本文關鍵詞：材料力學性能

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導讀：楊氏模數(shù)(Young'smodulus)是材料力學中的名詞，彈性材料承受正向應力時會產(chǎn)生正向應變，說明在壓縮或拉伸材料時，材料的形變小，因各材料楊氏模量的量值都十分的大，---獲得材料的真實變形量應力---應變曲線，金屬材料、機械零件和構件抗沖擊破壞的能力，（1）沖擊強度用于評價材料的抗沖擊能力或判斷材料的脆性和韌性程度，（3）沖擊強度根據(jù)試驗設備不同可分為簡支梁沖擊強度、懸臂梁沖擊強度.(4

楊氏模數(shù)(Young's modulus )是材料力學中的名詞，彈性材料承受正向應力時會產(chǎn)生正向應變，定義為正向應力與正向應變的比值。公式記為 E = ζ / ε

其中，，E 表示楊氏模數(shù)，ζ 表示正向應力，ε 表示正向應變。楊氏模量大， 說明在壓縮或拉伸材料時，材料的形變小。 5單位

楊氏模量的因次同壓強，在SI單位制中，壓強的單位為Pa也就是帕斯卡。 但是通常在工程的使用中，因各材料楊氏模量的量值都十分的大，所以常以百萬帕斯卡（MPa）或十億帕斯卡（GPa）作為其單位。 6測試方法

楊氏模量測試方法

一般有靜態(tài)法和動態(tài)法。

動態(tài)法有脈沖激振法、聲頻共振法、聲速法等。 脈沖激振法：通過合適的外力給定試樣脈沖激振信號，當激振信號中的某一頻率與試樣的固有頻率相一致時，產(chǎn)生共振，此時振幅最大，延時最長，這個波通過測試探針或測量話筒的傳遞轉(zhuǎn)換成電訊號送入儀器，測出試樣的固有頻率，由公式 計算得出楊氏模量E。

特點：國際通用的一種常溫測試方法； 信號激發(fā)、接收結構簡單，測試測試準確；

準確、直觀。 聲頻共振法：指有聲頻發(fā)生器發(fā)送聲頻電信號，由換能器轉(zhuǎn)換為振動信號驅(qū)動試樣，再由換能器接收并轉(zhuǎn)換為電信號，分析此信號與發(fā)生器信號在示波器上形成的圖形，得出試樣的固有頻率f，由公式E=C1·w·f得出試樣的楊氏模量。 特點： --- 聲頻發(fā)生器、放大器等組成激發(fā)器； --- 換能器接收信號，示波器顯示信號； ---李薩如圖形判斷試樣固有頻率。

缺點：--- 激發(fā)器結構復雜，必要時激發(fā)器需要與試樣表面耦合，操作不方便； --- 示波器數(shù)據(jù)處理及顯示單一；

--- 可能存在多個李薩如圖形，易誤判； --- 該方法不方便用于高溫測試。

聲速法：由信號發(fā)生器給出超聲信號，測試信號在試樣中的傳播時間，得出該信號在試樣中的傳播速度ν，由公式E=ρ^2·ν計算得試樣楊氏模量。 特點：---超聲波發(fā)生器及換能器組成激發(fā)系統(tǒng)； --- 換能器轉(zhuǎn)換信號；

--- 測試超聲波在試樣兩平行面的傳播時間差，計算聲速。

缺點：--- 激發(fā)器結構復雜，必要時激發(fā)器需要與試樣表面耦合，操作不方便； --- 時間差的信號處理點容易引入誤差，只能得出近似楊氏模量； --- 該方法不方便用于高溫測試。 靜態(tài)法

靜態(tài)法是指在試樣上施加一恒定的彎曲應力，測定其彈性彎曲撓度，或是在試樣上施加一恒定的拉伸（或壓縮）應力，測定其彈性變形量；或根據(jù)應力和應變計

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算彈性模量。

特點：--- 國內(nèi)采用的方法，國內(nèi)外耐火行業(yè)目前還沒制定相應的標準； --- 獲得材料的真實變形量 應力---應變曲線。 缺點：試樣用量大；準確度低；不能重復測定。 七、沖擊強度

金屬材料、機械零件和構件抗沖擊破壞的能力。在很短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷，稱沖擊載荷。由沖擊載荷作用而產(chǎn)生的應力稱沖擊應力。由于沖擊時間極短，加上物體接觸變形等因素影響，沖擊強度計算不易準確。 1基本概述

（1） 沖擊強度用于評價材料的抗沖擊能力或判斷材料的脆性和韌性程度，因此沖擊強度也稱沖擊韌性。

（2） 沖擊強度是試樣在沖擊破壞過程中所吸收的能量與原始橫截面積之比。 （3） 沖擊強度根據(jù)試驗設備不同可分為簡支梁沖擊強度、懸臂梁沖擊強度. (4) 沖擊強度的測量標準主要有ISO國際標準（GB參照ISO）及美國材料ASTM標準，GB為1943-2007為最新標準，ASTM 標準為D-256標準，具體區(qū)分如下： GB: 是試件在一次沖擊實驗時，單位橫截面積（m2）上所消耗的沖擊功（J），其單位為MJ/m2。

ASTM:它反映了材料抵抗裂紋擴展和抗脆斷的能力,單位寬度所消耗的功，單位為J/m。

(5)設備區(qū)分：

懸臂梁沖擊方向中間有撞針，簡支梁沖擊方向垂直面有凹塊，正面形狀為一凹形擺錘。

(6)缺口區(qū)分： 缺口一般分為四種，有V型口和U型口兩種，每種根據(jù)簡短圓弧半徑又分為兩種。 (7)樣條區(qū)分： GB：一般為 80*10mm 樣條 以及63.5*10mm 樣條 缺口為2mm，也有63.8*12.7mm樣條

ATSM:一般為63.5*12.7mm 缺口剩余寬度為 10.16mm （國內(nèi)有用80*10樣條） (8)測試公式：

GB: a=W / (h*d) 單位KJ/m ATSM: a= W /d 單位：J/m a:沖擊強度

W :沖擊損失能量 h：缺口剩余寬度 d：樣條厚度

因此，GB與ASTM之間不可以等同測量，但從測量公式可總結經(jīng)驗公式：GB數(shù)值*10.16或8（錯誤樣條）=ASTM數(shù)值，也可以由實際測量來總結比值。 2常規(guī)計算

沖擊載荷在零件中產(chǎn)生的沖擊應力除以零件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關外，還同與其相連接的物體有關。如與零件相連接的物體是絕對剛體，則沖擊

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能全部為該零件所承受；如與零件相連接的物體剛度為某一值,則沖擊能為整個體系所承擔,該零件只承受沖擊能的一部分。此外,沖擊應力的大小,還取決于沖擊能量的大小。因此，沖擊載荷作用下的強度計算，比靜載荷作用下的強度計算復雜得多。在設計承受沖擊載荷的零件時，須引入一個動載系數(shù)（見載荷系數(shù)）后按靜強度設計。動載系數(shù)也可用振動理論中求響應的方法確定。 研究零件沖擊強度時，要考慮材料在沖擊載荷下機械性能的改變和對零件沖擊效應的大小。對于結構鋼來說，當應變速率在10-6～10-21/秒時，鋼的機械性能無明顯變化。但在更高的應變速率下，結構鋼的強度極限和屈服極限隨沖擊速度的增大而提高。且屈服極限比強度極限提高得更快。因此把沖擊載荷當作靜載荷來處理對于一般結構鋼來說是偏于安全的。另一方面，沖擊載荷對材料缺口的敏感性比靜載荷對材料缺口的敏感性大。這時把沖擊載荷當作靜載荷來處理，就必須提高安全系數(shù)。 3沖擊波

零件受沖擊時，其沖擊應力和應變不可能立即傳至整個零件，而是以應力波或應變波的形式傳播。根據(jù)零件和加載條件的不同，應力波表現(xiàn)為平面形、圓筒形、球形等，并有縱波（正應力波）和橫波（切應力波）的成分。應力波（入射波）在零件中傳播時，遇到自由表面會引起反射，產(chǎn)生反射波�？v波若為垂直于表面的壓縮波，反射波則為拉伸波。兩個以上的應力波相遇，將產(chǎn)生復雜的干涉現(xiàn)象。根據(jù)入射波和反射波的疊加原理，計算出某一瞬間某一截面的峰值應力。當峰值應力超過材料的強度極限，零件就產(chǎn)生沖擊破壞。根據(jù)應力波傳播原理計算沖擊強度，僅限于形狀簡單的零件。對于形狀復雜的零件或受沖擊載荷的整機，可用實驗方法來確定沖擊強度。 4多次沖擊

實際工作中的機械零件和構件，多數(shù)是承受沖擊能量較小，沖擊次數(shù)較多的小能量多次沖擊載荷。它們的破壞是多次沖擊損傷積累導致裂紋的形成和擴展的結果。材料一次沖擊的破壞抗力，主要由沖擊韌性來決定；但沖擊次數(shù)較多的抗力，主要由材料的疲勞強度來確定。在這兩者之間，當達到破壞的沖擊次數(shù)增加時，沖擊韌性的影響減小而疲勞強度的影響增加。根據(jù)對鋼試樣進行多次沖擊的試驗結果可得出結論：沖擊韌性影響范圍在100～1000次以下。 把多次沖擊試驗的數(shù)據(jù)應用于實際的零部件設計中，需要解決試樣與實物的多次沖擊強度的模擬問題，例如尺寸的大小，形狀的改變，材料性能的變化等。在近似計算中，可用下述方法處理：當沖擊次數(shù)小于1000次時，用一次沖擊的方法計算強度；當沖擊次數(shù)大于1000次時，用相似于疲勞的方法計算強度。

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