西北工業(yè)材料力學(xué)性能PPT3.

1、第三章其他靜加載下的力學(xué)性能3.2 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)3.2.1 應(yīng)力應(yīng)變分析切應(yīng)力 切應(yīng)變?cè)趶椥宰冃畏秶鷥?nèi)，材料力學(xué)給出了圓桿表面的切應(yīng)力切應(yīng)力計(jì)算公式如下 =M / W （3-1）式中M為扭矩；W為截面系數(shù)。對(duì)于實(shí)心圓桿，Wd0316；對(duì)于空心圓桿,W=d03(1-d14/d04)16,其中d0為外徑，d1為內(nèi)徑。因切應(yīng)力作用而在圓桿表面產(chǎn)生的切應(yīng)變切應(yīng)變?yōu)?tg=d0/2l0100 （3-2）式中為圓桿表面任一平行于軸線的直線因的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,見(jiàn)圖3-1(a)；為扭轉(zhuǎn)角;l0為桿的長(zhǎng)度。3.2.2 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)及測(cè)定的力學(xué)性能 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)采用圓柱形(實(shí)心或空心)試件, 在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。扭轉(zhuǎn)試件如

2、圖3-2所示(略), 標(biāo)距為100mm；有時(shí)也采用標(biāo)距為50mm的短試件。00KMbM0.3MEMp扭 矩 M扭 轉(zhuǎn)角 利用扭轉(zhuǎn)圖，確定材料的切變模量G，扭轉(zhuǎn)比例極限p, 扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度0.3, 和抗扭強(qiáng)度切變模量切變模量 G =/=32Ml0(d04) 3-3)扭轉(zhuǎn)比例極限pp=Mp/W (3-4)式中Mp為扭轉(zhuǎn)曲線開(kāi)始偏離直線時(shí)的扭矩。扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度0.30.3 = M0.3 /W (3-5)式中M0.3為殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時(shí)的扭矩?？古?qiáng)度 b=Mb/W (3-6)式中Mb為試件斷裂前的最大扭矩。3.2.3 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)較大，因而可用于測(cè)定那些在拉

3、伸時(shí)表現(xiàn)為脆性的材料，如淬火低溫回火工具鋼的塑性。(2)圓柱試件在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)度上的塑性變形始終是均勻的，其截面及標(biāo)距長(zhǎng)度基本保持不變，不會(huì)出現(xiàn)靜拉伸時(shí)試件上發(fā)生的頸縮現(xiàn)象。因此，可用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)精確地測(cè)定高塑性材料的變形抗力和變形能力，而這在單向拉伸或壓縮試驗(yàn)時(shí)是難以做到的。(3)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以明確地區(qū)分材料的斷裂方式，正斷或切斷。(4)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，試件截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布表明，它將對(duì)金屬表面缺陷顯示很大的敏感表面缺陷顯示很大的敏感性性因此，可利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)研究或檢驗(yàn)工件熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。(5)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，試件受到較大的切應(yīng)力，因而還被廣泛地應(yīng)用于研究有關(guān)初始塑性變形的

4、非同時(shí)性的問(wèn)題，如彈性后效、彈性滯后以及內(nèi)耗等綜上所述，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)，并且還有著其它力學(xué)性能試驗(yàn)方法所無(wú)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。然而，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在某些情況下也會(huì)變?yōu)槿秉c(diǎn)，例如，由于扭轉(zhuǎn)試件中表面切應(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)(見(jiàn)圖3-1(c)。因此，很難精確地測(cè)定表層開(kāi)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。3.3 彎曲試驗(yàn)3.3.1 彎曲試驗(yàn)方法通常用彎曲試件的最大撓度f(wàn)max表征材料的變形性能。試驗(yàn)時(shí)，在試件跨距的中

5、心測(cè)定撓度，繪成P-fmax關(guān)系曲線，稱為彎曲圖。圖3-7表示三種不同材料的彎曲圖。00P位移圖3-7 典型的彎曲圖，（a）塑性材料，（b）中等塑性材料，（c）脆性材料對(duì)于脆性材料，可根據(jù)彎曲圖(見(jiàn)圖3-7(c)，用下式求得抗彎強(qiáng)度bbbb=Mb/W (3-11)式中Mb為試件斷裂時(shí)的彎矩，W為截面抗彎系數(shù)，可根據(jù)彎曲圖上的最大載荷Pb,按下式計(jì)算：對(duì)三點(diǎn)彎曲試件: Mb=PbL4. 對(duì)四點(diǎn)彎曲試件: Mb=PbK26.3.2 彎曲試驗(yàn)的應(yīng)用用于測(cè)定灰鑄鐵的抗彎強(qiáng)度，灰鑄鐵的彎曲試件一般采用鑄態(tài)毛坯圓柱試件。用于測(cè)定硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度，硬質(zhì)合金由于硬度高，難以加工成拉伸試件，故常做彎曲試驗(yàn)以評(píng)

6、價(jià)其性能和質(zhì)量。陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度測(cè)定。3.4 壓縮試驗(yàn)3.4.1 單向壓縮試驗(yàn)單向壓縮時(shí)應(yīng)力狀態(tài)的柔度系數(shù)大，故用于測(cè)定脆性材料，如鑄鐵、軸承合金、水泥和磚石等的力學(xué)性能。由于壓縮時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)較軟，故在拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲試驗(yàn)時(shí)不能顯示的力學(xué)行為，而在壓縮時(shí)有可能獲得。壓縮可以看作是反向拉伸。因此，拉伸試驗(yàn)時(shí)所定義的各個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算公式，在壓縮試驗(yàn)中基本上都能應(yīng)用。圖3-8 壓縮載荷變形曲線,1-塑性材料，2-脆性材料0021bsep壓縮 應(yīng)力相對(duì) 縮 短 根據(jù)壓縮曲線，可以求出壓縮強(qiáng)度和塑性指標(biāo)。對(duì)于低塑性和脆性材料，一般只測(cè)抗壓強(qiáng)度bc，相對(duì)壓縮ck和相對(duì)斷面擴(kuò)脹率ck。 抗壓強(qiáng)度bc bc=Pbc/A0 (3-13)相對(duì)壓縮ck ck=(h0-hk)/h0100 (3-14)相對(duì)斷面擴(kuò)脹率ck ck=(Ak-A0)/A0100 (3-15)式中Pbc為試件壓縮斷裂時(shí)的載荷;h0和hk分別為試件的原始高度和斷裂時(shí)的高度；A0和Ak分別為試件的原始截面積和斷裂時(shí)的截