弯曲与扭转实验报告.docx

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1、弯曲与扭转实验报告材料力学实验报告-弯曲扭转 扭转实验 一、实验目的 1学习扭转实验机的构造原理，并进行操作练习。 2测定低碳钢的剪切屈服极限、剪切强度极限和铸铁的剪切强度极限。 3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 1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

2、零位，应通知老师，由老师进行调整。绝对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。安装时，一定要注意主动夹头的夹块要保持水平，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图，当材料发生流动时，记录流动时的扭矩值和相应的扭转角度。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。扭矩值估读到0.1N*

3、m。 流动以后，继续加载，试件进入强化阶段，关闭记录器后，将电机速度选择在档，加快加载速度。这时由于变形速度较快，可每增加180，注意观察断度取一次扭转角度。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。 2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度。 五、实验记录 试件 直径(第1次) 0.972 直径(第2

4、次) 0.972 直径(第3次) 0.970 流动荷载 破坏荷载 形 状 低碳钢 0.970 0.974 0.972 0.990 0.986 0.992 铸铁 0.986 0.988 0.996 无 67.5Nm 螺旋状 42.5Nm 98Nm 圆形 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，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。当扭矩达到时，横截面上的剪应力大小近似为，如参考图(c)所示,

5、在这种剪应力分布形式下，剪应力公式为。 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，此时最大扭矩为，因此剪切强度极限和流动极限一样，近似地写为。 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计算强度极限。 六预习思考题 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

6、扭矩增大到一定数值后，试件表面应力首先达到流动极限s，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，横截面时。此时最大扭矩为，故仍用弹性阶段的应力公式3M上的剪应力大小近似为s，在这种剪应力分布形式下，剪应力公式为s=s 4Wp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b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

7、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=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5%的材料称为塑性材料，5%的材料称为脆性材料。 七分析思考题 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

8、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)

9、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。 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。 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？ 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

10、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 直径(第1次) 0.972 直径(第2次) 0.972 直径(第3次) 0.970 流动荷载 破坏荷载 形 状 低碳钢 0.970 0.974 0.972 0.990 0.986 0.992 铸铁 0.986 0.988 0.996 无 67.5Nm 螺旋状 42.5Nm 98Nm 圆形 低碳钢： 0.972+0.970+0.972+0.974+0.970+0.972=0.9717cm;6pd3 wt=1.801310-7m3;163Ms3Mbts=176.95MP

11、a;tb=408.04MPa;4wt4wtd=铸铁： 0.990+0.986+0.986+0.988+0.992+0.996=0.9897cm;6pd3wt=1.903210-7m3; 163Mbtb=266MPa;4wtd=弯曲实验 一实验目的 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。 二实验仪器 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。 三实验原理 示意图请参见两端铰支的矩形截面钢梁，在距两端支座为同大小的力。梁的AB段为纯弯曲，其弯矩为处，分别作用相。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。 当梁受到荷载作用

12、时，可从电阻片的变形测得各点的应变值范围内，应力与应变之间存在着正比关系，即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。 四实验步骤 1.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。 2.数字测力仪的量程设为20KN，初始调零。 3.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。 4.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”，调节相应的通道，使其电桥平衡。将所用的7个通道同时调零。 5.逐级加载，每增加0.5KN记录7个通道的应变仪读数。 6.加载到4KN后，卸载。 7.根据应变仪读数

13、求出各测点应变差值的算术平均值，然后计算应力值。 。在比例极限。因而通过测得应变值便五实验记录 宽度 b=20mm 高度 h=40mm 加力点到支座的距离 a=120 mm 弹性模量 210 Gpa 通道 荷载 测点1 通道 测点2 通道 测点3 通道 测点4 通道 测点5 通道 测点6 通道 测点7 0 0 -56 0 -34 0 -14 0 0 5 18 5 34 4 14 48 4 17 65 1 11 76 3 14 90 7 20 216 46 262 182 26 301 58 153 29 251 50 115 38 210 41 16 80 35 18 0 43 0 57 56

14、 111 49 160 50 0.5 -56 -52 -34 -30 -64 -48 -30 -94 -52 -124 -40 -27 -151 -49 -181 -32 -30 -14 5 -13 10 -13 14 -15 18 -13 19 -14 22 -13 29 43 37 57 1.0 -108 -27 0.5 0.5 -156 -208 -248 -297 -40 2.0 -55 -68 -30 -82 2.5 3.0 3.5 -57 -354 -213 -48 -402 -95 5 110 126 16 299 37 359 50 409 4.0 -30 -13 -243 -

15、108 34 平均值 50.25 30.375 13.5 4.25 15.75 36.375 51.375 注：先求出各测点应变差值的算术平均值，然后计算应力值。 六预习思考题 1) 分析在纯弯曲状态下，梁截面的应力分布情况。 答:由s=MyIz；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？ 答：由dR=ke可知，当k由2.0变为2.1时，应变e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

16、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e，由于电流很小，对测量影响不大。 4) 一位同学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

17、210-4 6) 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。 七分析思考题 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，

18、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。 bh320403My=10-12=1.066710-7；s实际=实验数据处理：Iz= 1212Iz应变e平均值 50.2510-6 30.37510-6 13.510-6 4.2510-6 15.7510-6 36.37510-6 51.37510-6 s实际值 10.55MPa 6.378MPa 2.8350.8933.3087.63810.788MPa MPa MPa MPa MPa y 0.02 0.04/3 0.02/3 0 0.02/3 0.04/3 0.02 s理论值MyI 11.249MPa 7.499MPa 3.749MPa 0MPa 3.7497.49911.429MPa MPa MPa