材料的力学性能---扭转、弯曲、压缩

弯曲试验方法 弯曲试验时，将圆柱形或矩形试样放置 在一定跨距L的支座上，进行三点弯曲或四 点弯曲加载。
对高塑性材料，弯曲试 验不能使试件发生断裂，其 曲线的最后部分可延伸很长， 图(a)。因此，弯曲试验难以 测得塑性材料的强度，而且 试验结果的分析也很复杂， 故塑性材料的力学性能由拉 伸试验测定，而不采用弯曲 试验测定。
通过扭转试验测定的扭转图以及表面的切应力和切 应变，可得到材料的下列主要力学性能指标。 1. 切变模量G 在弹性范围内，切应力与切应变之比称为切变 模量。对实心圆杆试样有 G= /=32TL0/(d04) 2. 扭转比例权限p和扭转屈服强度s 具有明显物理屈服现象的材料 如低碳钢)，在 确定Tp的方法：在T-φ图上某一点对T( 轴的正切 比直线的正切值大50%时的扭矩。因此，这种 扭转试验时也同样呈现屈服现象。在扭转试验 极限实质上是一种规定条件的比例极限。 机扭矩度盘上读出相应的扭矩T，计算出扭转比 例极限p和扭转屈服强度s，即 p=Tp/W， s=Ts/W
max= Mmax/W
式中：对于三点弯曲试验 Mmax=PL/4 对于四点弯曲试验 Mmax=PK/2 有
一般对脆性材料只测定断裂是的抗弯强度bb,
bb=Mb/W
2.弯曲模量Eb 对矩形试样，弯曲模量 Eb=mL3/4bh 式中m为弯曲图上P-f直线 段的斜率，L为试样的跨距。
弯曲试验的应用
对于脆性材料，弯曲图(c)比拉伸试验的几何 外形简单，所以适用于测定加工不方便的脆性材 料， 如铸铁、工具钢、硬质合金乃至陶瓷材料的 断裂强度和塑性。 通过弯曲试验．可测定脆性或低塑性材料的 以下几种主要力学性能。
材料弯曲的力学性能指标
1.抗弯强度bb 按弹性弯曲公式计算的试样弯曲至断裂前达 到的最大弯曲应力，称为抗弯强度。 弯曲试样拉伸侧表面的最大正应力
1、抗压强度bc 试样压至破坏过程中的最大应力称为抗压强度。 bc=Fbc/A0 Fbc为压缩曲线上确定的最大压缩力 A0为试样原始横截面面积 2、相对压缩率ck和相对断面扩胀率ck 与拉伸试验中的延伸率和断面收缩率类似，在压 缩试验中可定义相对压缩率ck和相对断面扩胀率ck： ck=(h0-hk)/h0×100％ ck=(Ak-A0)/A0×100％ 通过压缩试验，也可测定材料的压缩弹性模量E； 对在压缩时产生明显屈服现象的材料，还可测定压缩 屈服点sc。在压缩试验过程中，还可通过最大变形量 比较材料的塑性性能。
扭转试验的实际应用

实际上扭转试验的应用场合，在多数情况下是研 究塑性材料在大应变范围时的力学行为，它能更 真实地反映材料的塑性和形变抗力。扭转试验的 实际应用主要表现在： (1)用热扭转试验确定材料在热加工(轧制、锻造、 挤压)时的最佳温度； (2)对单相合金，用热扭转试验确定材料在高温 时发生的动态回复和动态再结晶过程； (3)对多相合金，用热扭转研究不稳定组织的转 变，或者模拟某种热加工成形方式研究其组织特 点。
材料的压缩

实验条件：常温、静载 试样规格：
压缩试验方法
在压缩试验中，试样的横截面常为圆形、正方形或棱 柱体，试祥长度L0或高度h0一般为直径或边长d0的2.5~3.5 倍。L0 / d0或h0 / d0 对试验结果有很大的影响，其比值越 大，抗压强度越低。为使抗压强度的试验结果能互相比较， 一般规定h0 /A01/2为定值。在有侧向约束装置以防试祥屈 服的条件下，也可采用板状试祥。 金属、陶瓷、塑料、橡胶的压缩试验，可分别按照相 应的国标标准进行试验。 压缩试验时，在上下压头与试样端面之间存在很大的 摩擦力，这不仅影响试验结果，而且还会改变断裂的形式。 为减小摩擦阻力的影响，试样的两端面必须光滑平整，相 互平行，并涂润滑油或石墨粉进行润滑。 试样压缩试验时得到的是载荷－变形曲线。通过压缩 试验可测定的主要压缩性能指标如下。
3.
抗扭强度 根据试样在扭断前承受的最大扭矩(Tb)，利用 弹性扭转公式计算抗扭强度，即 b= Tb/W 式中：Tb为试件断裂前的最大扭矩。由于b是按 弹性变形状态下的公式计算的，它比真实的抗扭 强度大，故称为条件抗扭强度。只有陶瓷等很脆 的材料，在扭转时没有明显塑性变形时，上述计 算的b值才比较真实。为了求得塑性材料的真实 扭转强度极限，可运用塑性力学理论，按圆柱形 试样在大塑性变形下的扭转真应力计算。其计算 方法详见有关的参考文献。
1、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。试验时加 载速率不大于0.1mm/s。若试件的断裂位置不在跨距的中点， 而在距中点x处，则抗弯强度可按下式计算： bb=8Pb(L-2x)/(d3) 2、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，故常用弯曲 试验以评价其性能和质量。但由于硬质合金价格昂贵，故常采 用方形或矩形截面的小尺寸试件，常用的规格是 5mm5mm30mm，跨距为24mm。 3、陶瓷材料的抗弯强度测定 由于陶瓷材料脆性大，测定抗拉强度很困难，难以得到精 确的结果，故目前主要是以测定其抗弯强度作为评价陶瓷材料 性能的指标。陶瓷材料的弯曲试样常采用方形或矩形截面的试 件。试样的表面粗糙度对陶瓷材料的抗弯强度有很大的影响， 表面越粗糙，抗弯强度越低。另外，若磨削方向与试件表面的 拉应力垂直，也会较大幅度地降低陶瓷材料的抗弯强度。
材料的力学性能
扭转、弯曲、压缩性能
主要内容

材料的扭转试验如何实现？有何实际意义？ 材料的弯曲试验如何实现？有何实际意义？ 材料的压缩试验如何实现？有何实际意义？
材料的扭转

对试样施加扭矩，一般扭至断裂，测量扭 矩及其相应的扭角，以便测定材料扭转力 学性能的方法称为扭转试验，它是重要的 力学性能试验方法之一。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。
材料的弯曲

对圆形或矩形横截面试样施加弯曲应力， 一般直至断裂，测定其弯曲力学性能的方 法，即为弯曲试验。GB/T 14452-1993规定 了有关的试验方法和数据处理规范。
材料的弯曲
弯曲试验样品 弯曲试验常采用圆柱形或矩形试样，圆柱形试 样的直径d为5~45mm，矩形试样的h(高度)b(宽度） 为57.5mm(或55mm)至3040mm(或3030mm)，试 样的跨距Ls为直径d或高度h的16倍。常用的规格 是5mm X 5mm X 30mm，跨距为24 mm。要 求试样有一定的加工精度，但对铸铁弯曲试样表面 可不加工。 金属、工程陶瓷和塑料的弯曲试验，可分别按 国标《金属弯曲力学性能试验方法》、《工程陶瓷 抗弯强度试验方法》和《塑料弯曲性能试验方法》 进行。
扭 转 试 弹性变形范围内，由材料力学理论可知试样 表面的切应力： =T/W 式中，W为试样的截面系数。 实心圆杆，W=d03/16； 空心圆杆， W=d03(1-d14/d04)/16； 其中d0为外径，d1为内径。 因切应力作用而在圆杆表面产生的切应变 =tan=d0/2l0100% 式中：为圆杆表面任一平行于轴线的直线因切应 力的作用而转动的角度，为扭转角；L0为杆的长 度。
万能试验机
万能试验机
THANKS!