工程材料力學(xué)性能-第二章

第二章其他靜載下的力學(xué)性能靜拉伸：包括彈性變形、塑性變形和斷裂三個過程其他靜加載方式：扭轉(zhuǎn)，彎曲，壓縮，硬度等2.1扭轉(zhuǎn)靜扭轉(zhuǎn)試驗的特點應(yīng)力狀態(tài)的軟性系數(shù)a＝0.8用圓柱形試樣進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗時，沒有頸縮現(xiàn)象。扭轉(zhuǎn)試驗中的正應(yīng)力和切應(yīng)力數(shù)值上大體相等。扭轉(zhuǎn)試驗可明確地區(qū)分金屬材料最終斷裂方式：正斷和切斷。扭轉(zhuǎn)試驗不能顯示材料的體積缺陷。工程構(gòu)件受力模型

扭轉(zhuǎn)變形是指桿件受到大小相等,方向相反且作用平面垂直于桿件軸線的力偶作用,使桿件的橫截面繞軸線產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。橫截面間繞軸線的相對角位移，稱為扭轉(zhuǎn)角。按輸入功率、轉(zhuǎn)速計算T=Me2.扭矩和扭矩圖扭矩正負(fù)規(guī)定右手螺旋法則右手拇指指向外法線方向為正(+),反之為負(fù)(-)彈性范圍內(nèi)的剪應(yīng)力－剪應(yīng)變關(guān)系圓軸扭轉(zhuǎn)變形的基本公式靜力學(xué)方程總結(jié)幾何方面物理方面靜力學(xué)方面圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的一般公式圓軸最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力當(dāng)ρ＝R時應(yīng)力最大Ip

與Wp

的計算實心軸空心軸令則實心軸與空心軸Ip

與Wp

對比

試樣在彈性范圍內(nèi)每一瞬間的表面切應(yīng)力τ和表面切應(yīng)變γ分別為：試樣的切變模量：扭轉(zhuǎn)比例極限τp、扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度τ0.3和扭轉(zhuǎn)條件強(qiáng)度極限τK分別為：彎曲試驗的加載方式：三點彎曲和四點彎曲三點彎曲：斷裂位置被固定在集中加載截面處四點彎曲：斷裂具體位置由均勻加載段內(nèi)相對較弱的組織決定彎曲試驗的特點：

(1)從整體上比拉伸試樣的幾何外形簡單，適用于測定加工不方便的脆性材料。

(2)退火、正火、調(diào)質(zhì)后的碳素結(jié)構(gòu)鋼或者合金結(jié)構(gòu)鋼由于其塑性較好，不宜采用彎曲試驗，而應(yīng)改用拉伸試驗來測定其有關(guān)斷裂的抗力。

(3)可以較靈敏的反映材料的表面缺陷。2.2彎曲

彎曲試樣拉伸側(cè)表面的最大正應(yīng)力：

脆性材料只測定斷裂時的抗彎強(qiáng)度：純彎曲實驗現(xiàn)象觀察平面假設(shè)：變形前為平面的橫截面變形后仍保持為平面，只是繞截面內(nèi)某一軸線偏轉(zhuǎn)了一個角度。單向受力假設(shè)：梁內(nèi)各縱向“纖維”僅承受軸向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。凹入一側(cè)纖維縮短突出一側(cè)纖維伸長中間一層纖維長度不變－－中性層中間層與橫截面的交線－－中性軸1、變形幾何關(guān)系2、物理關(guān)系胡克定理3、靜力學(xué)條件純彎曲：

4、正應(yīng)力公式變形幾何關(guān)系物理關(guān)系靜力學(xué)關(guān)系正應(yīng)力公式彎曲剛度5、橫截面上最大正應(yīng)力——截面的抗彎截面系數(shù)，反映了截面的幾何形狀、尺寸對強(qiáng)度的影響。常見截面的IZ和WZ圓截面矩形截面空心圓截面空心矩形截面橫向彎曲正應(yīng)力公式彎曲正應(yīng)力分布

彈性力學(xué)精確分析表明，當(dāng)跨度l

與橫截面高度h

之比l/h>5

（細(xì)長梁）時，純彎曲正應(yīng)力公式對于橫向彎曲近似成立。橫向彎曲最大正應(yīng)力1.降低Mmax

合理安排支座合理布置載荷提高梁強(qiáng)度的主要措施合理布置支座FF合理布置支座合理布置載荷2.增大WZ合理設(shè)計截面合理放置截面合理放置截面2.3壓縮壓縮試驗特點：塑性好的材料只能壓縮變形，不能破壞，因此壓縮試驗主要用于脆性材料和低塑性材料。壓縮時，端面存在很大的摩擦力，影響測試結(jié)果。摩擦力可以阻礙試樣端面的橫向變形，形成腰鼓形（圖2.10）；還會引起附加變形阻力，從而提高總的變形抗力，降低便性能。壓縮試驗通常采用一定高度的試樣，規(guī)定h0/d0＝1～3。材料在壓縮時的力學(xué)性能塑性材料：在屈服之前壓縮曲線與拉伸曲線基本重合，但之后不會斷裂，只會越壓越扁。材料在壓縮時的力學(xué)性能脆性材料：壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)高于拉伸強(qiáng)度，但材料變形很小，會突然斷裂（剪斷）。脆性材料壓縮：適于做抗壓構(gòu)件。破壞時破裂面與軸線約成55°~60°。硬度

硬度試驗按照物理意義可分為：刻劃硬度、回跳硬度和壓入硬度壓入硬度主要包括布氏硬度，洛氏硬度，維氏硬度和顯微硬度。壓入硬度特點：可以間接地估計一些基本力學(xué)性能，簡單易行，幾乎不損傷零件。

材料抵抗表面局部塑性變形的能力。布氏硬度HB布氏硬度計

壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，之后的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間；如120HBS10/1000/30：表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。洛氏硬度h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度用符號HR表示根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。洛氏硬度測量原理圖：P35,圖1－32

符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。洛氏硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕維氏硬度維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕

利用頂角為136度的