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電子材料扭轉試驗機的應用
（濟南恒瑞金試驗機有限公司 250022）
摘要： 扭轉試驗機在材料分析領域有著廣泛的應用，現市場主要爲微機控制扭轉試驗機，試驗過程精度、數據分析及處理自動化程度高。本文就該類型扭轉試驗過程做以介紹。
關鍵詞：伺服電機 計算機控制系統，扭轉試驗。
一．執行標准：
JJG269—2006 扭轉試驗機
GB/T10128—2007 金屬材料 室溫扭轉試驗方法
JB/T9370—1999 扭轉試驗機 技術條件
二. 主要結構介紹
該扭轉試驗機主要由全數字交流伺服驅動系統、計算機控制、數據采集及處理系統組成。整個試驗過程加載速率無沖擊、穩定。數據的測量由扭矩傳感器、光電編碼器等組成。扭矩傳感器采集試樣産生的扭矩，光電編碼器采集試樣産生的扭角；要求檢測材料的剪切模量時，還要增加扭轉計。試驗由計算機進行控制、數據處理及輸出結果。
三.試驗過程
1．試樣的准備
首先按照GB/T10128—2007的規定，以及該試驗機的夾具型式、尺寸，准備好標准試樣。如圖1所示。
圖1：材料扭轉標准試樣（圓形）
2．試樣的裝夾（如圖2所示）
試樣的裝夾很關鍵。在裝夾時，先將試樣插入靜夾頭端（帶有傳感器的一端），然後調整試驗機的動夾頭，使之容易的讓試樣進入動夾頭。注意，在裝入試樣後，不要再旋轉動夾頭。
圖2：試樣裝夾示意圖
3．試驗過程
試樣裝夾完畢，可以開始試驗。先將扭矩顯示窗口清零。根據材料特性選擇加載速率。如果只是檢測材料的抗扭強度、最大扭矩等，可以不加扭轉計。如果要測試試件的剪切模量等，需要增加扭轉計。
圖3是試樣在加載過程中的變形示意圖。
圖3：試樣在加載過程中的變形示意圖
兩種材料的斷口形狀圖
圖4：兩種材料的斷口形狀
低碳鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉破壞斷口形貌有很大的差別。圖4（a）所示低碳鋼試樣的斷面與橫截面重合，斷面是最大切應力作用面，斷口較爲平齊，可知爲剪切破壞；圖4（b）所示鑄鐵試樣的斷面是與試樣軸線成45o角的螺旋面，斷面是最大拉應力作用面，斷口較爲粗糙，因而是最大拉應力造成的拉伸斷裂破壞。
圖5：扭矩—扭角曲線圖（a）低碳鋼（b）鑄鐵
從圖5（a）可以看到，低碳鋼試樣的扭轉試驗曲線由彈性階段( oa段 )、屈服階段( ab段 )和強化階段( cd段 )構成，但屈服階段和強化階段均不像拉伸試驗曲線中那麽明顯。由于強化階段的過程很長，圖中只繪出其開始階段和最後階段，破壞時試驗段的扭轉角可達10π以上。
b所示的鑄鐵試樣扭轉曲線可近似地視爲直線( 與拉伸曲線相似，沒有明顯的直線段 )，試樣破壞時的扭轉變形比拉伸破壞時的變形要明顯得多。
4．試驗結果的處理
4.1抗扭強度的計算： 扭轉試驗機專用程序自動處理，
4.2材料的切變模量
材料的切變模量G遵照GB/T10128可由圓截面試樣的扭轉試驗測定。在彈性範圍內進行圓截面試樣扭轉試驗時，扭矩廠與扭轉角中之間的關系符合扭轉變形的胡克定律 ，式中： 爲截面的極慣性矩。當試樣長度l和極慣性矩Ip均爲已知時，只要測取扭矩增量ΔT和相應的扭轉角增量ΔΦ，可由式: 計算得到材料的切變模量。試驗通常采用多級等增量加載法，這樣不僅可以避免人爲讀取數據産生的誤差，而且可以通過每次載荷增量和扭轉角增量驗證扭轉變形胡克定律。
注意到三個彈性常數E，μ，G之間的關系 由材料手冊查得材料的彈性模量E和泊松比μ，計算得到材料的切變模量Gtr ，如將計算值Gtr取作真值，可將測試得到的G值與Gtr值進行比較，檢驗測試誤差。
還有一些比較複雜的處理，如規定非比例扭轉應力、規定非比例扭矩等，這裏就不一一介紹。
濟南恒瑞金試驗機有限公司致力于各類試驗機設備的研制開發,近幾年來開發出數顯扭轉試驗機,微機控制扭轉試驗機,螺栓螺釘扭轉試驗機及其他傳動件扭轉試驗機,扭轉疲勞試驗機等等!産品測控系統及軟件通過國家鋼鐵材料中心評定,産品通過歐盟CE認證!
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