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材料扭轉試驗機的操作流程需嚴格遵循規(guī)范，以確保數(shù)據(jù)準確性和設備安全。以下以微機控制電子式扭轉試驗機為例，從準備、操作、數(shù)據(jù)處理到結束后的全流程詳細說明：

一、試驗前準備

1. 設備檢查與校準

硬件檢查：

查看夾頭（三爪卡盤 / 夾鉗）是否磨損、松動，確保夾持面無碎屑或銹跡；

檢查傳動系統(tǒng)（齒輪、絲杠）運轉是否順暢，有無異常噪音；

液壓式設備需確認油管無泄漏，油壓表指針歸零。

系統(tǒng)校準：

開機預熱傳感器（15–30 分鐘），通過軟件進行扭矩零點和角位移零點校準；

定期用標準扭矩砝碼驗證傳感器精度（誤差需≤±0.5% FS）。

2. 試樣制備與測量

試樣加工：

按標準（如 GB/T 10128）制備試樣，金屬試樣通常為圓形截面（直徑 10mm，標距 50mm 或 100mm），非金屬（如塑料）可根據(jù)需求加工為棒材或管材；

試樣表面需光滑，無劃痕、毛刺或裂紋，避免應力集中影響試驗結果。

尺寸測量：

用千分尺測量試樣直徑（精確至 0.01mm），沿標距段測量 3 處取平均值；

標記標距長度（L），并用墨水或貼紙清晰標注，防止扭轉時標記模糊。

3. 參數(shù)設置

軟件參數(shù)：

設定扭轉速度：金屬材料通常≤10°/min（準靜態(tài)加載），塑料等高分子材料可調(diào)整為 5–20°/min；

設置試驗終止條件：可選擇 “最大扭矩”（如 1000N?m）、“扭轉角度”（如 360°）或 “斷裂自動停止” 模式；

定義數(shù)據(jù)采集頻率（如 10 次 / 秒），確保曲線平滑無跳點。

二、試驗操作步驟

1. 安裝試樣

同軸校準：

將試樣一端插入左夾頭，擰緊固定螺栓，確保試樣軸線與夾頭旋轉軸同軸（偏差≤0.5°）；

手動調(diào)整右夾頭位置，插入試樣另一端，緩慢擰緊夾頭，避免試樣受預扭矩影響。

特殊試樣處理：

薄壁管材或易變形試樣可加裝襯套（如金屬套管），防止夾持時局部擠壓變形；

復合材料試樣需注意夾頭壓力均勻，避免纖維層斷裂。

2. 啟動試驗與實時監(jiān)測

開始加載：

點擊軟件 “開始” 按鈕，系統(tǒng)按設定速率勻速施加扭矩，實時繪制 “扭矩 - 扭轉角” 曲線；

液壓式設備需緩慢調(diào)節(jié)油壓閥，避免沖擊載荷導致數(shù)據(jù)失真。

過程觀察：

目視檢查試樣表面，當出現(xiàn)以下情況時手動停止試驗：

試樣表面出現(xiàn)可見裂紋或局部起皮；

扭矩值突然驟降（超過峰值扭矩的 10%）；

設備發(fā)出異常聲響或振動。

三、數(shù)據(jù)記錄與處理

1. 原始數(shù)據(jù)采集

記錄關鍵參數(shù)：最大扭矩（T_max）、斷裂時扭轉角度（θ_b）、彈性階段扭矩 - 角度曲線的線性段數(shù)據(jù)；

保存實時曲線與數(shù)據(jù)文件（格式如 Excel、PDF），包含試驗時間、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)。

2. 力學性能計算

抗扭強度（τ_b）：

公式：τ_b = 16T_max/(πd3)，其中 d 為試樣直徑（m），結果單位為 Pa；

例：T_max=500N?m，d=0.01m，則 τ_b=16×500/(π×0.013)≈254.6MPa。

剪切模量（G）：

公式：G = (T?L)/(θ?J)，其中 L 為標距（m），θ 為彈性階段扭轉角（rad），J 為極慣性矩（J=πd?/32，單位 m?）；

例：T=200N?m，L=0.1m，θ=0.05rad，d=0.01m，則 J=π×0.01?/32≈9.82×10??m?，G=(200×0.1)/(0.05×9.82×10??)≈40.7GPa。

屈服扭矩（T_s）：

若曲線出現(xiàn) “平臺期” 或斜率突變，對應扭矩為屈服扭矩，用于計算剪切屈服強度 τ_s=16T_s/(πd3)。

3. 報告生成

內(nèi)容包含：試樣信息（材料、尺寸、加工工藝）、試驗條件（溫度、加載速率）、測試結果（τ_b、G、τ_s 等）、曲線圖譜及標準符合性判定；

對比行業(yè)標準（如 GB/T 10128、ASTM E143），標注數(shù)據(jù)是否符合指標要求。

四、試驗后操作

1. 設備與試樣處理

松開夾頭，取出試樣，觀察斷裂面形態(tài)（金屬材料若為 45° 螺旋斷裂，表明剪切破壞；脆性材料可能沿橫截面斷裂）；

清理夾頭和設備臺面的碎屑，用酒精擦拭夾持面，防止銹蝕。

2. 關機與記錄

按順序關閉軟件、控制器和電源，液壓設備需先卸載油壓；

填寫設備使用記錄，包括試驗時間、試樣類型、設備狀態(tài)及異常情況（如有）。

五、常見問題與注意事項

1. 操作風險規(guī)避

試樣飛脫：確保夾頭固定，試驗時關閉防護罩，避免試樣斷裂時碎片飛濺；

過載保護：設置扭矩上限為設備量程的 80%（如 1000N?m 設備，上限設為 800N?m），防止傳感器過載損壞。

2. 數(shù)據(jù)誤差控制

同軸度偏差會導致試樣受彎曲 - 扭轉復合載荷，影響數(shù)據(jù)準確性，需通過調(diào)整夾頭或使用對中工具校準；

非金屬材料試樣需注意環(huán)境溫度（如塑料測試需在 23±2℃下進行），避免溫度波動影響材料韌性。

3. 設備維護要點

定期（每 500 次試驗或半年）對傳動絲杠加注潤滑油，防止磨損；

傳感器每年由計量機構校準一次，確保扭矩測量精度；

液壓設備需每季度檢查油液清潔度，污染時及時更換液壓油。

通過以上流程規(guī)范操作，可確保材料扭轉試驗機準確獲取材料的抗扭強度、剪切模量等關鍵力學參數(shù)，為材料研發(fā)、質量控制及工程應用提供可靠數(shù)據(jù)支撐。