為了研究不同加載速率下金屬的拉扭強度及其預測方法,利用聲發(fā)射檢測儀及電子拉扭試驗機分別對鑄鐵和中碳鋼標準試件進行了聲速測定及不同加載速率、加載路徑下的拉伸-扭轉(zhuǎn)組合變形試驗,得到了各試件材料的聲速值及相應加載方案下的載荷-變形曲線;根據(jù)平面應力狀態(tài)及強度理論,推導出了材料拉扭破壞的最大正應力、最大剪應力;利用試驗中采集的最大軸力、最大扭矩計算得到了材料的拉扭破壞應力、破壞面方向;基于最小二乘法擬合得到了材料拉扭強度關于材料聲速值、拉伸與扭轉(zhuǎn)加載速率的多元回歸模型。研究表明:隨著拉伸與扭轉(zhuǎn)加載速率的增加,鑄鐵、碳鋼的破壞應力分別呈現(xiàn)總體上升、總體下降的趨勢;相同加載速率、不同加載路徑下材料的破壞強度各不相同;建立的回歸模型能較好地預測給定材料在不同加載速率下的破壞應力,并以此建立塑性及脆性材料的拉扭強度條件。 

【文章來源】：應用力學學報. 2019,36(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

金屬拉扭標準試件Fig.3Standardtensileandtorsionalmetalspecimens(a)鑄鐵(castiron)(b)碳鋼(carbonsteel)

料的聲速值大校2)安裝試件將2種金屬材料各取8根試件，在標距兩端做好標記，將試件裝入拉伸扭轉(zhuǎn)專用夾頭內(nèi)，擰緊固定螺絲完成安裝。3)加載并采集信號在軟件操作界面，選定試驗類型、完成參數(shù)設置后點擊“啟動”，進入校零階段。之后按照表1試驗方案設置拉伸和扭轉(zhuǎn)加載速率加載，試驗過程中同步采集拉力、扭矩、軸向變形、扭轉(zhuǎn)角。4)觀察并量取試件破斷后尺寸試件斷裂后將其從拉扭夾頭中取出，觀察其破壞面后拼接完整便于后續(xù)分析。4拉扭組合破壞應力及破壞方向理論分析如圖4所示，試件在拉力F及力偶M作用下，試件產(chǎn)生拉扭組合變形。不同金屬材料的拉扭破壞一般表現(xiàn)為脆性斷裂或塑性剪切屈服�；谄矫鎽顟B(tài)理論得到如圖5所示A點的各斜截面上的最大正應力T、破壞面方向0、最大剪應力T、破壞面方向1。圖4桿件拉扭示意圖Fig.4Schematicdiagramoftherodundertensileandtorsionalaction圖5單元體應力分析圖Fig.5Stressanalysisdiagramofunit材料拉扭脆性破壞時，按最大拉應力理論建立強度條件，拉扭破壞應力值T滿足2mm2Tm22(1)式中：mm0=FA；mm303416Td。其中Fm、Tm為材料拉扭破壞過程中采集的最大軸力、最大扭矩。其中d0、A0分別為試件加載前標距內(nèi)的原始直徑、橫截面面積。正應力方向與橫截面夾角0的計算公式為m0m22tan2=xyx(2)材料塑性破壞，按最大剪應力理論建立強度條件，其拉扭破壞應力值T滿足2m2Tm2(3)最大剪應力所在面與橫截面的夾角1

⒉杉?藕?在軟件操作界面，選定試驗類型、完成參數(shù)設置后點擊“啟動”，進入校零階段。之后按照表1試驗方案設置拉伸和扭轉(zhuǎn)加載速率加載，試驗過程中同步采集拉力、扭矩、軸向變形、扭轉(zhuǎn)角。4)觀察并量取試件破斷后尺寸試件斷裂后將其從拉扭夾頭中取出，觀察其破壞面后拼接完整便于后續(xù)分析。4拉扭組合破壞應力及破壞方向理論分析如圖4所示，試件在拉力F及力偶M作用下，試件產(chǎn)生拉扭組合變形。不同金屬材料的拉扭破壞一般表現(xiàn)為脆性斷裂或塑性剪切屈服�；谄矫鎽顟B(tài)理論得到如圖5所示A點的各斜截面上的最大正應力T、破壞面方向0、最大剪應力T、破壞面方向1。圖4桿件拉扭示意圖Fig.4Schematicdiagramoftherodundertensileandtorsionalaction圖5單元體應力分析圖Fig.5Stressanalysisdiagramofunit材料拉扭脆性破壞時，按最大拉應力理論建立強度條件，拉扭破壞應力值T滿足2mm2Tm22(1)式中：mm0=FA；mm303416Td。其中Fm、Tm為材料拉扭破壞過程中采集的最大軸力、最大扭矩。其中d0、A0分別為試件加載前標距內(nèi)的原始直徑、橫截面面積。正應力方向與橫截面夾角0的計算公式為m0m22tan2=xyx(2)材料塑性破壞，按最大剪應力理論建立強度條件，其拉扭破壞應力值T滿足2m2Tm2(3)最大剪應力所在面與橫截面的夾角1滿足m1mtan222xxy(4)5試驗結果及分析5.1加載速率對試件力學性能的影響圖6、圖7分別為鑄鐵、碳鋼試件在不同加

【參考文獻】：
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本文編號：3525512