个人介绍
机械强度——基本理论与方法

主讲教师:

教师团队:共1

  • 谢基龙
学校: 北京交通大学
专业大类: 机械工程
开课专业: 机械设计及理论

械强度指抗压强度、抗折强度、抗拉强度。以及一些测量方法,如:准确预测疲劳寿命采取以概率为基础的方法。疲劳破坏的三种微观机理:微理解型、条纹性、微孔聚合型破坏。金相组织能决定疲劳寿命。

教师团队

谢基龙

职称:教授

单位:北京交通大学

部门:机电学院

职位:工程师

教学方法

机械强度、指抗压强度、抗折强度、抗拉强度。当外力与物体轴线相垂直,物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力称为抗折强度(或称抗弯强度)。经验抗压强度是抗折强度的2倍,抗折强度是抗拉强度的2倍。

材料的机械强度包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击、疲劳等。材料机械强度指材料受外力作用时,其单位面积上所能承受的最大负荷。一般用抗弯(抗折)强度、抗拉(抗张)强度、抗压强度、抗冲击强度等来表示。通过对陶瓷和金属机械强度的测试,可了解不同种类材料在机械强度方面的差异,掌握材料强度的测试原理与计算方法。

机械强度评价:机械强度评价包括静刚度评价、静强度评价、疲劳强度评价、断裂强度评价四部分内容。 静刚度评价包括等直杆件扭转刚度评价、受弯梁的弯曲强度评价、薄板受弯曲载荷作用静刚度评价、薄壳变形计算;静强度评价包括常规设计静强度评价、极限设计静强度评价、热应力强度评价;疲劳强度评价包括名义应力无限寿命设计、名义应力有限寿命设计、名义应力疲劳寿命估算、局部应力——应变法疲劳寿命估算;断裂强度评价包括线弹性断裂强度评价、弹塑性断裂强度评价、裂纹扩展寿命估算。

抗拉强度

抗拉强度国际上采用 бb 来表示,它是指资料在拉断前所达到的最大应力值。单位采用:kn/mm2(单位面积接受的公斤力);抗拉强度=Eh,其间E为杨氏模量,h为资料厚度 。英文表达:tensile strength 或者 extensional rigidity。

当钢材屈服到一定程度后,由于内部晶粒重新排列,其抵抗变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达最大值。此后,钢材抵抗变形的能力明显降低,并在最薄弱处发生较大的塑性变形,此处试件截面迅速缩小,出现颈缩现象,直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。

  单位:kn/mm2(单位面积承受的公斤力)

  抗拉强度:extensional rigidity.

  抗拉强度=Eh,其中E为杨氏模量,h为材料厚度

  目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是才用万能材料试验机等来进行材料抗拉、压强度的测定!

抗压强度

抗压强度(compressive strength)代号σbc,指外力是压力时的强度极限,下面就以岩石为例,详细像大家解释下什么是抗压强度。

岩石的抗压强度是指在无侧束状态下(Unconfined)所能承受的最大压力,通常以每平方公分多少公斤,或每平方英寸多少磅。换言之,它指把岩石的加压至破裂所需要的应力。

欲想了解石材的特性,和在工程上是否适用时,必须先作岩石的力学强度试验。强度试验中最主要为抗压强度的试验。

岩石的最大抗压强度的量测,通常是在固定的实验室中进行,并利用功率为十至一百吨以上的特殊水压机来把测试样本压碎。为测试岩石的抗压强度,其样品需制成立方体或圆柱体的形状,同时其尺寸还得视岩石的不同而异。对高强度的岩石而言,立方体形状的样品尺寸为5㎝×5㎝×5㎝,中等强度的岩石其样品尺寸为7㎝×7㎝×7㎝,而松软的岩石其样品尺寸为10㎝×10㎝×10㎝。对于矿物成份不均匀的岩石,其立方体形状的样品尺寸,应较矿物成份均匀的岩石为大。

为了避免获得意外的结果,应该采取同一石料的若干样品分别在干燥或潮湿的状况下进行试验。不过这种测试未必能够得到正确的数据,因为即使同一种的岩石,其抗压强度也不一定完全相同,还要看压缩方向和样品的构造等关系而定。此种具有方向的性质,以页岩特别显著。

下面介绍来自中国仪器超市最简单的抗压强度试验,将样品压碎的力以P来表示。

样品的剖面面积为2吋×2吋即4平方吋,同时已知岩石的抗压强度为每平方吋一万磅(10,000psi),如此对样品施以10.000×4=40.000磅压力时,样品将会被破坏。其抗压强度计算公式如下:

                                                         p=P/A

式中p为抗压强度,以每平方吋多少磅(psi)、每平方公分多少公斤为单位,P为压力,以磅、公斤为单位,A为剖面面积,以平方公分、平方吋为单位。

大致说来,火成岩、石英岩和特别坚硬的硅质砂岩,具有最大的抗压强度。例如一些未风化之玄武岩,其无侧束抗压强度可达到60.000psi。影响岩石抗压强度的因素很多,其最重要的有三种因素:组织、胶结物的性质、压力的方向等。

参考教材


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