第三章其它静加载下的力学性能.ppt

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1、第三章其它静加载下的力学性能第一节应力状态柔度因数第二节扭转试验第三节弯曲试验第四节压缩试验第五节剪切试验第一节应力状态柔度因数一、应力状态柔度因数二、应力状态柔度因数应用Back第一节应力状态柔度因数一、应力状态柔度因数1、定义：τmax和σmax的比值，也称为应力状态软性系数，用α表示。2、物理意义：α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形。反之，α越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂。易于引起拉断的应力状态叫做硬性应力状态；易于引起剪断的应力状态叫做软性应力状态。Back二、应用结论：

2、（1）三向等拉伸时应力状态最硬，因为其切应力分量为零，在这种应力状态下，材料容易发生脆性断裂。例如：对于塑性较好的金属材料，为了充分揭示其脆性倾向，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸试验，防止其仅产生塑性断裂；（2）单向拉伸时，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬，一般适用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料的试验；（3）扭转和压缩时应力状态较软，材料易产生塑性变形，一般适用于那些在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料(如灰铸铁、淬火高碳钢和陶瓷材料等)，以充分揭示其客观存在的塑性性能。（4）材

3、料的硬度试验同于三向不等压缩应力状态，应力状态非常软，因此硬度试验可在各种材料上进行。Back第二节扭转试验一、应力应变分析二、扭转试验及测定的力学性能三、扭转试验的特点及应用Back第二节扭转试验一、应力应变分析1、扭转时试样表面的应力状态（１）在横截面上无正应力而只有切应力；（２）在弹性变形阶段，试样横截面上的切应力和切应变沿半径方向呈线性分布；（３）当表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保持线性关系。切应力则因塑性变形而呈非线性变化。2、切应力、切应变计算（1）在弹性变形范围内，圆杆表面的切应力τ=M/WM为扭矩；W为截面系数

4、。实心圆杆W＝πd03／16空心圆杆W=πd03(1-d14/d04)／16其中d0为外径，d1为内径。（2）切应力作用而在圆杆表面产生的切应变γ=tgα=φd0/2L0×100％（3-2）α---圆杆表面任一平行于轴线的直线因τ的作用而转动的角度；Φ---扭转角;L0-----杆的长度。Back二、扭转试验及测定的力学性能根据扭转图和有关的材料力学公式便可计算出材料的扭转强度、剪切弹性模量和剪切应变等扭转力学性能指标。1、扭转试验采用圆柱形(实心或空心)试件,在扭转试验机上进行。扭转试件标距为100mm；有时也采用标距为50mm

5、的短试件。扭转图:根据每一时刻加于试样上的扭矩M和扭转角φ(在试样标距L0上的两个截面间的相对扭转角)绘制成M－φ曲线，称为扭转图。2、扭转力学性能指标（1）切变模量GG=τ/γ=32ML0／(πΦd04)（3-3)（2）扭转比例极限τpτp=Mp/W(3-4)Mp为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。Mp的确定：Mp为扭转曲线上某一点对M轴的正切值较扭转曲线上直线部分为ON正切值大50％时，该点对应的扭矩。（3）扭转屈服强度τ0.3τ0.3=M0.3/W(3-5)M0.3为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。（4）抗扭强度（条件强度极限

6、）τb=Mb/W(3-6)Mb为试件断裂前的最大扭矩。τb=Mb/W是弹性变形下的公式，由于试样表面层的塑性变形，使其切应力有所降低，所以，用弹性公式计算的τb值与真实情况不符，比真实的抗扭强度大，故称τb为条件强度极限。（5）真实扭转强度极限τfMf-----为试样断裂时的最大扭矩(N·m)；Φf-----为试样断裂时单位长度上的相对扭转角(rad／mm)------M--扭转曲线上f点处的切线相对于轴的夹角的正切值(N·m／rad)，可用图解微分法求出。即根据计算出的各及对应的各M值，画出临近断裂部分的M－曲线上。这是在完全

7、理想塑性条件下的表达式。而式第二项，则代表存在弹性变形和形变强化时应有的校正。（6）扭转相对残余切应变γf对于高塑性材料，因塑性变形很大，弹性切应变可以忽略不计，用式求出的总切应变可看作残余切应变。对脆性材料和低塑性材料。因塑性变形很小，弹性变形不能忽略，须把上式所得的总切应变值减去弹性切应变γp(γp＝100％)才是残余切应变。Back三、扭转试验的特点及应用扭转试验及其测定的性能指标可作为扭转条件下服役的机件设计和选材的依据外，在材料的试验研究中，也是一种重要测试手段，这是因为扭转试验具有如下特点：(1)扭转时应力状态的柔度系

8、数较大，因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料。(2)用扭转试验精确地测定高塑性材料的变形抗力和变形能力，而这在单向拉伸或压缩试验时是难以做到的。(3)扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切断。（层状或木片状断口）原因是轴向的切断抗力比