Випробування на кручення

Після закріплення зразка у затискачах випробувальної машини, його навантажують крутним моментом, що відповідає початковому дотичному напруженню, що становить 10% від прогнозованої границі пропорційності матеріалу та закріплюють на робочій частині зразка кутомір і відзначають початковий (нульовий) його показ. Навантаження зразка крутним моментом здійснюють східчасто з однаковими приростами (не менше трьох), щоб напруження у зразку не перевищували границі пропорційності та реєструють відповідні кути закручування зразка на його розрахунковій довжині.

Модуль зсуву при крученні (G) обчислюють за формулою:

${\displaystyle G={\frac {\Delta T\cdot l}{\Delta \varphi \cdot I_{p}}},}$

де ${\displaystyle \Delta T}$ — ступінь навантаження, Н мм;

l — розрахункова довжина зразка, мм

${\displaystyle \Delta \varphi }$ — середнє арифметичне значення кутів закручення на розрахунковій довжині зразка, що припадає на один ступінь навантаження, рад;

${\displaystyle I_{p}}$ — полярний момент інерції, мм⁴.

Модуль зсуву при крученні також може визначатись за тангенсом кута назилу прямолінійної ділянки діаграми деформування, що відповідає пружному деформуванню.

Після встановлення і попереднього навантаження зразка, його довантажують спочатку великими а потім меншими ступенями навантаження з фіксацією кутової деформації. Навантаження великими ступенями проводять до 80 % від ймовірної границі пропорційності. Значення малого ступеня навантаження повинно відповідати зростанню дотичного напруження не більше ніж на 10 МПа.

Випробування припиняють, коли кутова деформація від навантаження малого ступеня перевищить не менше ніж у два рази середнє значення кутової деформації на попередніх ступенях навантаження. За виконання цієї умови визначають крутний момент T_пц. Це навантаження може бути знайдене, також, і за діаграмою деформування.

Границю пропорційності при крученні (τ_пц) обчислюють за формулою:

τ_пц = T_пц/W_p (МПа),

де W_p — полярний момент опору, м³.

За методикою, що описана вище визначають деформацію границі пропорційності (φ_пц), яку вважають пружною і за границею пропорційності деформацію вважають залишковою. За цією деформацією обчислюють відносний зсув (γ_пц) у процентах за формулою:

γ_пц =100 φ_пц D /2l,

де φ_пц — кут закручування зразка на його розрахунковій довжині, що відповідає границі пропорційності при крученні, рад;

D — діаметр робочої частини зразка, мм;

l — розрахункова довжина зразка, мм.

Продовжують деформування зразка за границею пропорційності до тих пір, поки не буде досягнуто кут закручування φ_пл = γ_пц +0,3% і реєструють величину навантаження T_пл, що відповідає границі плинності для залишкового зсуву γ = 0,3%.

Границю плинності при крученні τ_0,3 обчислюють за формулою

τ_0,3 = T_пл/W_p.

Після встановлення зразка у затискачах випробної машини його навантажують до руйнування та реєструють величину навантаження T_в при цьому. Одночасно реєструють максимальний кут закручування зразка φ_max на розрахунковій довжині зразка, за яким розраховують γ_max. Умовну границю міцності при крученні (τ_в) визначають за формулою:

τ_в = T_в/ W_p

Істинну границю міцності при крученні (τ_к) обчислюють за формулою, що враховує поправку на пластичну деформацію:

${\displaystyle \tau _{K}={\frac {4}{\pi D^{3}}}\left[3T_{K}+\theta {\frac {dM_{T}}{d\theta }}\right]}$,

де T_K — найбільший крутний момент, що передує руйнуванню зразка;

θ — питомий кут закручування перед руйнуванням (в радіанах на 1 мм): θ = (φ₁-φ₂)/l.

Максимальний залишковий зсув при крученні (${\displaystyle \gamma _{max}}$) обчислюють за формулою:

${\displaystyle \gamma _{max}=arctg\left({\frac {\varphi _{max}\cdot D}{2l}}\right).}$