《材料力学》04剪挤

03
温度与环境
温度和环境因素如腐蚀介质等也可能对剪切和挤压强度产生影响。例如，
高温下材料的力学性能会发生变化，可能导致强度降低；而腐蚀介质则
可能加速材料的破坏过程。
安全系数选取原则
安全系数定义
安全系数是指在设计过程中为保证结构或构件具有足够的安全储备而引入的一个大于1的 系数。通过将计算得到的应力或载荷除以安全系数，可以得到许用应力或设计载荷。
热处理工艺优化
淬火处理
表面强化处理
通过淬火处理可以提高材料的硬度和 强度，从而提高其抗剪挤能力。
通过表面渗碳、渗氮等强化处理，可 以提高材料表面的硬度和耐磨性，从 而提高其抗剪挤能力。
回火处理
回火处理可以消除淬火过程中产生的 内应力，提高材料的韧性和塑性，避 免在剪挤过程中发生脆性断裂。
表面处理技术应用
避免了剪挤破坏的发生。
05 剪切与挤压强度计算及评 估方法
强度计算公式介绍
剪切强度计算公式
通常使用剪切应力与材料许用剪切应力进行比较，以确定材料是否会发生剪切破坏。 剪切应力计算公式一般为τ=F/A，其中F为剪切力，A为受剪面积。
挤压强度计算公式
挤压强度是指材料在受到挤压作用时所能承受的最大应力。挤压应力计算公式一般 为σ=F/A，其中F为挤压力，A为受挤面积。需要注意的是，挤压作用通常发生在局 部区域，因此受挤面积应取实际接触面积。
将试样安装在试验机上，调整夹具和引伸 计的位置，确保测量准确。
加载与卸载
重复实验
按照实验方案对试样施加剪切或挤压载荷 ，记录加载过程中的变形和破坏情况，卸 载后观察试样的残余变形。
为了获得更准确的结果，需要对同一批试样 进行多次重复实验。
数据处理与结果分析
数据整理
将实验过程中记录的数据进行整理， 包括载荷、变形、破坏情况等。
案例一
某桥梁工程中，通过增加连接件 数量和优化布局，成功降低了剪 挤应力，提高了桥梁的整体安全
性。
案例二
某机械设备中，采用高强度材料 和加强局部结构的方法，成功解 决了连接件剪挤问题，提高了设
备的可靠性和使用寿命。
案例三
某建筑结构中，通过综合考虑材 料、几何形状、载荷和环境因素， 对连接件进行了全面优化，有效
实验设备介绍
万能材料试验机
用于对试样施加剪切或挤压载荷， 并测量相应的变形和破坏情况。
引伸计
用于测量试样在受力过程中的变形 量，包括剪切变形和挤压变形。
夹具和试样
根据实验要求选择合适的夹具和试 样，确保实验结果的准确性和可靠 性。
实验操作步骤
试样准备
设备安装与调试
按照标准要求制备试样，保证试样的尺寸 、形状和表面质量符合要求。
关键知识点回顾
1 2
剪挤现象和原理
剪挤是材料在受到剪切力作用时发生的一种塑性 变形现象，其原理涉及材料的应力、应变和屈服 准则等基本概念。
剪挤强度和影响因素
剪挤强度是材料抵抗剪挤变形的能力，其大小受 材料的成分、组织、热处理工艺等多种因素影响。
3
剪挤试验方法
通过特定的试验装置和方法，可以对材料进行剪 挤试验，以测定其剪挤强度和变形行为。
喷丸处理
喷丸处理可以在材料表面形成压应力层，提高材料的疲劳强度和抗 剪挤能力。
滚压处理
滚压处理可以使材料表面产生塑性变形，形成冷作硬化层，从而提 高材料的硬度和抗剪挤能力。
涂层技术
通过涂层技术可以在材料表面形成一层具有特殊性能的涂层，如耐磨 涂层、防腐涂层等，从而提高材料的抗剪挤能力和使用寿命。
07 总结与展望
影响因素讨论
01
材料性质
材料的力学性质如弹性模量、屈服强度、抗拉强度等对剪切和挤压强度
有重要影响。一般来说，材料的强度越高，其抵抗剪切和挤压破坏的能
力也越强。
02
应力状态
应力状态对剪切和挤压强度也有显著影响。例如，在复杂应力状态下，
材料可能更容易发生剪切或挤压破坏。因此，在进行强度计算时，需要
考虑应力状态的影响。
新型抗剪挤材料发展趋势
高强度金属材料
01
通过合金化、热处理等手段提高金属材料的强度和硬度，从而
提高其抗剪挤能力。
高分子复合材料
02
利用高分子材料的可塑性和纤维增强等特性，制备出具有优异
抗剪挤性能的高分子复合材料。
纳米材料
03
纳米材料具有独特的力学性能和尺寸效应，有望在抗剪挤领域
发挥重要作用。
未来研究方向预测
绘制图表
根据整理的数据绘制载荷-变形曲线、 应力-应变曲线等图表，直观反映试 样的力学性能。
结果分析
根据图表和数据对试样的剪切或挤压 性能进行分析，包括强度、刚度、稳 定性等方面。
实验结论
根据分析结果得出实验结论，对材料 的剪切或挤压性能进行评价。
04 剪切与挤压在工程应用中 问题分析
连接件设计中剪挤考虑因素
选取原则
安全系数的选取应遵循合理性、经济性和安全性的原则。具体来说，应根据结构的重要性 、使用条件、材料性能等因素综合考虑确定安全系数的大小。同时，还需要注意不同标准 或规范中安全系数的取值可能存在差异。
应用注意事项
在应用安全系数时，需要注意其适用范围和限制条件。例如，对于某些特殊情况（如高温 、腐蚀环境等），可能需要采用特殊的安全系数或进行额外的强度校核。此外，还需要注 意避免盲目增大安全系数造成不必要的浪费。
结构优化以降低剪挤风险
增加连接件数量
通过增加连接件数量来分散载荷，降低单个 连接件的剪挤应力。
优化连接件布局
合理布局连接件，使其受力更加均匀，避免 应力集中。
采用高强度材料
选用高强度材料制作连接件，提高其抗剪挤 能力。
加强连接件局部结构
对连接件局部结构进行加强，如增加肋板、 改变截面形状等。
案例分析：成功解决剪挤问题
材料的剪切强度与挤压强度
选择具有足够剪切和挤压强度的材料，以确 保连接件在受力时不会发生破坏。
载ห้องสมุดไป่ตู้类型与大小
分析连接件所受载荷的类型和大小，以确定 剪挤应力的分布和最大值。
连接件几何形状与尺寸
合理设计连接件的几何形状和尺寸，以降低 应力集中和提高承载能力。
环境因素
考虑连接件所处环境对材料性能的影响，如 温度、湿度、腐蚀等。
进一步完善剪挤试验方法和标准，推 动抗剪挤材料的研发和应用。
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，提高了材料的密度。
改善材料力学性能
挤压可以细化材料晶粒，提高 材料的强度和硬度等力学性能 。
引入残余应力
挤压过程中，材料内部会产生 残余应力，对材料的后续加工 和使用产生影响。
导致材料变形不均
挤压过程中，由于受力不均或 模具设计不合理等原因，可能
导致材料变形不均匀。
03 剪切与挤压实验方法及原 理
06 提高材料抗剪挤能力措施 探讨
材料选择策略
选用高强度材料
如合金钢、不锈钢等，提 高材料的屈服强度和抗拉 强度，从而提高其抗剪挤 能力。
考虑材料的韧性
在选择材料时，除了考虑 强度外，还需要考虑材料 的韧性，以避免在剪挤过 程中发生脆性断裂。
选用耐磨材料
对于需要承受剪切和挤压 的部件，可以选择耐磨材 料，如耐磨钢、硬质合金 等，以延长其使用寿命。
材料力学性能指标
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强度
材料在剪切和挤压作用下，抵 抗塑性变形和断裂的能力，是 评估材料性能的重要指标。
硬度
材料抵抗局部压力产生变形的 能力，与材料的强度、韧性等
密切相关。
韧性
材料在剪切和挤压过程中吸收 能量的能力，反映材料的抗冲
击性能。
延展性
材料在受力作用下发生塑性变 形而不破裂的能力，体现材料
在键连接中，键与键槽之间也会发生挤压现象。如果键槽 过深或键的侧面间隙过小，都可能导致键槽侧壁产生裂纹 或压溃现象。
齿轮传动中的剪挤
在齿轮传动中，当两齿轮相互啮合时，齿面之间会产生一 定的挤压应力。如果齿轮材料较软或齿面润滑不良，都可 能导致齿面产生点蚀或胶合现象。
02 材料在剪切与挤压下性能 表现
《材料力学》04剪挤
目录
• 剪切与挤压基本概念 • 材料在剪切与挤压下性能表现 • 剪切与挤压实验方法及原理 • 剪切与挤压在工程应用中问题分析 • 剪切与挤压强度计算及评估方法 • 提高材料抗剪挤能力措施探讨 • 总结与展望
01 剪切与挤压基本概念
剪切定义及分类
剪切定义
剪切是指在一对相距很近、方向相反的横向外力作用下，材 料的横截面沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象。
剪切分类
根据剪切面的受力情况和变形特点，剪切可分为单剪和双剪 两种类型。单剪是指剪切面上只受一个剪切力的作用，而双 剪则是指剪切面上同时受两个方向相反的剪切力作用。
挤压现象及产生原因
挤压现象
挤压是指两构件相互接触并受到垂直于接触面的压力作用时，在接触面附近产 生的局部压缩变形现象。
产生原因
挤压通常发生在两构件的接触部位，如键与键槽、销与销孔等。当这些部位受 到垂直于接触面的外力作用时，由于接触面积较小，局部应力较大，从而产生 挤压变形。
的加工性能。
剪切过程中材料变形行为
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弹性变形
材料在剪切力作用下发生 的可逆变形，当外力去除 后，材料可恢复原状。
塑性变形
材料在剪切力作用下发生 的不可逆变形，外力去除 后，材料形状发生改变。
断裂
当剪切力超过材料的承受 极限时，材料会发生断裂 现象。
挤压对材料性能影响
提高材料密度
挤压过程中，材料颗粒间的空 隙被压缩，使得材料更加密实
剪挤本构关系研究
深入研究材料在剪挤过程中的应力-应 变关系，建立更为准确的剪挤本构模型。
剪挤数值模拟技术
发展更为高效和准确的剪挤数值模拟 方法，为材料设计和工程应用提供有
力支持。
剪挤破坏机理研究
从微观和宏观两个层面揭示材料在剪 挤作用下的破坏机理，为材料设计和 优化提供理论指导。
剪挤试验技术与标准制定
工程中常见剪挤情况
螺栓连接中的剪挤
在螺栓连接中，当螺栓受到拉力作用时，螺栓杆与孔壁之 间会产生挤压应力。如果挤压应力过大，可能会导致螺栓 孔壁产生裂纹或压溃现象。
销连接中的剪挤
在销连接中，销与销孔之间同样会发生挤压现象。如果销 孔直径过小或销的直径过大，都可能导致销孔壁产生裂纹 或压溃现象。
键连接中的剪挤