1。2 研究现状

1。3 研究内容与技术路线: 研究内容：

(1)  根据所学材料力学的有关知识，理论分析扭转作用下应力及应变特性。

(2)利用力尔 LCJ 材料力学教学实验机，结合扭转试验设备的发展现状及扭转试验的研 究进展并依据现有的扭转理论与测试方法，设计出三种加载速率，两种加载历程，分别对 低碳钢扭转性能进行试验研究。

(3)分别以所设计的三种速率对低碳钢进行扭转试验，通过三种加载速率对低碳钢的扭 转实验研究，得到每种加载速率下的扭矩-扭转角（ T ）图与剪应力-应变图，根据 绘制的扭矩-扭转角（ T ）图，在弹性范围内利用所学公式求出剪切弹性模量 G ，即 G=tanθ 。而后试验数据的处理结果得出三种加载速率下的扭转角。根据应力-应变图 以及试验数据，我们可以得到低碳钢剪切屈服极限s 以及剪切强度极限b 。根据不同加载 速率下各个量的不同，分析不同加载速率对低碳钢扭转性能的影响，并观察扭转结束后低

碳钢断面形状。计算主应力，分析断面形成的原因。

(4)根据所设计的两种不同的加载历程，得到两种不同加载历程下的扭矩（ T x ）图 与剪应力-应变图，根据应力-应变图，可以大概得到低碳钢的剪切屈服极限s 以及 剪切强度极限b 。在剪切弹性范围内，利用公式计算出剪切弹性模量 G ，即 G=tanθ 。而 后根据试验得到的数据可得到两种加载历程下的扭转角，比较分析不同加载历程下的各

种参数的不同，分析不同加载速率对低碳钢扭转性能的影响。并观察扭转结束后低碳钢断 面形状。

(5)而后运用所学 ANSYS 软件进行数值模拟，数值模拟后将所得到的模拟值与理论值 进行比较分析。

(6)通过此实验的研究，希望能够对理论力学的知识能有更深的理解，同时也希望自己 的动手能力以及思维逻辑性能有所提高，更重要的是希望此次对低碳钢的扭转试验性能研 究能够为低碳钢材料的使用方法，使用性能有所帮助。文献综述

综上，本论文大致可以分为以下 4 章： 第 1 章 绪论

第 2 章 低碳钢扭转理论分析

第 3 章 低碳钢扭转试验分析（包括四种加载速率两种加载历程） 第 4 章 ANSYS 数值模拟

技术路线图

根据技术路线图，我们基本上把所做的事情做了一个大概的计划，所以只要在之后的 时间里，根据所绘的技术路线图的内容，依次完成技术路线图中对中外文献的阅读与整理， 以及复习材料力学的相关知识，之后再根据论文要求以及扭转实验指导书分别设计四种加 载速率以及两种加载历程来进行扭转试验，以此来探究加载速率和加载历程对扭转性能参 数的影响。实验做完之后，将所得到的试验数据进行处理，根据数据处理的结果，选择平 均扭矩进行 ANSYS 数值模拟，最后根据所列章节完成自己的论文。

2 金属材料的扭转理论

2。1 金属材料扭转的概念

以汽车转向轴为例图 2-1，轴的上端受到来自方向盘传来的力偶作用，下端则又受到来 自转向器阻抗力偶的作用。再以攻丝时丝锥的受力情况为例，如图 2-2，其扭转原理是： 绞杠把力偶作用于丝锥的上端，而丝锥的下端又受到工件阻抗力偶的作用。观察并总结以 上例子，我们可以发现，这些实例的共同点都是在杠杆的两端各作用一个力偶，其力偶矩 的大小相等、转向相反且力偶矩的作用平面垂直于杆件的轴线，从而使杆件的任意两个横 截面都发生了绕轴线的相对转动，这就是生活中的扭转变形。