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(gè)過(guò)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(yàn)的特點(diǎn)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(yàn)時(shí)，沒(méi)有頸縮現(xiàn)象。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中的正應(yīng)力和切應(yīng)力數(shù)值上大體相等。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)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(yàn)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(dòng)。橫截面間繞軸線的相對(duì)角位移，稱為扭轉(zhuǎn)角。按輸入功率、轉(zhuǎn)速計(jì)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?yàn)檎?+),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(shí)應(yīng)力最大Ip

與Wp

的計(jì)算實(shí)心軸空心軸令則實(shí)心軸與空心軸Ip

與Wp

對(duì)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?chǔ)梅謩e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(yàn)的加載方式：三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲三點(diǎn)彎曲：斷裂位置被固定在集中加載截面處四點(diǎn)彎曲：斷裂具體位置由均勻加載段內(nèi)相對(duì)較弱的組織決定彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)：

(1)從整體上比拉伸試樣的幾何外形簡(jiǎn)單，適用于測(cè)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(yàn)，而應(yīng)改用拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)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(cè)定斷裂時(shí)的抗彎強(qiáng)度：純彎曲實(shí)驗(yàn)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(gè)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(zhǎng)中間一層纖維長(zhǎng)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(duì)強(qiáng)度的影響。常見(jiàn)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(zhǎng)梁）時(shí)，純彎曲正應(yīng)力公式對(duì)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(jì)截面合理放置截面合理放置截面2.3壓縮壓縮試驗(yàn)特點(diǎn)：塑性好的材料只能壓縮變形，不能破壞，因此壓縮試驗(yàn)主要用于脆性材料和低塑性材料。壓縮時(shí)，端面存在很大的摩擦力，影響測(cè)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(huì)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(yàn)通常采用一定高度的試樣，規(guī)定h0/d0＝1～3。材料在壓縮時(shí)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(huì)斷裂，只會(huì)越壓越扁。材料在壓縮時(shí)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(huì)突然斷裂（剪斷）。脆性材料壓縮：適于做抗壓構(gòu)件。破壞時(shí)破裂面與軸線約成55°~60°。硬度

硬度試驗(yàn)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(diǎn)：可以間接地估計(jì)一些基本力學(xué)性能，簡(jiǎn)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(jì)

壓頭為鋼球時(shí)，布氏硬度用符號(hào)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(shí)，用符號(hào)HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號(hào)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(shí)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(cè)得的布氏硬度值為120。布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：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(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度用符號(hào)HR表示根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為A、B、C。洛氏硬度測(cè)量原理圖：P35,圖1－32

符號(hào)HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。HRA用于測(cè)量高硬度材料,如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB用于測(cè)量低硬度材料,如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC用于測(cè)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(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。缺點(diǎn)：測(cè)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(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕

利用頂角為136度的