切变模量G的测定

切变模量G的测定 实验四 切变模量G的测定 一、实验目的 (测定低碳钢材料的切变模量G。 1 2(验证材料受扭时在比例极限内的剪切虎克定律。 二、实验原理 圆轴受扭时，材料处于纯剪切应力状态。在比例极限以内，材料的剪应力与剪应变,,成正比，即满足剪切虎克定律: ,,G, 由此可得出圆轴受扭时的虎克定律达式: M1n0 ,,GIp 式中M为扭矩1是试件的标距长度I为圆截面的极惯性矩。 n0p 通过扭转试验机，对试件逐级增加同样大小的扭矩?M，相应地由扭角仪测出相距为1n0的两个截面之间的相对扭转角增量Φ。如果每一级扭矩增量所引起的扭转角增量 ?Φ基Ii本相同，这就验证了剪切虎克定律。根据测得的各级扭转角增量的平均值?Φ，可用下式算出切变模量 ,M1n0 G,,,Ip 三、实验设备和量具 1(扭转试验机。它的构造、工作原理及使用方法见实验四。 2(游标卡尺。 3(扭角仪。 钢在弹性范围内，两截面间的相对扭角是非常微小的，用扭转试验机上的测角装置是难以精确测读的。需要具有放大倍数大、精度高的专门仪器，这种仪器一般称为侧角仪。 测角仪的种类很多，按其结构来分， 有机械式、光学式和电子式等。但它们的 基本原理是相同的， 都是将试件某截面 圆周绕其形心旋转的弧长与其另一截面 图5-1 机械式扭角仪 圆周绕其形心旋转的弧长之差进行放大 后再测读。 图5—1所示的是一种机械式测角仪。在试件的A、B两截面处，分别装上 了测角仪的两根臂杆AC和BDE，以放大A、B两截面圆周绕其形心旋转的弧长。如果用千分表来放大、测读两臂杆的相对旋转弧长，那就是机械式测角仪(如果用镜片来代替二臂杆，分别用光杠杆放大A、B两截面圆周旋转的相对弧长，就成为镜式测角仪。如果差动变压器替代千分表，可将二臂杆的相对旋转弧长，以电量讯号输出，再接上二次显示仪表，就是电子式测角仪)。 当试件受扭时，固夹在试件上的AC，BDE杆就会绕试件轴转动，曲杆BDE就会使安装在AC杆上的千分表指针走动。设指针走动的位移为，千分表推杆顶针处E到试样的轴线的, 距离为b，则A、B截面的相对扭转角为 , ,,b (注意:这样计算出来的的单位为弧长) , 四、实验步骤 1(测量试件直径d。在试件的标距内，用游标卡尺量测中间和两端等三处直径，每处测一对正交方向，取平均值，作为计算截面极惯性矩I之用。 P 2(拟定加载。根据试样的直径d，求出抗扭截面模量W，估计试件材料的剪切比n 例极限，按下式求出应加在试样上的最小和最大扭矩值: ,p (M),(0.10,0.20)W ,nminnp (M),(0.75,0.85)W ,nmaxnp 材料的强度越高，(M)越应取得接近上限，(M)越应取得接近下限。对低碳钢来nminnmax 说，可取(M),0.10W，(M),0.80W。至于能从有关手册中查得更好，否,,,nminnnmaxnppp 则可按=0.80来估计。 ,,pp 根据拟定的(M)和(M)来选择扭转试验机的使用量程。 nminnmax 在(M)和(M)的范围内分4,5级进行加载，确定每级的扭矩增量?M，这增量nminnmaxn要使扭角仪有明显的读数变化。 3(安装扭角仪和试件。在试件的标距两端，装上扭角仪。先将试件的一端装入扭转试验机的固定夹头，然后，将另一端装入主动夹头，用扳物拧紧夹紧螺栓，防止试验时打滑。 4(用扭转试验机上的手摇装置，施加扭矩到(M)，与此同时，检查扭转试验机和扭nmax 角仪的运行是否正常，然后卸载到(M)以下少许，处于待令工作状态。 nmin 5(测读数据。加载到(M)，读取扭角仪上的相应初读数。此后，每加载一级扭矩增nmin 量?M，读取相应的扭角仪读数，直到扭矩加到(M)为止。 nnmax 6(结束工作。测读完毕，首先取下试件，然后卸下扭角仪。