第三章其他静加载下的力学性能-精选
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• 对于脆性材料，可根据弯曲图(见图37(c))，用下式求得抗弯强度σbb
σbb=Mb/W
(3-11)
• 式中Mb为试件断裂时的弯矩，W为截面抗 弯系数，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
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脆性材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的 力学性能。 • 由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和 弯曲试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有 可能获得。 • 压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所 定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在 压缩试验中基本上都能应用。
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2
1
p
6.3.2 弯曲试验的应用
• 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。
• 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。
• 陶瓷材料的抗弯强度测定。
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3.4 压缩试验
• 3.4.1 单向压缩试验 • 单向压缩时应力状态的柔度系数大，故用于测定
第三章其他静加载下的力学性能 Biblioteka Baidu精选
第三章 其他静加载下的力学性能
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3.2 扭转试验 3.2.1 应力应变分析
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切应力 切应变
• 在弹性变形范围内，材料力学给出 了圆杆表面的切应力计算公式如下
• τ=M / W
（3-1）
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•式中M为扭矩；W为截面系数。对于实心圆杆， W＝πd03／16；对于空心圆杆,W=πd03(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为 •γ=tgα=φd0/2l0×100％ （3-2） •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,见图3-1(a)；φ为扭转角;l0 为杆的长度。
(3-6)
式中Mb为试件断裂前的最大扭矩。
• 3.2.3 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。因此，可用扭转试验精确地 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。
• 相对断面扩胀率ψck ψck=(Ak-A0)/A0×100％ (3-15)
• 式中Pbc为试件压缩断裂时的载荷;h0和hk分别为试件的原始 高度和断裂时的高度；A0和Ak分别为试件的原始截面积 和断裂时的截面积。
• 常用的压缩试件为圆柱体。试件的高度和直径之比A0／d0 应取1.5-2.0。
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3.2.2 扭转试验及测定的力学性能
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。扭转试件如图3-2所示(略), 标距为100mm； 有时也采用标距为50mm的短试件。
扭 矩M
M p
ME
M 0.3
Mb
0
0
K
扭 转角
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利用扭转图，确定材料的切变模量G， 扭转比例极限τp, 扭转屈服强度τ0.3, 和抗扭强度
e
s
b
压缩 应力
0 0
相对 缩 短
图3-8 压缩载荷变形曲线,1-塑性材料，2-脆性材料
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• 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εck 和相对断面扩胀率ψck。
• 抗压强度σbc
σbc=Pbc/A0 (3-13)
• 相对压缩εck εck=(h0-hk)/h0×100％ (3-14)
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3.3 弯曲试验
• 3.3.1 弯曲试验方法
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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，在试件跨距的中 心测定挠度，绘成P-fmax关系曲线，称 为弯曲图。图3-7表示三种不同材料的 弯曲图。
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P
0 0
位移
图3-7 典型的弯曲图， （a）塑性材料，（b）中等塑性材料，（c）脆性材料
• (3)扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切 断。
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(4)扭转试验时，试件截面上的应力应变分布 表明，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。 (5)扭转试验时，试件受到较大的切应力，因 而还被广泛地应用于研究有关初始塑性变形 的非同时性的问题，如弹性后效、弹性滞后 以及内耗等．
3.4.2 压环强度试验
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3.5 剪切试验
• 模拟实际服役条件，并提供材料的 抗剪强度数据作为设计的依据。
• 单剪试验 • 双剪试验 • 冲孔式剪切试验
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文档名
THE END!THANK YOU !
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综上所述，扭转试验可用于测定塑性材料 和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学 性能指标，并且还有着其它力学性能试验 方法所无法比拟的优点。因此，扭转试验 在科研和生产检验中得到较广泛地应用。 然而，扭转试验的特点和优点在某些情况 下也会变为缺点，例如，由于扭转试件中 表面切应力大，越往心部切应力越小，当 表层发生塑性变形时，心部仍处于弹性状 态(见图3-1(c))。因此，很难精确地测定表 层开始塑性变形的时刻，故用扭转试验难 以精确地测定材料的微量塑性变形抗力。
切变模量
•
G =τ/γ=32Ml0／(πΦd04)
• 扭转比例极限τp
• τp=Mp/W
• 式中Mp为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。
3-3) (3-4)
• 扭转屈服强度τ0.3
• τ0.3 = M0.3 /W
(3-5)
• 式中M0.3为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。
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抗扭强度
τb=Mb/W
• 对于脆性材料，可根据弯曲图(见图37(c))，用下式求得抗弯强度σbb
σbb=Mb/W
(3-11)
• 式中Mb为试件断裂时的弯矩，W为截面抗 弯系数，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
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脆性材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的 力学性能。 • 由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和 弯曲试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有 可能获得。 • 压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所 定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在 压缩试验中基本上都能应用。
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p
6.3.2 弯曲试验的应用
• 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。
• 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。
• 陶瓷材料的抗弯强度测定。
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3.4 压缩试验
• 3.4.1 单向压缩试验 • 单向压缩时应力状态的柔度系数大，故用于测定
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3.2 扭转试验 3.2.1 应力应变分析
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切应力 切应变
• 在弹性变形范围内，材料力学给出 了圆杆表面的切应力计算公式如下
• τ=M / W
（3-1）
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•式中M为扭矩；W为截面系数。对于实心圆杆， W＝πd03／16；对于空心圆杆,W=πd03(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为 •γ=tgα=φd0/2l0×100％ （3-2） •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,见图3-1(a)；φ为扭转角;l0 为杆的长度。
(3-6)
式中Mb为试件断裂前的最大扭矩。
• 3.2.3 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。因此，可用扭转试验精确地 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。
• 相对断面扩胀率ψck ψck=(Ak-A0)/A0×100％ (3-15)
• 式中Pbc为试件压缩断裂时的载荷;h0和hk分别为试件的原始 高度和断裂时的高度；A0和Ak分别为试件的原始截面积 和断裂时的截面积。
• 常用的压缩试件为圆柱体。试件的高度和直径之比A0／d0 应取1.5-2.0。
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3.2.2 扭转试验及测定的力学性能
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。扭转试件如图3-2所示(略), 标距为100mm； 有时也采用标距为50mm的短试件。
扭 矩M
M p
ME
M 0.3
Mb
0
0
K
扭 转角
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利用扭转图，确定材料的切变模量G， 扭转比例极限τp, 扭转屈服强度τ0.3, 和抗扭强度
e
s
b
压缩 应力
0 0
相对 缩 短
图3-8 压缩载荷变形曲线,1-塑性材料，2-脆性材料
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• 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εck 和相对断面扩胀率ψck。
• 抗压强度σbc
σbc=Pbc/A0 (3-13)
• 相对压缩εck εck=(h0-hk)/h0×100％ (3-14)
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3.3 弯曲试验
• 3.3.1 弯曲试验方法
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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，在试件跨距的中 心测定挠度，绘成P-fmax关系曲线，称 为弯曲图。图3-7表示三种不同材料的 弯曲图。
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P
0 0
位移
图3-7 典型的弯曲图， （a）塑性材料，（b）中等塑性材料，（c）脆性材料
• (3)扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切 断。
进入网络实验室
(4)扭转试验时，试件截面上的应力应变分布 表明，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。 (5)扭转试验时，试件受到较大的切应力，因 而还被广泛地应用于研究有关初始塑性变形 的非同时性的问题，如弹性后效、弹性滞后 以及内耗等．
3.4.2 压环强度试验
进入网络实验室
3.5 剪切试验
• 模拟实际服役条件，并提供材料的 抗剪强度数据作为设计的依据。
• 单剪试验 • 双剪试验 • 冲孔式剪切试验
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文档名
THE END!THANK YOU !
进入网络实验室
综上所述，扭转试验可用于测定塑性材料 和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学 性能指标，并且还有着其它力学性能试验 方法所无法比拟的优点。因此，扭转试验 在科研和生产检验中得到较广泛地应用。 然而，扭转试验的特点和优点在某些情况 下也会变为缺点，例如，由于扭转试件中 表面切应力大，越往心部切应力越小，当 表层发生塑性变形时，心部仍处于弹性状 态(见图3-1(c))。因此，很难精确地测定表 层开始塑性变形的时刻，故用扭转试验难 以精确地测定材料的微量塑性变形抗力。
切变模量
•
G =τ/γ=32Ml0／(πΦd04)
• 扭转比例极限τp
• τp=Mp/W
• 式中Mp为扭转曲线开始偏离直线时的扭矩。
3-3) (3-4)
• 扭转屈服强度τ0.3
• τ0.3 = M0.3 /W
(3-5)
• 式中M0.3为残余扭转切应变为0.3%时的扭矩。
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抗扭强度
τb=Mb/W