材料在其他静载下的力学性能

关于材料在其他静载下的力学性能第一页，共二十一页，2022年，8月28日最大切应力τmax=（σ1-σ3）/2与最大当量正应力бmax（бmax=σ1-ν（σ2+σ3））之比称为应力状态的柔度系数(亦叫软性系数)α，即α=τmax/бmax=（σ1-σ3）/2[σ1-ν（σ2+σ3）]

α值愈大，应力状态愈“柔”，愈易变形而较不易开裂，即愈易处于韧性状态。α值愈小，则相反，愈易倾向脆性断裂2.1应力状态软性系数第二页，共二十一页，2022年，8月28日对单向拉伸

对扭转

对单向压缩α

=（σ1-σ3）/2[σ1-ν（σ2+σ3）]第三页，共二十一页，2022年，8月28日2.2扭转试验一扭转及其性能指标1扭转的应力状态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的短试件。第四页，共二十一页，2022年，8月28日材料的应力状态为纯剪切，切应力分布在纵向与横向两个垂直的截面上正应力б1和б3与纵轴呈45度，并在数值上等于切应力第五页，共二十一页，2022年，8月28日扭转加载下的应力状态系数在弹性变形阶段，横截面上的切应力与切应变沿半径方向呈线性分布（图b）在表面产生塑性变形后，切应变的分布仍呈线性分布，切应力则因塑性变形呈非线性变化（图c）第六页，共二十一页，2022年，8月28日2扭转试验及测定的力学性能

γ=tgα=φd0/2l0×100％式中α为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为扭转角;l0为杆的长度。切应变为MPMsM0.3Mb第七页，共二十一页，2022年，8月28日抗扭强度切变模量

G=τ/γ=32Ml0／(πΦd04)扭转比例极限τp和扭转屈服强度τsτp=Mp/W和τs=Ms/W式中Mp为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。Τs为发生屈服时的扭矩。扭转屈服强度τ0.3τ0.3=M0.3/W式中M0.3为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。该值和条件屈服强度相当。第八页，共二十一页，2022年，8月28日抗扭强度

τb=Mb/W

式中Mb为试件断裂前的最大扭矩。3扭转试验的特点及应用(1)扭转时应力状态的柔度系数较大，因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火工具钢的塑性。(2)圆柱试件在扭转试验时，整个长度上的塑性变形始终是均匀的，其截面及标距长度基本保持不变，不会出现静拉伸时试件上发生的颈缩现象。所以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第九页，共二十一页，2022年，8月28日(3)扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断强度大于切断强度，所以扭转试验是测定材料切断强度最可靠的方法。(5)扭转试验时，试件截面上的应力应变分布不均，表面最大，越往中心越小，它将对金属表面缺陷显示很大的敏感性．因此，可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。(4)扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切断。第十页，共二十一页，2022年，8月28日第十一页，共二十一页，2022年，8月28日2.3弯曲试验1弯曲试验方法及力学性能指标试样规格弯曲试验方法采用圆柱形或矩形试样。圆柱试样直径5-45mm，矩形试样高度h乘以跨度L0为5mmX7.5mm-30mmX40mm，跨距L0为直径或高度h的1.6倍。第十二页，共二十一页，2022年，8月28日三点弯曲时，材料总是在最大弯矩附近断裂，实验方法简单较常用。四点弯曲，通常是在具有组织缺陷的位置发生断裂，能较好反应材料性质，结果较精确。第十三页，共二十一页，2022年，8月28日脆性材料抗弯强度σbbσbb=Mb/W材料的弯曲变形大小用f表示，其值可用百分表或挠度计直接读出。通常用弯曲试件的最大挠度fmax表征材料的变形性能。试验时，将载荷P和最大挠度fmax之间的关系绘制成弯曲力-挠度曲线。第十四页，共二十一页，2022年，8月28日式中Mb为试件断裂时的弯矩，W为截面抗弯系数。Mb可根据弯曲图上的最大载荷Pb,按下式计算：对三点弯曲试件:Mb=PbL／4.对四点弯曲试件:Mb=PbK／2对于直径为d0的圆柱试件，W=πd03/32;宽为b,高为h的矩形截面试件，W＝bh2／6。第十五页，共二十一页，2022年，8月28日2弯曲试验的特点及应用

弯曲试验特点：（1）该试验试样形状简单、操作方便，常用于测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度。（2）该试验也是表面上应力大，可以反应材料表面缺陷，用于比较和评定材料表面处理层的质量。（3）对于高塑性材料，由于弯曲试验不能使试样发生断裂，因此难于测定其强度。尽量使用拉伸试验方法第十六页，共二十一页，2022年，8月28日弯曲试验的应用(1)用于测定灰铸铁的抗弯强度，灰铸铁的弯曲试件一般采用铸态毛坯圆柱试件。(2)用于测定硬质合金的抗弯强度，硬质合金由于硬度高，难以加工成拉伸试件，故常做弯曲试验以评价其性能和质量。硬质合金常用的规格是5×5×30mm，跨距为24mm。(3)陶瓷材料的抗弯强度测定。(4)对材料表面缺陷敏感，用于检验材料表面热处理层的质量。第十七页，共二十一页，2022年，8月28日2.4压缩试验压缩试验试验方法和力学性能指标试样规格试样的横截面常为圆形、正方形或棱柱体，试样长度L0或高度h0一般为直径或边长d0的2.5到3.5倍。

第十八页，共二十一页，2022年，8月28日压塑载荷-变形曲线1-塑性材料2-脆性材料拉伸和压缩的区别(1)压缩时试件不是伸长而是缩短，横截面不是缩小而是胀大。(2)塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲线一直上升。第十九页，共二十一页，2022年，8月28日根据压缩曲线，可以求出压缩强度和塑性指标。对于低塑性和脆性材料，一般只测抗压强度σbc，相对压缩率eck和相对断面扩展率ψck。σbc=Pbc/A0

ecf=(h0-hf)/h0×100％