材料力學(xué)性能教學(xué)課件ppt材料在其他靜載荷下的力學(xué)性能(編輯修改稿)
2025-04-18 04:16 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 正斷抗力大于切斷抗力，所以扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測(cè)定這些材料切斷抗力最可靠的方法。 ?此外，根據(jù)扭轉(zhuǎn)試樣的宏觀斷口特征，還可明確區(qū)分金屬材料最終斷裂方式是正斷還是切斷。 扭轉(zhuǎn) 試驗(yàn)的特點(diǎn) 36 ?切斷斷口 ：塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平整，有回旋狀塑性變形痕跡，這是由切應(yīng)力作用的結(jié)果； ?正斷斷口 ：脆性材料的斷裂面與試樣軸線成 45 176。 角，呈螺旋狀，這是在正應(yīng)力作用的結(jié)果。 ?木紋狀斷口 ：斷裂面順著試樣軸線形成縱向剝層或裂紋。 扭轉(zhuǎn) 試驗(yàn)的特點(diǎn) 37 ?這是因?yàn)榻饘僦写嬖谳^多的非金屬夾雜物或偏析，并在軋制過程中使其沿軸向分布，降低了試樣軸向切斷強(qiáng)度造成的。因此，可以根據(jù)斷口宏觀特征來判斷承受扭矩而斷裂的機(jī)件的性能。 扭轉(zhuǎn) 試驗(yàn)的特點(diǎn) 38 ?結(jié)論： ?優(yōu)點(diǎn)： 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可用于測(cè)定塑性材料和脆性材料的剪切變形和斷裂的全部力學(xué)性能指標(biāo)，有著其它力學(xué)性能試驗(yàn)方法所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)在科研和生產(chǎn)檢驗(yàn)中得到較廣泛地應(yīng)用。 ?缺點(diǎn)： 表面切應(yīng)力大，越往心部切應(yīng)力越小，當(dāng)表層發(fā)生塑性變形時(shí)，心部仍處于彈性狀態(tài)，很難精確地測(cè)定表層開始塑性變形的時(shí)刻，故用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)難以精確地測(cè)定材料的微量塑性變形抗力。 扭轉(zhuǎn) 試驗(yàn)的特點(diǎn) 39 ? 缺口效應(yīng) ?前面介紹的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等靜載荷試驗(yàn)方法，都是采用橫截面均勻的光滑試樣，實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)件，截面上往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、螺紋及焊縫等。這種截面變化的部位可稱為“ 缺口 ”。 ?由于 缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的“ 缺口效應(yīng) ”，從而影響金屬材料的力學(xué)性能 。 第五節(jié) 缺口試樣靜載荷試驗(yàn) 40 ?一 、缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 缺口效應(yīng) ?假設(shè)一個(gè)薄板的邊緣開有缺口，并承受拉應(yīng)力 σ的作用，當(dāng)板材處于彈性范圍內(nèi)時(shí)，其缺口截面上的應(yīng)力分布如右圖所示。 ?從圖可看出，缺口截面上的應(yīng)力分布不均勻，軸向應(yīng)力 σy在缺口根部最大，隨著距離的增加， σy不斷下降，所以在缺口根部產(chǎn)生了 應(yīng)力集中 的現(xiàn)象。 41 ?缺口的第一個(gè)效應(yīng)是引起應(yīng)力集中，并改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)， 使缺口試樣或機(jī)件中所受的應(yīng)力，由原來的單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)，這種狀態(tài)由板厚或直徑?jīng)Q定。 ?兩向或三向不等拉伸的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) α，使金屬難以產(chǎn)生塑性變形。 ?脆性 材料或低塑性材料進(jìn)行缺口試樣拉伸時(shí)，很難通過缺口根部極為有限的塑性變形使應(yīng)力重新分布，往往直接由彈性變形過渡到斷裂，所以缺口試樣的抗拉強(qiáng)度必然比光滑試樣的低。 缺口效應(yīng) 42 ?二、 缺口試樣在塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 ?對(duì)于塑性較好的金屬材料，若缺口根部產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力將重新分布，并隨著載荷的增大塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，直至整個(gè)截面上都產(chǎn)生塑性。 ?存在缺口的條件下由于出現(xiàn)了三向應(yīng)力狀態(tài)，并產(chǎn)生了應(yīng)力集中，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)高，產(chǎn)生了所謂的“ 缺口強(qiáng)化 ”現(xiàn)象 ， ?“ 缺口強(qiáng)化”并不是 金屬 內(nèi)在性能 發(fā)生變化，純粹是由于三向 拉伸應(yīng)力約束了塑性變形 所致。因此，不能 把“缺口強(qiáng)化” 看作是強(qiáng)化金屬材料的手段。在有 缺口時(shí)，塑性材料的抗拉強(qiáng)度也因 塑性變形 受約束而增高了。 缺口效應(yīng) 43 ?雖然缺口提高了塑性材料 的 “強(qiáng)度”，但是 由于缺口的約束塑性變形，所以 使塑性降低，增加了材料的變脆傾向 。 ?缺口的第二個(gè)效應(yīng)：缺口使塑性材料強(qiáng)度增加，塑性降低 。 ?不是強(qiáng)化金屬的有效途徑，使材料脆性增加。 缺口效應(yīng) ※ 脆性材料（ a） ：最大應(yīng)力位于缺口面上，裂紋在缺口一側(cè)產(chǎn)生；產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂紋快速通過缺口向另一側(cè)擴(kuò)展； ※ 中等塑性材料（ b） ：最大應(yīng)力位于缺口面內(nèi)一定范圍內(nèi)，且此位置與缺口面之間的材料發(fā)生了塑性變形；裂紋在該最大應(yīng)力處產(chǎn)生，向 外側(cè)缺口面處擴(kuò)展（以 微孔聚集型方式向外側(cè) 擴(kuò)展）；同時(shí)向內(nèi)擴(kuò)展 （快速擴(kuò)展）；最終中 心形成最后斷裂區(qū)。此 時(shí)缺口強(qiáng)度可能高于光 滑試樣抗拉強(qiáng)度，也可 能低于光滑試樣（取決 于材料的塑性大?。? 44 脆性材料 中等塑性 塑性材料 纖維區(qū) 圓柱缺口試樣斷裂過程 45 ?良好塑性材料（ c） ：材料從缺口面開始向內(nèi)，發(fā)生完全屈服，應(yīng)力最大點(diǎn)位于缺口中心；此時(shí)與光滑試樣頸縮后的樣品類似，裂紋起源于樣品中心，然后以微孔生成、聚集的方式向外擴(kuò)展，最終形成杯錐狀斷口。 ?這種情況下缺口的存在對(duì)斷裂 的影響不大。因此塑性 良好的材料缺口敏感性 低！ ?由于缺口頂端的三向 應(yīng)力狀態(tài)，引起抗拉強(qiáng) 度增大，即 σbNσb。 ?這種由缺口引起的屈 服強(qiáng)度增大現(xiàn)象稱為 幾 何強(qiáng)化 ，但它不能作為強(qiáng)化手段使用。 圓柱缺口試樣斷裂過程 脆性材料 中等塑性 塑性材料 纖維區(qū) 46 ? 金屬材料的 缺口敏感性 指標(biāo) 用 缺口試樣 的 抗拉強(qiáng)度 σbn與等 截面尺寸光滑 試樣 的 抗拉強(qiáng)度σb的 比值 表示，稱為 缺口敏感度 ，記 為NSR(Notch Sensitivity Ratio) ?NSR越大， 缺口 敏感性越小。 脆性材料如鑄鐵、高碳鋼的 NSR總是小于 1，表明缺口根部尚未發(fā)生明顯塑性變形時(shí)就已經(jīng)斷裂，對(duì)缺口很敏感。 ?高強(qiáng)度材料的 NSR一般也小于 1；塑性材料 — 般 NS
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1