学们 实验二实验二（1）金属材料扭转破坏实验）金属材料扭转破坏实验（2）剪切弹性模量）剪切弹性模量G的测试的测试 一、概述一、概述 扭转是杆件基本变形之一，扭转实验是测定扭转是杆件基本变形之一，扭转实验是测定金属材料机械性能的一个基本实验。金属材料机械性能的一个基本实验。 本实验测定低碳钢和铸铁在扭转时所表现出本实验测定低碳钢和铸铁在扭转时所表现出来的力学性质。来的力学性质。 杆件在扭转变形时处于纯剪切应力状态。杆件在扭转变形时处于纯剪切应力状态。而纯剪切应力状态有两种特殊地表示形式：而纯剪切应力状态有两种特殊地表示形式： 所

2、以，杆件的扭转破坏形式，就有两种可所以，杆件的扭转破坏形式，就有两种可能，一种是能，一种是剪切破坏剪切破坏，另一种是，另一种是拉伸破坏拉伸破坏。 二、目的二、目的 1 1、观察低碳钢和铸铁材料的扭转变形和、观察低碳钢和铸铁材料的扭转变形和破坏现象。破坏现象。 2 2、测定低碳钢的扭转屈服极限、测定低碳钢的扭转屈服极限 s s和扭转和扭转强度极限强度极限 b b，以及以及测试铸铁的扭转强度极测试铸铁的扭转强度极限限 b b 。 3 3、了解各种扭转试验机的工作原理，学、了解各种扭转试验机的工作原理，学会试验机的基本操作，培养学员的实验会试验机的基本操作，培养学员的实验动手能力。动手能力。 基本构

3、成：加载机构、位移测量系统、数据记录系统。基本构成：加载机构、位移测量系统、数据记录系统。扭转试验机扭转试验机试验机类型：试验机类型：NJ50B扭转试验机扭转试验机。三、使用设备、仪器三、使用设备、仪器测速发电机测速发电机直流电机直流电机无级变速无级变速试样试样示力度盘示力度盘记录仪记录仪电源开关电源开关控制开关控制开关 材料试验必须用一定尺寸的材料试验必须用一定尺寸的“试件试件”（或称作（或称作“试样试样”）来进行。低碳钢和铸铁材料的扭转试件如图所示来进行。低碳钢和铸铁材料的扭转试件如图所示。四、试四、试 件件扭转试件扭转试件dd=10mm五、测试内容五、测试内容 （一）低碳钢扭转试验（一）

4、低碳钢扭转试验低碳钢扭转试验低碳钢扭转试验（模拟模拟）B1、弹性变形阶段弹性变形阶段2、屈服阶段屈服阶段3、强化阶段强化阶段4、断裂阶段断裂阶段 T0 TATA CTmax TBD 断口形貌断口形貌 破坏机理分析破坏机理分析 横截面上剪应力造成的剪切破坏。横截面上剪应力造成的剪切破坏。横截面上剪应力造成的剪切破坏横截面上剪应力造成的剪切破坏 b扭转强度极限扭转强度极限; 强度性质强度性质 s扭转屈服极限扭转屈服极限;B T0 TATA CTmax TBD s = 34TBWp b = 34Tmax Wp s s343434343434屈服点屈服点 b srdrd 在全面屈服时：在全面屈服时：

5、r = sMs= Ar s dAdA=rd dr= 0d/2 r2 s dr 02 d =2 0d/2 r2 s dr =2 s ()313d2= s d312 s= Msd312= 12 Ms16 d316= 3 Ms4WpdAdA= Ar s rd dr b = 3 Mb4Wp同理有：同理有：关于扭转屈服应力计算公式的说明关于扭转屈服应力计算公式的说明 较为准确的测试方法较为准确的测试方法TS s= 2 R2tTSTS2A0t= 测试结果较为准确测试结果较为准确优点：优点：缺点：缺点：（1）试样制作较难）试样制作较难（2）发生扭转失稳）发生扭转失稳屈服应力屈服应力薄壁圆筒试样测试薄壁圆筒试

6、样测试2R s s(二二) 铸铁扭转破坏试验铸铁扭转破坏试验 铸铁扭转破坏试验铸铁扭转破坏试验 T0 T Tmax b扭转强度极限扭转强度极限; 强度性质强度性质 b = TMAX Wp断口形貌断口形貌 脆性断裂破坏脆性断裂破坏 破坏机理分析破坏机理分析 45 斜截面上正应力造成的拉伸断裂破坏。斜截面上正应力造成的拉伸断裂破坏。实验报告实验报告 试验日期试验日期 年年 月月 日日目的：目的：设备：设备：记录及计算结果记录及计算结果1 1、观察低碳钢和铸铁材料的扭转变形和破坏现象。、观察低碳钢和铸铁材料的扭转变形和破坏现象。2 2、测定低碳钢的扭转屈服极限、测定低碳钢的扭转屈服极限 s s和扭转

7、强度极限和扭转强度极限 b b，以及以及测试铸铁的扭转强度极限测试铸铁的扭转强度极限 b b 。3 3、了解各种扭转试验机的工作原理，学会试验机的、了解各种扭转试验机的工作原理，学会试验机的基本操作，培养学员的实验动手能力。基本操作，培养学员的实验动手能力。 NJ50B扭转试验机扭转试验机。实验报告实验报告 记录及计算结果记录及计算结果测 量 项目低碳钢铸铁试件直径d（mm）屈服扭矩Ts（Nm）抗扭截面模量Wp（mm3）屈服剪应力s = （MPa）3Ts4Wp破坏扭矩Tb（ Nm ）破坏剪应力（MPa）b = （低碳钢）3Tb4Wpb = （铸铁）TbWp试件破坏形状立体图试件破坏形状立体图

8、分析与讨论分析与讨论材 料试 验 前试 验 后低碳钢铸 铁dd分析与讨论分析与讨论 内容提示：内容提示： 1、 对低碳钢扭转曲线作以理论分析。对低碳钢扭转曲线作以理论分析。 2、 结合断口形貌对低碳钢和铸铁试件结合断口形貌对低碳钢和铸铁试件的断裂机理作以理论分析。的断裂机理作以理论分析。 3、通过本实验，根据低碳钢和铸铁的、通过本实验，根据低碳钢和铸铁的力学性能，你对这两种金属材料的如何正确力学性能，你对这两种金属材料的如何正确使用有何见解和建议。使用有何见解和建议。(三三) 剪切弹性模量剪切弹性模量G的测定的测定一、目的：一、目的：（1）在材料的比例极限范围内验证剪切虎克定律。）在材料的比例

9、极限范围内验证剪切虎克定律。（2）用百分表扭角仪测定低碳钢材料的剪切弹性）用百分表扭角仪测定低碳钢材料的剪切弹性模量模量G。二、装置：二、装置：百分表扭角测定仪百分表扭角测定仪：西北工业大学材料力学实验室研制西北工业大学材料力学实验室研制加载机构加载机构：悬臂梁式砝码加载。：悬臂梁式砝码加载。测量机构测量机构：百分表式差动位移转角测定机构。：百分表式差动位移转角测定机构。基本数据基本数据：试样直径：试样直径：d=10mm，试样标距：试样标距： 0=100mm，加载臂长：加载臂长：LB=255mm，转动臂长：转动臂长：R=97mm，砝码重量：砝码重量：P=1kgf（共五只）。（共五只）。三、原理

10、：三、原理：理论公式：理论公式： 扭转角扭转角 = Mn 0GJp测量计算：测量计算： = RMn=PLJp= d432差动位移差动位移 = Mn 0GJpR关系式：关系式：G= Mn 0 R Jp实测剪切弹性模量：实测剪切弹性模量：（剪切虎克定律）（剪切虎克定律）实验报告实验报告 试验日期试验日期 年年 月月 日日目的：目的：设备：设备：记录及计算结果记录及计算结果（1）在材料的比例极限范围内验证剪切虎克定律。）在材料的比例极限范围内验证剪切虎克定律。（2）用百分表扭角仪测定低碳钢材料的剪切弹性）用百分表扭角仪测定低碳钢材料的剪切弹性模量模量G。百分表扭角测定仪百分表扭角测定仪、加载机构加载机构：悬臂梁式砝码加载。：悬臂梁式砝码加载。测量机构测量机构：百分表式差动位移转角测定机构。：百分表式差动位移转角测定机构。实验数据和整理实验数据和整理G = /n= （Gpa） Gini =1扭矩（kgcm）百分表读数（cm）扭转角（rad）剪切模量砝码数 Mn（一） （二） （三）RG= MnL0 JP Gi =ni =1分析、讨论分析、讨论：内容提示：内容提示： 1、 对实验数据作误差分析。对实验数据作误差分析。 2、 对测试方法、技术有何建议和新的设想。对测试方法、技术有何建议和新的设想。再见再见 ！再再见！见！