1、电子材料扭转试验机的应用摘要： 扭转试验机在材料分析领域有着广泛的应用，现市场主要为微机控制扭转试验机，试验过程精度、数据分析及处理自动化程度高。本文就该类型扭转试验过程做以介绍。关键词：伺服电机 计算机控制系统，扭转试验。 一执行标准：JJG2692006 扭转试验机GB/T101282007 金属材料 室温扭转试验方法JB/T93701999 扭转试验机 技术条件 二. 主要结构介绍该扭转试验机主要由全数字交流伺服驱动系统、计算机控制、数据采集及处理系统组成。整个试验过程加载速率无冲击、稳定。数据的测量由扭矩传感器、光电编码器等组成。扭矩传感器采集试样产生的扭矩，光电编码器采集试样产生的扭
2、角；要求检测材料的剪切模量时，还要增加扭转计。试验由计算机进行控制、数据处理及输出结果。三.试验过程1试样的准备首先按照 GB/T101282007 的规定，以及该试验机的夹具型式、尺寸，准备好标准试样。如图 1 所示。图 1：材料扭转标准试样（圆形）2试样的装夹（如图 2 所示）试样的装夹很关键。在装夹时，先将试样插入静夹头端（带有传感器的一端） ，然后调整试验机的动夹头，使之容易的让试样进入动夹头。注意，在装入试样后，不要再旋转动夹头。图 2：试样装夹示意图3试验过程试样装夹完毕，可以开始试验。先将扭矩显示窗口清零。根据材料特性选择加载速率。 如果只是检测材料的抗扭强度、最大扭矩等，可以不
3、加扭转计。如果要测试试件的剪切模量等，需要增加扭转计。 图 3 是试样在加载过程中的变形示意图。图 3：试样在加载过程中的变形示意图两种材料的断口形状图 图 4：两种材料的断口形状低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。图 4（a）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，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 4（b）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成 45o角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而是最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。图 5：扭矩扭角曲线图（a）低碳钢（b）铸铁从图 5（a）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(
4、 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。b 所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为直线( 与拉伸曲线相似，没有明显的直线段 )，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。 4试验结果的处理4.1 抗扭强度的计算： 扭转试验机专用程序自动处理， 4.2 材料的切变模量材料的切变模量 G 遵照 GB/T10128 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，扭矩厂与扭转角中之间的关系符合扭转变形的胡克定律 ，式中： 为p/
5、GITl32/4oPdI截面的极惯性矩。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：pILTG计算得到材料的切变模量。试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胡克定律。注意到三个弹性常数 E，G 之间的关系 由材料手册查得材料的弹性模量 E 和泊松比)1(2trEG，计算得到材料的切变模量 Gtr ，如将计算值 Gtr 取作真值，可将测试得到的 G 值与 Gtr 值进行比较，检验测试误差。还有一些比较复杂的处理，如规定非比例扭转应力、规定非比例扭矩等，这里就不一一介绍。
