扭性模量的探究與測量

扭性模量的探究與測量熊均龍?zhí)朴拢ㄖ貞c交通大學(xué)土木建筑學(xué)院重慶南岸區(qū)400074）摘要材料受到扭力時(shí)，其自身會(huì)產(chǎn)生一定的扭性形變，產(chǎn)成內(nèi)應(yīng)力。受到扭力一定時(shí)，不同材料發(fā)生的形變程度是不同的，工程當(dāng)中對(duì)某些材料的應(yīng)用時(shí)要考慮到材料的這種性質(zhì)，該實(shí)驗(yàn)利用簡單的器材，對(duì)給予材料的這種性質(zhì)進(jìn)行探究并且粗測。實(shí)驗(yàn)中利用重物懸掛法得到水平轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，再利用光學(xué)放大法將待測材料的扭性形變放大展示出來，通過幾個(gè)長度數(shù)據(jù)計(jì)算材料的扭性模量。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，由于不知道條形材料其長度是否是影響材料扭性形變性質(zhì)的因素，所以在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再利用控制變量法進(jìn)行探究。關(guān)鍵詞扭性形變內(nèi)應(yīng)力光大法變量探究ABSTRACTMATERIALSARETORQUE,ITSOWNWILLHAVEACERTAINDEGREEOFSHEARDEFORMATION,PRODUCEDINTOINTERNALSTRESSSUBJECTTOACERTAINTORQUE,DIFFERENTMATERIALS,DEFORMATIONOCCURREDINDIFFERENTDEGREES,ENGINEERINGMATERIALS,THEAPPLICATIONOFSOMEOFTHEMTOTAKEINTOACCOUNTTHEMATERIALOFTHISNATURE,THEEXPERIMENTUSINGSIMPLEEQUIPMENT,TOGIVETHEMATERIALOFTHISNATURETOEXPLOREANDCOARSEEXPERIMENTSUSINGHEAVYWEIGHTSHANGINGLAWISTHELEVELOFROTATIONALTORQUE,REUSEOFOPTICALAMPLIFICATIONMETHODTOSHEARDEFORMATIONOFMATERIALSUNDERTESTAMPLIFICATIONDISPLAYEDTHROUGHTHELENGTHOFDATAOFSEVERALMATERIALS,SHEARMODULUSEXPERIMENTALDESIGN,BECAUSETHEYDONOTKNOWWHETHERTHELENGTHOFSTRIPMATERIALSHEARDEFORMATIONAFFECTINGTHEMATERIALPROPERTIESOFTHEELEMENTS,SOONTHEBASISOFTHEEXPERIMENT,ANDTHENEXPLORETHEUSEOFCONTROLVARIABLESMETHODKEYWORDSSHEARDEFORMATIONINNERSTRESSOPTICALAMPLIFICATIONMETHODVARIABLEINQUIRY1形變?cè)礓摻睿üこ滩牧希┰谕饬εまD(zhuǎn)作用下，總會(huì)產(chǎn)生扭性形變，當(dāng)形變不超過某一度時(shí)，外力消失后，形變隨之消失，這種形變?yōu)榕ば孕巫?。發(fā)生扭性形變時(shí)，鋼筋內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。扭性模量反映的正是固體材料扭性形變與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系的物理量。本實(shí)驗(yàn)中形變?yōu)榕まD(zhuǎn)形變，設(shè)鋼筋的橫截面積為S，沿切向受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩M的作用后發(fā)生形變的扭轉(zhuǎn)角為，單位截面積上受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為M/S，為正轉(zhuǎn)力矩。在扭性形變范圍內(nèi)，正轉(zhuǎn)力矩與扭性形變成正比，即M/SA。測得參數(shù)后，再探究鋼筋的長度與的關(guān)系，利用控制變量法，改變實(shí)驗(yàn)中用來測量的鋼筋部分的長度。探究鋼筋長度是否為扭性形變性質(zhì)的相關(guān)量。2光學(xué)放大法光學(xué)放大裝置（如圖）在左邊裝置上固定一個(gè)氯氖激光器的光燈，照射到右邊水平放置的刻度尺上，形成光點(diǎn)。在鋼筋發(fā)生扭性形變前后，讀出光點(diǎn)位移X，所以，轉(zhuǎn)角X/L（XL）LLD/2D為鋼筋直徑3轉(zhuǎn)動(dòng)力矩實(shí)驗(yàn)中懸掛在兩邊的重物質(zhì)量都為M，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為MMGLSD/412由M/SNMGL/SA12/LXA所以A2/4DXNG實(shí)驗(yàn)中，裝置兩遍一定要掛上相同個(gè)數(shù)（N）的砝碼，避免鋼筋因受到拉動(dòng)而發(fā)生偏移，干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。取下砝碼后，由扭性形變性質(zhì)可知光點(diǎn)應(yīng)回到與初位置相同的地方。若光點(diǎn)前后位置出現(xiàn)較大偏差，那么實(shí)驗(yàn)中鋼筋條發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)，實(shí)驗(yàn)失敗，應(yīng)重新做過。4控制變量探究法改變實(shí)驗(yàn)中所測段鋼筋長度（L）多測兩組數(shù)據(jù)。0觀察比較AAA和LLL探究A與L的關(guān)系110一若AAA（基本相等）說明A與L