材料力學性能教學課件ppt材料在其他靜載荷下的力學性能-在線瀏覽
2025-05-09 04:16本頁面
【正文】 W為試樣抗彎截面系數(shù)。 ?寬度為 b，高度為 h的矩形試樣： W＝ (m3)。 彎曲試驗方法常用于測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質合金等脆性與低塑性材料的強度和顯示塑性的差別。 常用來比較 和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面 熱處理機件 的質量和 性能。 ? 試驗時，對 試樣 施加扭矩 T， 隨扭矩增加，試樣標距 L0間 的兩個 橫截面 不斷產(chǎn)生相對轉動，其 相對扭角以 ψ（單價 為 rad）表示 。 扭轉 試驗 30 ?扭轉力學性能指標 : ?（ 1） 切變模量 G ?在彈性范圍內，切應力與切應變之比稱為切變模量。在扭轉曲線或試驗機扭矩度盤上讀出屈服時的扭矩 Ts，則 扭轉屈服點 τs為 τs =Ts/W W是試樣抗扭截面系數(shù) 扭轉 試驗 32 ?（ 3）抗扭強度 τb ?試樣在 扭 斷前承受的最大扭矩 (Tb)，利用彈性扭轉公式計算的切應力稱為抗扭強度，即 τb =Tb/W ?Tb可從扭轉曲線上求出或從試驗機 扭 矩度盤上讀出。由圖可見，控制表面含碳量 w(C)為％ ％，可獲得最大的抗扭強度。 扭轉 試驗 34 ?扭轉試驗及其測定的性能指標可作為扭轉條件下服役的機件設計和選材的依據(jù)外，在材料的試驗研究中，也是一種重要測試手段，這是因為扭轉試驗具有如下 特點 ： ?（ 1） 應力狀態(tài)軟性系數(shù) α=，比拉伸時的 α大，易于顯示金屬的塑性行為。 扭轉 試驗的特點 35 ?（ 3） 能較敏感的反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能。 ?此外，根據(jù)扭轉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。 角，呈螺旋狀，這是在正應力作用的結果。 扭轉 試驗的特點 37 ?這是因為金屬中存在較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度造成的。 扭轉 試驗的特點 38 ?結論： ?優(yōu)點： 扭轉試驗可用于測定塑性材料和脆性材料的剪切變形和斷裂的全部力學性能指標，有著其它力學性能試驗方法所無法比擬的優(yōu)點。 ?缺點： 表面切應力大，越往心部切應力越小，當表層發(fā)生塑性變形時，心部仍處于彈性狀態(tài)，很難精確地測定表層開始塑性變形的時刻，故用扭轉試驗難以精確地測定材料的微量塑性變形抗力。這種截面變化的部位可稱為“ 缺口 ”。 第五節(jié) 缺口試樣靜載荷試驗 40 ?一 、缺口試樣在彈性狀態(tài)下的應力分布 缺口效應 ?假設一個薄板的邊緣開有缺口，并承受拉應力 σ的作用，當板材處于彈性范圍內時，其缺口截面上的應力分布如右圖所示。 41 ?缺口的第一個效應是引起應力集中，并改變了缺口前方的應力狀態(tài)， 使缺口試樣或機件中所受的應力，由原來的單向應力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊顟B(tài)，這種狀態(tài)由板厚或直徑?jīng)Q定。 ?脆性 材料或低塑性材料進行缺口試樣拉伸時，很難通過缺口根部極為有限的塑性變形使應力重新分布，往往直接由彈性變形過渡到斷裂，所以缺口試樣的抗拉強度必然比光滑試樣的低。 ?存在缺口的條件下由于出現(xiàn)了三向應力狀態(tài)，并產(chǎn)生了應力集中，試樣的屈服應力比單向拉伸時高，產(chǎn)生了所謂的“ 缺口強化 ”現(xiàn)象 ， ?“ 缺口強化”并不是 金屬 內在性能 發(fā)生變化，純粹是由于三向 拉伸應力約束了塑性變形 所致。在有 缺口時，塑性材料的抗拉強度也因 塑性變形 受約束而增高了。 ?缺口的第二個效應：缺口使塑性材料強度增加，塑性降低 。 缺口效應 ※ 脆性材料（ a） ：最大應力位于缺口面上，裂紋在缺口一側產(chǎn)生；產(chǎn)生應力集中，裂紋快速通過缺口向另一側擴展； ※ 中等塑性材料（ b） ：最大應力位于缺口面內一定范圍內，且此位置與缺口面之間的材料發(fā)生了塑性變形；裂紋在該最大應力處產(chǎn)生，向 外側缺口面處擴展（以 微孔聚集型方式向外側 擴展）；同時向內擴展 （快速擴展）；最終中 心形成最后斷裂區(qū)。 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，發(fā)生完全屈服，應力最大點位于缺口中心；此時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、聚集的方式向外擴展，最終形成杯錐狀斷口。因此塑性 良好的材料缺口敏感性 低！ ?由于缺口頂端的三向 應力狀態(tài)，引起抗拉強 度增大，即 σbNσb。 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 用 缺口試樣 的 抗拉強度 σbn與等 截面尺寸光滑 試樣 的 抗拉強度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。 ?高強度材料的 NSR一般也小于 1；塑性材料 — 般 NSR大于 1。 缺口試樣靜拉伸試驗 48 ?缺口靜彎曲試驗也可顯示材料的缺口敏感性，由于缺口和彎曲所引起的應力不均勻性疊加，使試樣缺口彎曲的應力應變分布的不均勻性較缺口拉伸時更甚，但應力應變的多向性則減少。也可采用尺寸為 l0mm 10mm 55mm、缺口深度為 2mm、夾角為 60 176。試驗時記錄彎曲曲線（試驗力 F與撓度 f關系曲線），直至試樣斷裂。試樣在 Fmax時形成裂紋，在 F1時裂紋擴展到臨界尺寸隨即失穩(wěn)擴展而斷裂。各區(qū)所占面
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