材料力學(xué)性能測(cè)試-文庫(kù)吧資料
2024-08-29 00:06本頁(yè)面
【正文】 ,所以故上式即強(qiáng)化后的真實(shí)剪應(yīng)力計(jì)算公式 若將 Tφ 曲線的橫坐標(biāo) φ 變換成 θ, 則可用圖解法在 Tθ 曲線中很容易地求得 τ max 當(dāng) T=Tb 時(shí) ,試件被扭斷 .設(shè)其時(shí) ,則真實(shí)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為 : 假設(shè)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 Tθ 曲線在最后部分與 θ 軸接近平行 ,即 則上式便成為 上式即為剪切強(qiáng)度極限 τ b的理論計(jì)算公式 .而我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)從指標(biāo)的相互可比為出發(fā)點(diǎn) ,規(guī)定扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切屈服極限可采用如下公式 而強(qiáng)度極限則采用 鑄鐵試件的 Tφ 曲線 如圖 所示。 對(duì)于沒(méi)有明顯屈服表征的材料，可以將產(chǎn)生殘余剪應(yīng)變?yōu)?％時(shí)的相應(yīng)應(yīng)力值作為條件屈服極限，并用 τ 表示，即 ％時(shí)作用在試件上的扭矩，其值可用圖解法或卸力法測(cè)定。 設(shè)此時(shí)的扭矩值為 ，由靜力學(xué)關(guān)系知．若在截面上任取一切向內(nèi)力元素 ．則該橫截面上所有切向內(nèi)力元素 對(duì)圓心取矩之和即為該截面之扭矩，故有式中 ρ 為 dA與圓心的距離。 Tφ 曲線稍微上升。 由材料力學(xué)中的彈性應(yīng)力公式知，此時(shí)在試件表面上的最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為：最大剪切力：式中 d0為試件的直徑； l0為試件的標(biāo)距長(zhǎng)；為試件的扭轉(zhuǎn)截面模量根據(jù)剪切虎克定律： 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)只需測(cè)出該階段內(nèi)的扭矩值 T和其相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角 φ ，則可由上式求出剪切彈性模量 G ⑵ 剪切比例極限 τ p 在 Tφ 圖上求出對(duì) T軸的正切比其直線部分的正切值大50﹪ 的扭矩值 Tp ， 即可由下式：得出這種規(guī)定條件的比例極限 τ p⑶ 剪切屈服極限 當(dāng)扭矩超過(guò) Tp 后， 橫 截面上 剪 應(yīng)力的分布不再 呈 線性 ， 而 剪 應(yīng)變 仍保持線性分布 ， 如圖（ b） 。 圖 分別為兩種典型材料 (低碳鋼和鑄鐵 )的 Tφ 曲線。 通過(guò)圓柱形試件的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)可以測(cè)出如下力學(xué)性能指標(biāo)： ⑴ 剪切彈性模量 G 材料的扭轉(zhuǎn)過(guò)程可用其 Tφ 曲線 (亦即扭轉(zhuǎn)圖）來(lái)描述。一般，塑性材料的扭轉(zhuǎn)斷裂面垂直于試件的線，斷口平整且有回旋狀的塑性變形痕跡 (圖 a)，這是由 τ max造成的切斷 .脆性材料的扭轉(zhuǎn)斷口呈螺旋狀曲面 ,與試件軸線約成 45.(圖 b)，這是在 σ max 作用下產(chǎn)生的正斷。 〔 4)由于扭轉(zhuǎn)時(shí)試件上任一點(diǎn)為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，故試件表面上存在的 σ max和 τ max在數(shù)值上大體相等，而工程上許多金屬材料的σ k真 ＞ τ k真 所以，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測(cè)定這些材料切斷強(qiáng)度的可靠方法。因而，它對(duì)表面缺陷以及表面硬化層的性能反映是很敏感的。因此，可用來(lái)精確評(píng)定拉伸時(shí)出現(xiàn)頸縮的塑性材料的變形能力和抗力指標(biāo)。 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)具有以下特點(diǎn)： (1)扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) a＝ ，因此，可用它來(lái)測(cè)定那些在拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)呈脆性正斷的材料 (例如調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼 )的塑性變形的抗力指標(biāo)。 (5)整理工具和現(xiàn)場(chǎng)、關(guān)閉進(jìn)油閥，打開回油閥．使實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)回復(fù)原位。 (3)按要求將試件安裝到剪切器上并將剪切器置于萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)的承墊上。在測(cè)得試件的最大載荷 Pb后，仍然按剪應(yīng)力在剪切面上均布的同樣方法．算得該材料的剪切強(qiáng)度極限 τb 即式中 A為試件橫截面面積， Pb 為最大載荷。即假定剪應(yīng)力在剪切面內(nèi)是均勻分布的。聯(lián)接件主要承受剪切作用。應(yīng)關(guān)閉送油閥，開啟回油閥，使活動(dòng)平臺(tái)下降，取下被壓裂的試樣，觀察變形及斷口形狀，記錄測(cè)力度盤上從動(dòng)針?biāo)甘镜牧χ?，?Pb值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)其壓縮曲線開始明顯變彎曲，測(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)開始倒遲，這時(shí)試祥表面已產(chǎn)生微裂紋，且裂紋迅速擴(kuò)展，這是試樣破壞的前奏，操作者特別注意。 二、鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn) 鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)方法和步驟與低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)的 ① 一 ⑤ 相同。 ⑦ 實(shí)驗(yàn)完畢 ,關(guān)掉 實(shí)驗(yàn)機(jī)電源 ,開 啟回油閥，使活動(dòng)平臺(tái)下降。 ⑥ 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 開啟送油閥，進(jìn)行緩慢均勻地加載，并注意觀察測(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，隨時(shí)調(diào)整送油閥的進(jìn)油量大小、以控制加載速度，同時(shí)要注意觀察自動(dòng)繪制 的壓 縮曲線，以便及時(shí)而準(zhǔn)確地判定其 屈服載荷 ，并記錄之。待試樣上端面與上承墊接觸受力后，用慢速預(yù)先加少量載荷。 ④ 裝好防護(hù)罩。實(shí)驗(yàn)方法和步驟一 .低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn) ① 測(cè)定試樣的截面尺寸 用游標(biāo)卡尺在試樣高度中央取一處予以測(cè)量，沿兩個(gè)互相垂直的方向各測(cè)一次 ,取其平均值作為 d0來(lái)計(jì)算截面面積 A0 .用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的高度 h0 . ② 調(diào)整實(shí)驗(yàn)機(jī) 估算低碳鋼試樣的屈服載荷的大小，選擇合適的量程．按實(shí)驗(yàn)機(jī)操作規(guī)程 ,調(diào)整因?yàn)橹羔樖蛊鋵?duì)準(zhǔn)廢盤的零點(diǎn) ,并調(diào)整好自動(dòng)繪圖裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)還必須加球形承墊 ,如圖 所示 .它可以位于試祥上端 ,也可以位于下端。若小于 1，則摩擦力的影響太大 ,若大于 3，雖然摩擦力的影響減少，但穩(wěn)定性的影響卻突出起來(lái) .為了減小試樣上、下端面與試驗(yàn)機(jī)承墊之間的摩擦力的影響，除了在實(shí)驗(yàn)之前，將試祥兩端面涂以潤(rùn)滑劑外．同時(shí)還需保證試樣端面加工應(yīng)有較高的光潔度，要求達(dá)到 。由此可見，壓縮實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的。這種壓縮實(shí)驗(yàn)方法，試樣的上、下兩端與實(shí)驗(yàn)機(jī)承墊之間會(huì)產(chǎn)生根大的感擦力 ,它們阻礙試樣上部及下部的橫向變形 ,導(dǎo)致測(cè)得的抗壓強(qiáng)度較實(shí)際偏高?；诣T鐵壓縮破壞斷口為斜面 ,如圖 . 低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試樣一股制成圓柱體，其高 h0與直徑 d0之比在 1至 3的范圍內(nèi)。一般其抗壓強(qiáng)度極限為抗拉強(qiáng)度極限的 3至 4倍。隨著壓力的增加，試樣由鼓形變成扁餅狀．而且越壓越扁，不會(huì)發(fā)生壓縮破壞，故不能測(cè)得其抗壓強(qiáng)度極限。其偏離不應(yīng)超過(guò)最小分度的1／／ 4。然后揚(yáng)起擺錘空打．檢查此時(shí)的指針是否指零。其方法是當(dāng)擺錘自由下落時(shí)，使指針對(duì)準(zhǔn)最大打擊能量處。其目的是檢查實(shí)驗(yàn)機(jī)是否處于正常工作狀態(tài)。 試樣開切口的目的是為了使試樣在承受沖擊時(shí)在切口附近造成應(yīng)力集中，使塑性交形局限在切口附近不大的體積范圍內(nèi)，并保證試樣一次就被沖斷且使斷裂就發(fā)生在切口處 .σk值對(duì)切口的形狀和尺寸十分敏感，切口愈深 ,愈尖銳 σk值愈低，材料的脆化傾向愈嚴(yán)重 .因此，同種材料用不同切口試樣測(cè)定的 σk值不能相互換算和直接比 較實(shí)驗(yàn)步驟(1)用精度不低于
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