Теоретические основы испытания материалов на кручение

При кручении бруса круглого поперечного сечения в плоскостях, перпендикулярных к его продольной оси, и в плоскостях совпадающей с этой осью, возникают только касательные напряжения, в плоскостях, расположенных под углом 45° к оси бруса - только нормальные напряжения (главные). Напряженное состояние во всех точках - чистый сдвиг. Нормальные и касательные напряжения по величине равны между собой, поэтому разрушение образца при кручении может произойти от сдвига или отрыва. Так как сопротивление сдвигу или отрыву у различных материалов неодинаково, разрушение образцов при испытании на кручение будет происходить различно.

Рис. 4. Характер разрушения образцов при кручении: А) – разрушение стального образца, вызванное сдвигом по поперечному сечению образца; Б) – разрушение чугунного образца от отрыва по винтовой поверхности с углом наклона 45° к оси образца; В) – разрушение деревянного образца, вызванное сдвигом в продольном осевом сечении.

Рис. 5. Диаграмма кручения образцов: а - стального; б - чугунного; в – деревянного

Диаграмма зависимости угла закручивания φ от крутящего момента М_к наглядно отражает процесс деформации образца при кручении. Сначала деформация (угол закручивания) увеличивается пропорционально нагрузке (крутящему моменту) и на диаграмме – прямая (закон Гука) (рис.5, а); затем деформация растет значительно быстрее нагрузки, и на диаграмме появляется криволинейный участок. Диаграмма обрывается при наибольшем значении крутящего момента, соответствующего разрушению образца.

Разрушение чугунного образца происходит внезапно по наклонному сечению. Зернистый характер излома является средством разрушения от отрыва. На диаграмме кручения чугунного образца (рис.5, б) видно, что чугун не совсем строго подчиняется закону Гука (кривая имеет несколько выпуклый характер) и не получает при разрушении от кручения значительных остаточных деформаций.

На диаграмме кручения деревянного образца (рис.5, в) вначале момент возрастает пропорционально углу закручивания, затем после достижения максимальной величины начинает заметно уменьшаться вследствие образования в образце продольной трещины.