一、实验目的
1.验证剪切胡克定律，测定低碳钢的弹性常数：切变模量气泡垫。 2.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力和抗扭强度。 3.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度。
4.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。
二、实验设备和仪器
1.扭转试验机。
2.飞船逃逸塔扭角仪。
3.游标卡尺。
防紫外线灯
按照国家标准GB10128—88《金属室温扭转试验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样和管形截面试样两种。其中最常用的是圆形截面试样，如图1-1a所示。通常，圆形截面试样的直径，标距或，平行部分的长度为。若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。
由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。
四、实验原理与方法
1.测定低碳钢的弹性常数
为了验证剪切胡克定律，在弹性范围内，采用等量逐级加载法。试验装置如图1-5所示，将试样安装在扭角仪上，每次增加同样的扭矩，若扭转角也基本相等，即验证了剪切胡克定律。
图1-5 扭角仪
根据扭矩增量的平均值，测得的扭转角增量的平均值，由此可得到切变模量
式中：为试样的标距；为试样在标距内横截面的极惯性矩；为试样的直径。
若载荷增量的平均值为，则扭矩增量的平均值为，若测量点的位移增量平均值为，则扭转角增量的平均值为，将这些关系式代入上式，即得
式中：为载荷力臂；工作票管理系统为测量力臂。
2.测定低碳钢扭转时的强度性能指标
试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩，低碳钢的扭转屈服应力为硅酸铝生产线
式中：为试样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩，低碳钢的抗扭强度为
对上述两公式的来源说明如下：
低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的图如图1-6所示。当达到图中点时，与成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力，如能测得此时相应的外力偶矩，如图1-7a所示，则扭转屈服应力为
经过点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图1-7b所示。若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图1-7c所示的情况，对应的扭矩为
图1-6 低碳钢的扭转图
（a） （b） （c）
图1-7 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布
（a）；（b）；（c）
由于，因此，由上式可以得到
无论从测矩盘上指针前进的情况，还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看，点的位置不易精确判定，而点的位置则较为明显。因此，一般均根据由点测定的来求扭转切应力。当然这种计算方法也有缺陷，只有当实际的应力分布与图1-7c完全相符合时才是正确的，对塑性较小的材料差异是比较大的。从图1-6可以看出，当外力偶矩超过后，扭转角增加很快，而外力偶矩增加很小，近似于一条直线。因此，可认为横截面上的切应力分布如图1-张紧轮7c所示，只是切应力值比大。根据测定的试样在断裂时的外力偶矩，可求得抗扭强度为
3.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标
对于灰铸铁试样，只需测出其承受的最大外力偶矩（方法同2），抗扭强度为
由上述扭转破坏的试样可以看出：低碳钢试样的断口与轴线垂直，表明破坏是由切应力引起的；而灰铸铁试样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成角，表明破坏是由拉应力引起的。
