金属扭转试验.doc

第四章金属扭转试验在机械、石油、冶金等工程中有许多机械零部件承受扭转载荷作用的实例,如各种轴类零件(电机主轴、机床主轴、汽车传动轴)、石油钻杆等。因此,必须测定其相关材料的扭转性能指标,为设计提供依据。扭转试验是对圆柱形试样施加扭矩T(使试样两端承受大小相等、方向相反、作用面垂直于试样轴线的力偶),测量扭矩T及相应的扭角φ,绘制T-φ扭转曲线图,一般扭至断裂,以便测定金属材料的各项扭转力学性能指标。文档收集自网络,仅用于个人学****圆柱形试样的扭转试验具有以下的特点:(1)用圆柱形试样进行扭转时,从试验开始直至破断,在试样的整个工作长度上塑性变形都是均匀的,试样仍保持圆柱形,横截面的大小、形状及试样工作长度几乎保持不变,没有缩颈现象。因此,可以用扭转试验精确地测定高塑性金属材料的应力-应变关系。文档收集自网络,仅用于个人学****2)剪切试验只能测定材料的抗剪强度,对于高塑性材料,由于常伴随着弯曲变形而不能得到正确的结果,扭转试验则能较全面地了解材料在切应力作用下的行为。文档收集自网络,仅用于个人学****3)扭转应力状态较拉伸软(α=),可以使低塑性材料处于韧性状态测定它们的强度和塑性。(4)由材料力学可知,圆柱形试样在扭转试验时,试样表面的应力状态如图4-1所示,最大切应力和正应力绝对值相等,夹角成45°。因此,扭转试验可以明显地区别材料的断裂方式:正断或切断。这一点其他试验不能与之相比。文档收集自网络,仅用于个人学****5)扭转试验时,试样横截面上沿直径方向切应力和切应变的分布是不均匀的,试样表面的切应力和切应变最大。因此,扭转试验可以灵敏地反映材料的表面缺陷。文档收集自网络,仅用于个人学****第一节金属材料扭转时的力学性质一、扭转时切应变材料力学假设扭转时圆柱体的变形:(1)所有纵向素线都倾斜了同一角度α,圆柱体上所有矩形格子扭歪成相似平行四边形;(2)所有圆周线都围绕轴线转了一定的角度φ,而圆周线形状、长短及两圆周线间距离都未改变。由材料力学可知:半径为r(mm)的圆柱体,在距离圆柱体轴线为ρ的一层薄壁圆筒上任一点处的切应变:即:圆柱体横截面上任一点扭转时的切应变与该点到轴线的距离ρ成正比,圆柱体表面的切应变最大。当直径为d(mm),长度为Lc(mm)的圆柱体两端的相对扭角为φ时,圆柱体表面的切应变:(4-1)二、,由剪切虎克定律,切应力和切应变成正比(4-2)式中G一剪切弹性模量,MPa。在试样表面,ρ=r,切应力τρ为:(4-3)即:圆柱体横截面上任一点扭转时的切应力τρ与外加扭矩T以及该点到轴线的距离ρ成正比,与极惯性矩Ip成反比,圆柱体表面的切应力最大。如图4-3所示。文档收集自网络,仅用于个人学****令,也是仅与横截面的形状和尺寸有关的几何量,称为扭转试样截面系数。则:(4-4)扭转试样的极惯性矩Ip、截面系数Wp:实心圆截面:(4-6)(4-7)空心圆截面:(4-8)式中d——空心圆试样外径;d1——空心圆截面内径;(4-9),圆柱体横截面上的切应力τρ与该点到轴线的距离ρ失去比例关系,如图4-4所示。文档收集自网络,(),),可以认为试样横截面上沿壁厚方向切应力近似相等,它们对试样轴线的力矩与外加扭矩T