力學(xué)性能指標(biāo)全盤匯總，對(duì)你一定有用！
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2020-09-29 08:42:22
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談到材料總會(huì)提到彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限載荷等專業(yè)術(shù)語，你知道它們是什么含義嗎？以下力學(xué)性能指標(biāo)匯總對(duì)你一定有用！
定義為理想材料有小形變時(shí)應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比。E以單位面積上承受的力表示，單位為達(dá)因每平方厘米。模量的性質(zhì)依賴于形變的性質(zhì)。剪切形變時(shí)的模量稱為剪切模量，用G表示；壓縮形變時(shí)的模量稱為壓縮模量，用K表示；模量的倒數(shù)稱為柔量，用J表示。
切變彈性模量G，材料的基本物理特性參數(shù)之一，與楊氏（壓縮、拉伸）彈性模量E、泊桑比ν 并列為材料的三項(xiàng)基本物理特性參數(shù)，在材料力學(xué)、彈性力學(xué)中有廣泛的應(yīng)用。其定義為：
式中，G(Mpa)為切變彈性模量，τ為剪切應(yīng)力(Mpa)，γ為剪切應(yīng)變(弧度)。
材料在彈性階段分成線彈性和非線彈性兩個(gè)部分，線彈性階段材料的應(yīng)力與變形完全為直線關(guān)系，其應(yīng)力最高點(diǎn)為比例極限，符號(hào)：σP。
材料受外力作用，在一定限度內(nèi)，消除外力，仍能恢復(fù)原狀，稱為該材料彈性形變階段。彈性極限即該材料保持彈性形變不產(chǎn)生永久形變時(shí)，所能承受的最大的應(yīng)力，用σe 表示，單位為MPa( 或N/mm2 )。大多數(shù)金屬零件可以通過熱處理來提高其彈性極限。
物體在外力作用下發(fā)生破壞時(shí)出現(xiàn)的最大應(yīng)力，也可稱為破壞強(qiáng)度或破壞應(yīng)力。一般用標(biāo)稱應(yīng)力來表示。根據(jù)應(yīng)力種類的不同，可分為拉伸強(qiáng)度( σt)、壓縮強(qiáng)度( σc)、剪切強(qiáng)度( σs)等。符號(hào)為σb，單位為MPa( 或N/mm2 )。
試樣在拉伸過程中，材料經(jīng)過屈服階段后進(jìn)入強(qiáng)化階段，隨著橫向截面尺寸明顯縮小在拉斷時(shí)所承受的最大力 ( Fb)，除以試樣原橫截面積 ( So) 所得的應(yīng)力 ( σ)，稱為抗拉強(qiáng)度或者強(qiáng)度極限 ( σb)，單位為N/mm2 (MPa)。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。計(jì)算公式為：
式中，Fb為試樣拉斷時(shí)所承受的最大力，N（牛頓）；So為試樣原始橫截面積(mm2)。
指的是材料抵抗彎曲不斷裂的能力。彎曲試驗(yàn)中測(cè)定材料的抗彎強(qiáng)度一般指試樣破壞時(shí)拉伸側(cè)表面的最大正應(yīng)力。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)材料的抗彎強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試一般采用三點(diǎn)抗彎法和四點(diǎn)抗彎法。其中四點(diǎn)測(cè)試要兩個(gè)加載力，比較復(fù)雜；三點(diǎn)測(cè)試最常用。三點(diǎn)測(cè)試抗彎強(qiáng)度公式：
式中，F 為破壞載荷，L為跨距，b為寬度，h為厚度。
抗壓強(qiáng)度代號(hào) σbc，指外力是壓力時(shí)的強(qiáng)度極限。公式
式中，p為抗壓強(qiáng)度，以每平方吋多少磅 (psi)、每平方公分、公斤為單位；P為壓力，以磅、公斤為單位；A為剖面面積，以平方公分、平方吋為單位。
代號(hào) σc，指外力與材料軸線垂直，并對(duì)材料呈剪切作用時(shí)的強(qiáng)度極限。耐火材料中炮泥的抗剪強(qiáng)度稱為蝕亞值，單位MPa。有專用的炮泥蝕亞值測(cè)試儀。根據(jù)庫(kù)倫定律土的抗剪強(qiáng)度
式中，φ為內(nèi)摩擦角，c為土的粘聚力。
用圓柱形材料試件作抗扭實(shí)驗(yàn)可求得扭矩和扭角的關(guān)系，相應(yīng)最大扭矩的最大剪斷應(yīng)力叫抗扭強(qiáng)度。扭矩在物理學(xué)中就是力矩的大小，等于力和力臂的乘積，國(guó)際單位是牛米N·m。
試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn) σs 的計(jì)算公式
式中，Ps 為屈服點(diǎn)s 處的外力，Fo 為試樣斷面積，MPa等于N（牛頓）/mm2。
金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，即抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。對(duì)于無明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。
在給定的溫度下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，試樣發(fā)生斷裂的應(yīng)力值，用符號(hào) σ( T, t) 表示。其中 σ 表示應(yīng)力，單位為MPa； T 為溫度，單位為℃； t 為時(shí)間，單位為h。例如： σ(700,1000)=200MPa，表示材料在700℃時(shí)，持續(xù)時(shí)間為1000h，的持久強(qiáng)度為200MPa。
金屬在某一溫度下經(jīng)過一定時(shí)間后，蠕變量不超過一定限度時(shí)的最大允許應(yīng)力。如 σ(6000,11000)=294Nmm2表示在600℃經(jīng)1000h，蠕變量不超過0.1%的最大允許應(yīng)力為294Nmm2。
將壓頭（金剛石圓錐，鋼球或者硬質(zhì)合金球）按兩個(gè)步驟（初實(shí)驗(yàn)力和主實(shí)驗(yàn)力）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間卸除主實(shí)驗(yàn)力，測(cè)量在初實(shí)驗(yàn)力下的殘余痕深度 h。洛氏硬度沒有單位，是一個(gè)無綱量的力學(xué)性能指標(biāo)，其最常用的硬度標(biāo)尺有A、B、C三種，通常記作HRA、HRB、HRC，其表示方法為硬度數(shù)據(jù)+硬度符號(hào)，如50HRC。
將相對(duì)面夾角為136°的正四棱錐金剛石壓頭以一定的載荷壓入試樣表面，并保持一定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，所使用的載荷與試樣表面上形成的壓痕的面積之比。代號(hào)為HV，計(jì)算公式為：
式中，F為負(fù)荷（牛頓力），S為壓痕表面積（平方毫米），α為壓頭相對(duì)面夾角=136°，d為平均壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度（毫米）。
報(bào)告維氏硬度值的標(biāo)準(zhǔn)格式為xHVy。例如185HV5中，185是維氏硬度值，5指的是測(cè)量所用的負(fù)荷值（單位：千克力）。
根據(jù)規(guī)定形狀的壓針在標(biāo)準(zhǔn)彈簧壓力作用下，于規(guī)定時(shí)間內(nèi)壓入試樣的深度轉(zhuǎn)換成的硬度值，代號(hào)為HS。
指在拉力作用下，密封材料硬化體的伸長(zhǎng)量占原來長(zhǎng)度的百分率 (%)。彈性恢復(fù)率是指：密封材料硬化體產(chǎn)生的變形能否完全恢復(fù)的程度 (%)。伸長(zhǎng)率越大，且彈性恢復(fù)率越大，表明密封材料的變形適應(yīng)性越好。代號(hào)：δ，單位：%。
材料受拉力斷裂時(shí)斷面縮小，斷面縮小的面積與原面積之比值叫斷面收縮率， 老標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6396-1992 中用ψ 表示，新標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6396-2006 中用 Z 表示，單位為%。計(jì)算公式：
式中，A0 為試件原始截面積，A1為試件拉斷后頸縮處的截面積。
反映金屬材料對(duì)外來沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一般由沖擊韌性值 (ak) 和沖擊功 (Ak) 表示，其單位分別為J/cm2和J（焦耳）。沖擊韌性或沖擊功試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱沖擊試驗(yàn)），因試驗(yàn)溫度不同而分為常溫、低溫和高溫沖擊試驗(yàn)三種；若按試樣缺口形狀又可分為"V"形缺口和"U"形缺口沖擊試驗(yàn)兩種。
指規(guī)定形狀和尺寸的試樣，在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功。
疲勞極限是材料學(xué)里的一個(gè)及重要的物理量，表現(xiàn)一種材料對(duì)周期應(yīng)力的承受能力。在疲勞試驗(yàn)中，應(yīng)力交變循環(huán)大至無限次，而試樣仍不破損時(shí)的最大應(yīng)力叫疲勞極限。
在彈塑性條件下，當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子增大到某一臨界值，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂，這個(gè)臨界或失穩(wěn)擴(kuò)展的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子即斷裂韌度。它反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展即抵抗脆斷的能力。
