低碳钢扭转破坏实验、剪切弹性模量测定
一、实验目的和要求
1、测定低碳钢的剪切屈服点?s、剪切强度?b，观察扭矩-转角曲线（T??曲线）。
2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。 3、测定低碳钢的剪切弹性模量G。
4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（??Tl/GIp）。 5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。
二、试验设备和仪器
1、微机控制扭转试验机。 2、游标卡尺。 3、装夹工具。
三、实验原理和方法
遵照国家标准（GB/T10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点?s和抗剪强度?b等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。 试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。
图 1-1
试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。
低碳钢扭转破坏实验、剪切弹性模量测定
图3-2
从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10?以上。
从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。 Ts和Tb。和?s?3Ts/4WT计?s和?b，WT??d0/16为
3?s?3Ts/4WT计算材料的剪切屈服强度?s和抗剪强度?b，式中：WT??d0/163为试样截面的抗扭截面系数。
当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点?s时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点?s时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩Ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。
图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。
图 1-3
低碳钢扭转破坏实验、剪切弹性模量测定
材料的剪切弹性模量G遵照国家标准（GB/T10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律
??TlGIp4I??d032为截，式中：P面的极惯性矩。当试样长度l和极惯性矩IP均为已知时，只要测取扭矩增量
?T和相应的扭转角增量??，可由式
G??T?l???IP
计算得到材料的剪切弹性模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。
四、实验步骤
1、测量低碳钢试样直径d1，长度L； 2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的的V形块上，使两卡盘与V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧。
3、将试验机两端夹头对正，清零、装夹紧试件，进行保护。
低碳钢扭转破坏实验、剪切弹性模量测定
4、运行POWERTEST软件，选择剪切弹性模量测定试验方案；
表1-1 实验程序
实验名称 实验方向 材料 20141013低碳钢扭转破坏试验 正转 棒材 1. 扭矩控制 0.5N·m/s 目标 扭矩控制5.0N·m 2. 扭矩保载 20.0s 3. 扭矩控制 0.5N·m/s 目标 扭矩控制10.0N·m 4. 扭矩保载 20.0s 5. 扭矩控制 0.5N·m/s 目标 扭矩控制15.0N·m 6. 扭矩保载 20.0s 7. 扭矩控制 0.5N·m/s 目标 扭矩控制20.0N·m 8. 扭矩保载 20.0s 9. 扭矩控制 0.5N·m/s 目标 扭矩控制25.0N·m 10. 扭矩保载 20.0s 。11. 扭角控制 60.0/min 目标 扭矩控制40.0N·m 。12. 扭角控制 120.0/min 目标 扭矩控制600.0N·m 。13. 扭角控制 120.0/min 目标 扭角控制3000.0. 1、定扭矩 980N·m 2、定扭矩衰减率 40% 5 扭角传感器名 标距扭角 实验方案 试验结束条件 入口力 4、按软件“运行”键，开始试验； 5、记录多级等增量加载实验数据；
6、试样被扭断后停机，取下试样，注意观察试样断口形貌； 7、结束实验，将试验机复位并整理现场。
五、实验数据及处理结果
1、低碳钢扭转试验数据
表1-1 直径测量表
低碳钢扭转破坏实验、剪切弹性模量测定
测点 测点一 测点二 测点三 均值
则依据试验可知低碳钢的相关参数:
D（mm） 9.96mm 9.96mm 9.98mm 9.967mm IP??d0432?968.36mm4
2IPWt??194.31mm3
d0
表1-2 低碳钢剪切屈服强度、抗剪强度计算表
屈服点 极限点 扭矩 37.50542N?m 85.58842N?m 切应力 144.76N/mm2 330.36N/mm2
由上表可得低碳钢的剪切屈服强度，抗剪强度。
90807060504030201000100200300400500600700800900
图1-4 低碳钢扭角（度）—扭矩（N*m）破坏曲线图