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第四章 金属扭转试验.doc


文档分类:高等教育 | 页数:约8页 举报非法文档有奖
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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。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。(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。(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。(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。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: dxd/??????? r???0 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: ccLdLr2//?????(4-1) 二、扭转时切应力 ,由剪切虎克定律,切应力和切应变成正比??G?(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:pI Tr/ max?????(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。令rIW PP/?,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: PWT/ max??(4-4) 扭转试样的极惯性矩 Ip、截面系数 Wp: 实心圆截面:32 4dI P??(4-6) 16 3dW P??(4-7) 空心圆截面: 32 )( 41 4ddI P???(4-8) 式中 d——空心圆试样外径; d 1——空心圆截面内径; 16 )/1( 441 3dddW P???(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

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  • 时间2016-05-21