4。1 有限元法简介 31

4。2 基于 ANSYS 软件扭转的数值模拟 32

结论 44

致谢 46

参考文献 47

1 绪论

1。1 研究目的与意义

生活在 21 世纪的我们，随着经济的飞速发展，一种又一种的材料被我们发现，并将 其应用于生活当中。而低碳钢也是其中的一种，其在生活中的应用也极为广泛。低碳钢（low carbon steel），含碳量基本上都低于 0。25%。它是一种碳素钢，且拥有较低的强度和硬度。 低碳钢大部分被分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢，其中很多优质碳素结构钢不经过 热处理，常被用作工程结构件，还有一些经渗碳处理和其他热处理的结构钢，常用于耐磨 的机械零件。低碳钢的强度和硬度都比较低，但塑性和韧性较好，是工程上使用较为广泛 的一种典型塑性材料，具有很强的塑性，所以它耐拉、耐扭，但不耐压。有些含碳量从 0。10% 至 0。30%的低碳钢更适合于各种锻造、焊接和切削的加工，常被用来制造成链条、铆钉、 螺栓、轴等。

在大学里我们学过材料力学知识，其中实验部分就有低碳钢的拉伸和扭转实验。低碳 钢的拉伸过程中分为四个阶段，分别为弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段， 低碳钢明显的屈服和颈缩现象就发生在局部变形阶段。拉低碳钢的弹性阶段，完全遵守胡 克定律且沿直线上升，而在比例极限后变形加快，但无明显屈服阶段。而低碳钢的扭转， 即在低碳钢的两端各作用一个力偶，且力偶矩大小相等，方向相反。力偶的作用平面垂直 于杆件轴线，使杆件的任意两个横截面都发生绕轴线的相对转动。在低碳钢的扭转实验中， 圆轴会受到剪应力，从而使低碳钢圆轴横向与纵向出现呈螺旋状的滑移线线，最后沿横截 面被剪断。剪断后，断裂横截面面积不变，试件总长不变。论文网

在日常生活中，很多的传动零件都是受到扭转作用力而进行工作的。而受扭转的零部 件也几乎是无处不在，比如汽轮机主轴、机床主轴、汽车传动轴、电机轴等。在材料力学 的实验中对材料扭转试验性能的研究也是试验研究的基本项目之一，通过扭转试验对材料 扭转力学性能进行分析评价，对实际工程应用具有重大的指导意义。所以这次通过设计不 同加载历程及不同加载速率探究其对低碳钢扭转性能影响的试验，可以得到低碳钢扭转力 学性能的各个参数，将这些数据参数进行汇总，画出相关参数的曲线变化图并观察其变化 趋势，最后得出试验结果。然后，辅助以 ANSYS 软件进行数值模拟，并与试验值进行比 较；这样可以使大家更加客观地了解到材料在不同的加载方式和加载速率下的力学性能参 数的变化，从而分析不同的加载速率和加载方式对其的具体影响，这样才能使这些轴类零 件及许多传动零件能够更好的用于生活，延长零件的使用寿命。

而对于我来说，这也是锻炼我动手能力的一次机会，不仅可以使自己能够养成主动学 习，独立动手完成试验的习惯，而且也能够使自己重新学习巩固材料力学的理论知识，同 时还可以考察自己数据处理的能力以及对 wps 软件的应用，还可以对低碳钢的力学性能有

进一步的认识，并且还能锻炼自己的逻辑思维能力。我觉得，这样一次充分锻炼自己的机 会，自己应该好好把握，而且这也是做这次实验的目的与意义。