履带吊力学分析软件|【解疑解惑】机械样品为什么会长成这样？

《机械园》编辑部：

最近在你的网站上看到一篇不错的文章《机械师》研发“奋斗者”的花絮。了解机械师对开发潜水器有很大的作用。想问一下有哪些材料样本力学性能测试？如何选择力学样品类型？谢谢告知！

工厂技术员

2021 年 3 月 15 日

为什么机械标本这么长？

李宇

从桌面上的木制书架到国家体育场的鸟巢楼，生活中几乎所有的物件都在承担着各自的“重任”。小木书架看上去“软弱无力”，装满书也不会塌陷。结构奇特的燕窝，看似“瘦”，却能承受惊人的重量。他们可以承载多少重量？这不仅取决于结构特性，还受材料本身力学性能的影响。燕窝建筑之所以能够如此坚固吊车，与采用高强度钢材作为建筑材料是分不开的。想象一下，如果燕窝是用塑料做的，没人敢爬上去！

因此，要让每个结构发挥其理想的承重能力，就必须知道它的材料有多“坚固”。材料的强度主要从抗拉、抗压、抗弯、抗扭等方面来判断。例如，起重机的钢索要能抗拉伸，桥墩和桌腿要能抗压，桥梁和屋梁要能抗弯，电机的转轴要能抗压。以抵抗扭转。为了得到这些性能参数，需要进行材料力学性能测试。同一种材料在不同的应用场景中会有不同的形状。例如，钢材可以制成钢丝或圆棒，也可以加工成钢板或空心钢管；由材料制成的元件尺寸也有很大的尺寸。跨度，小到螺丝钉，大到房屋建筑中的钢架。如果直接使用不同形状和尺寸的原材料进行力学测试，得到的结果可能不适用于其他结构。因此，为了使测量的材料力学性能具有通用性，国家标准中规定了力学试样的形状和尺寸，使试验数据可广泛应用于各种结构设计中。

以拉伸试验为例，看看国家标准是如何规定试样的形状和尺寸的。我们用于测试的样品通常由原材料或产品加工而成。 《GB/T 228.1-2010 金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》规定，横断面不变的材料不得加工，不规则试样应加工成标准形状并经过测试。为什么要保持横截面不变？这主要是因为表征材料力学性能的一个重要参数是材料的强度，用力与面积的比值即应力来表示。如果测试断面的横截面积发生变化，就不能得到准确的强度。样品的横截面有多种形状可供选择，如圆形、矩形等，选择哪一种自然是根据样品的形状和尺寸或铸件本身。毕竟，圆形截面样品是从薄板上切下的。这也有点困难。

在样品的加工过程中还有一个很重要的环节，就是样品的夹持端。一方面，夹持端的形状应与机械试验机上的夹具相适应，否则夹具无法夹持试样。另一方面，夹持端应与测试段保持足够的距离。加工后的试样一般呈“狗骨形”，即夹持端大于中间试验段，不仅可以使夹具更牢固地固定试样两端，减少滑动的可能性，并尽可能避免圣维南原理的影响。这里提到的圣维南原理可以用一句话简单概括，即载荷的具体分布只影响载荷区域附近的应力分布。这就像A拉着B的胳膊履带吊力学分析软件|【解疑解惑】机械样品为什么会长成这样？，又用力拉着B的胳膊。 B的胳膊不会痛，只是感觉被拉扯了，但是他的手会很痛。同样，在拉伸试验中，夹具夹持部位的应力分布受到很大影响，不能真实反映材料的真实张力。离夹持部位越远，受力越稳定。因此，为了避免圣维南原理的影响，在静态试验中获得更准确的材料力学性能，试验段与夹持处之间应保持足够的距离。此外，夹持端与测试段的连接一般采用平滑的圆弧过渡，而不是直角过渡，以防止界面处的应力集中断裂。

“沙漏”标本与“狗骨”标本非常相似履带吊力学分析软件，形状像沙漏，横截面积从侧面向中心逐渐减小。这种形状的试样在疲劳测试中很常见。实际应用场景中很多构件的载荷不是简单的静态载荷，而是动态载荷。同一组件在动态加载下更有可能失败。例如，一根铁丝，简单地弯曲一两次就不会断，但反复弯曲几十次就可能断了。疲劳试验是测量材料在循环载荷下的强度。常用的标本形状是“狗骨”和“沙漏”。那么两者有什么区别呢？由于“沙漏形”试样截面积的变化，其测试有效面积仅为试样中间截面积的最小部分。 “狗骨形”试样具有一定长度的等截面面积，试验的有效截面较长。对于同一种材料，这两种不同形状的样品测得的疲劳强度是不同的。一般来说，“沙漏形”样本会比“狗骨头形”更强。因为“沙漏形”只有中间面积最小，受力最大，最危险；而“狗骨形”的高应力区截面较长，导致疲劳失效的可能性较大。 “沙漏”试样一般只用于疲劳试验，而“狗骨”试样可用于疲劳和拉伸试验。

在疲劳试验中履带吊力学分析软件，除了光滑的试样外，还看到了一些看似“不完美”的试样。千万不要小看这个小缝隙，千里的大堤，塌陷在蚁窝里，一个小缝隙可能会大大降低整个结构的承载力。尖角、孔洞和缝隙处容易产生应力集中，应力会高于其他正常地方，因此更容易断裂。在实际使用中，由于加工工艺的缺陷和后期环境的影响，材料难免会出现缺陷。因此，缺陷材料的疲劳力学性能也需要进行测试。

样品不仅形状各异，而且大小的选择。对于拉伸试样，为尽可能避免圣维南原理的影响，试验段应足够长，并与两端夹持端保持一定距离；对于受压试样，应做到“短而粗”。如果比例太长，也就是“又瘦又高”，压缩过程中会有较大的不稳定风险，一不小心就会弯曲甚至飞出。除了试样的“体比”外，还应仔细选择其横截面积。不同试验机的“实力”是不同的。如果要破坏一个样品，就必须根据试验机的最大拉力和材料的抗拉强度来估算可以破坏的最大横截面积。如果试样横截面超过这个估计面积吊车公司，即使试验机尽力而为，我们也可能看不到试样断裂。

提高结构的整体承载能力一直是行业追求的目标。为了实现这一目标，一方面需要研究多种结构，另一方面要使用力学性能更好的材料。力学性能测试是材料力学性能研究中不可缺少的重要手段。选择合适的样品形状和尺寸可以使测试结果更加准确和有效。必修课。