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2-5缺口试样静载荷试验由于缺口的存在,在静载荷作用下,缺口截面上的应力状态将发生变化,产生“缺口效应”。拉伸、压缩、弯曲、扭转等静载荷试验方法,都是采用横截面均匀的光滑试样。但在实际生产中的机件,截面上往往存在截面的急剧变化,如键槽、油孔、螺纹及焊缝等,这种截面变化的部位可称为“缺口”。应力集中系数第35页,共71页,星期六,2024年,5月(一)缺口试样在弹性状态下的应力分布(薄板)在拉应力σ的作用下,缺口的存在使横截面上的应力分布不均匀:轴向应力σy分布:σy在缺口根部最大,随着距离x↑,σy↓,所以在缺口根部产生了应力集中的现象。横向应力σx分布:缺口根部可自由变形,σx=0,远离x轴,变形阻力增大,σx↑,达到一定距离后,由于σy↓导致σx↓。2-5缺口试样静载荷试验第36页,共71页,星期六,2024年,5月与薄板相比,厚板在垂直于板厚方向的收缩变形受到约束,即:(一)缺口试样在弹性状态下的应力分布(厚板)2-5缺口试样静载荷试验第37页,共71页,星期六,2024年,5月屈雷斯加的屈服条件为:所以,当缺口尖端出现塑性变形后,最大应力已不在缺口根部,而在其塑性变形与弹性变形的交界处ry,该处σy最大,所以σx、σz也最大。σs=σmax=σy-σx在缺口根部σx=0,所以σmax=σy=σs远离缺口根部由于σx的存在,σmax=σy-σx=σs;σy=σs+σx如果满足这一条件,屈服将由表面向心部扩展。σz=v(σy+σx)并且,随塑性变形区尺寸的增加,其最大应力处也将向心部移动,但始终在其塑性变形与弹性变形的交界处,以及最大应力值也将增加。2-5缺口试样静载荷试验(一)缺口试样在塑性状态下的应力分布(厚板)第38页,共71页,星期六,2024年,5月对于塑性较高的材料,由于塑性变形能够扩展到心部,因此,缺口的存在将使其屈服强度得以提高。因而,缺口的存在将使塑性材料的强度提高。这种现象称为“缺口强化”。是由于在缺口的前端出现了三向应力状态,使塑性变形受到约束而引起的。对于脆性材料,由于塑性变形仅能扩展较少的距离,因此,其强度不仅不能得以提高,反而降低。并且,塑性材料的缺口强化,是在牺牲其塑性的条件下来达到的,不能看成是强化的手段。2-5缺口试样静载荷试验(二)缺口强化第39页,共71页,星期六,2024年,5月2-5缺口试样静载荷试验(三)缺口试样静拉伸实验 通常用缺口强度比作为衡量静拉伸下缺口敏感度指标:
NSR=σbn/σb NSR属安全力学性能指标。 NSR越大缺口敏感度越小,对于脆性材料如铸铁,高碳钢,其NSR1,说明这些材料对缺口很敏感。 利用缺口拉伸试验还能查明光滑拉伸试样不能显示的力学行为。第40页,共71页,星期六,2024年,5月塑性金属脆性金属第41页,共71页,星期六,2024年,5月2-5缺口试样静载荷试验(四)缺口试样偏斜拉伸实验缺口强度比:
NSR=σbn/σb这种实验方法中,试样同时承受拉伸与弯曲复合作用,缺口截面上的应力分布更不均匀,跟能显示出材料对缺口的敏感性。这种实验方法适合高强度螺栓的选材与热处理工艺优化,因为螺栓有缺口,而且工作时候难免有偏斜。第42页,共71页,星期六,2024年,5月曲线下所包围的面积,表示试样从变形到断裂的总功。
?(1)只发生弹性变形的弹性功I;
?(2)发生塑性变形的变形功以面积Ⅱ表示;
?(3)在达到最大载荷Fmax时试样即出现裂纹。如果裂纹到截荷该点时开始迅速扩展,直至试样完全破断。这一部分功以面积Ⅲ表示,叫作撕裂功。可用断裂功,或Fmax/F1来表示材料的缺口敏感度。
F1—试样发生断裂所对应的作用力。Fmax/F1=1时,缺口敏感度最大。2-5缺口试样静载荷试验(五)缺口试样静弯曲实验第43页,共71页,星期六,2024年,5月第44页,共71页,星期六,2024年,5月2-5材料的硬度表面渗氮处理齿轮第45页,共71页,星期六,2024年,5月2-5材料的硬度1、硬度表征材料软硬程度的一种性能,随试验方法的不同,物理意义不同。2、硬度的种类
压入法:布氏硬度、洛氏、维氏、普氏等。表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力。应力状态软性系数最大,α2,
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