(4)材料切变模量G的测定_测定材料切变模量g

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材料切变模量G的测定

实验

（一）用百分表扭角仪法测定切变模量G

一、目的在比例极限内验证扭转时的剪切虎克定律，并测定材料的切变模量G。

二、仪器设备

1、多功能组合实验台

2、百分表

三、试件

空心圆管：材料为不锈钢、内径d= 40.2 mm、外径D= 47.14 mm、长度L=420mm

四、预习要求：

1、阅读第二章中多功能组合实验台工作原理、使用方法以及百分表的工作原理。

五、实验原理与方法

实验装置如图3-13所示，加载示意图见图3-14。试件的一端安装在圆管固定支座上，该端固定不动，另一端可以转动，并在可动端装有一滚珠轴承支座加以支承。靠近轴承安装一横杆AB，在A点通过加载手轮加载。这样试件在荷载作用下，仅仅受到纯扭转的作用。可动端只能产生绕空心圆管轴线方向的角位移。当试件受到扭转作用时，可动端的横截面转动，此时横杆也转动。通过百分表（或千分表）测定B点的位移（由于B点转动角很小，B点的位移约等于B点的弧长），这样便可以计算出试件可动端的转角大小（见图3-15）。

图3-13

扭转实验装置

图3-14扭转加载示意图

图3-15圆管转角示意图

根据扭转变形公式

BTL

式中：；

△T=△P×a

bGIP可计算出切变模量

IP32(D4d4)

GTL IP施加载荷△P时，试件便受到扭矩△T=△P×a的作用，对试件分级加载，由于各级荷载相等,故相应于每级加载后的读数增量△B也应基本相等（即相等），从而验证了剪切虎克定律。根据实验中测得的扭转角增量，便可以求出切变模量G。

六、实验步骤

1、打开测力仪电源，如果此时数字显示不为“0000”，用螺丝刀将其调整为“0000”。

2、旋转百分表外壳，使大指针指到“0”。

3、顺时针转动加载手轮加载，分四级加载，每级加载200N，一直加到800N（200N→400N→600N→800N）。每加一级荷载后，读取百分表的读数并记录。为了保证实验数据的可靠性，须重复进行三次实验，取一组线性较好的（也就是读数差基本相等的）数据进行计算。

注意事项：

1、切勿超载，所加荷载最大不能超过。．．．．．．．．．．．．．．1000N，否则将损坏试件．．．．．．．

2、保护好百分表，防止其脱落摔坏。．．．．．．．．．．．．．

七、预习思考题

1、试件在可动端为什么要加装滚动轴承支座？

2、在实验中是怎样验证剪切虎克定律的？怎样测定和计算G？ 实验

（二）电测法测定切变模量G

一、实验目的用应变电测法测定材料的切变弹性模量G。

二、实验设备与仪器

(1)多功能组合实验台。(2)静态电阻应变仪。

三、实验原理和方法

在剪切比例极限内，切应力与切应变(γ)成正比，这就是材料的剪切胡克定律，其表达式为

G

式中，比例常数G即为材料的切变模量。由上式得

G

 式中的τ和γ均可由实验测定，其方法如下：

(1)τ的测定：图3-23所示装置，试件贴应变片处是空心圆管，横截面上的内力如图3-16(a)所示。试件贴片处的切应力为

式中，Wt为圆管的抗扭截面系数。

T Wt(2)γ的测定：在圆管表面与轴线成±45°方向处各贴一枚规格相同的应变片(见图3-16(a))，组成图3-16(b)所示的半桥接到电阻应变仪上，从应变仪上读出应变值。由电测原理可知(见指导书第2章2..4节)，读数应变应当是45°方向线应变的2倍，即

r245

另一方面，圆轴表面上任一点为纯剪切应力状态(见图3-16(c))。根据广义胡克定律有

451(1u3)E1 ()E1E2G2即

245 r

图3-16

GT Wt实验采用等量逐级加载法：设各级扭矩增量为△Ti，应变仪读数增量为i，从每一级加载中，可求得切变模量为

GiTi Wti同样采用端直法，材料的切变模量是以上Gi的算术平均值，即

1nGGi

ni

1四、实验步骤

(1)测量并记录有关尺寸。(2)组桥接线。

(3)加载分四级进行，每级加载200N（200 N→400 N→600 N→800 N)，分别记录每级载荷下的应变值。

注意事项：

1、切勿超载，所加荷载最大不能超过。．．．．．．．．．．．．．．1000N，否则将损坏试件．．．．．．．

2、测试过程中，不要震动仪器、设备和导线，否则将影响测试结果，造成较大的误差。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

3、注意爱护好贴在试件上的电阻应变片和导线，不要用手指或其它工具破坏电阻应变片的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．防潮层，造成应变片损坏。．．．．．．．．．．

五、实验结果处理

从三组实验数据中，选择较好的一组，按实验记录数据求出切变模量Gi，即

Gi采用端直法，材料的切变模量为G，即

Ti

Wti1nGGi

ni1