關(guān)于屈服應(yīng)力、屈服強(qiáng)度、彈性模量、屈服點(diǎn)、屈服極限等概念,許多人理不清他們之間有什么區(qū)別,或有什么聯(lián)系。特別是屈服應(yīng)力和屈服強(qiáng)度容易混淆。常見(jiàn)的問(wèn)題還有測(cè)試計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)屈服應(yīng)力比彈性模量小的情況。
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在材料拉伸或壓縮過(guò)程中,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí),應(yīng)力有微小的增加,而應(yīng)變卻急劇增長(zhǎng)的現(xiàn)象,使材料發(fā)生屈服時(shí)的正應(yīng)力就是材料的屈服應(yīng)力。流體的屈服應(yīng)力是指對(duì)于某些非牛頓流體,施加的剪應(yīng)力較小時(shí)流體只發(fā)生變形,不產(chǎn)生流動(dòng)。當(dāng)剪應(yīng)力增大到某一定值時(shí)流體才開(kāi)始流動(dòng),此時(shí)的剪應(yīng)力稱(chēng)為該流體的屈服應(yīng)力。
屈服應(yīng)力還描述為:材料在單向拉伸(或壓縮)過(guò)程中,由于加工硬化,塑性流動(dòng)所需的應(yīng)力值隨變形量增大而增大。對(duì)應(yīng)于變形過(guò)程某一瞬時(shí)進(jìn)行塑性流動(dòng)所需的真實(shí)應(yīng)力叫做該瞬時(shí)的屈服應(yīng)力,亦稱(chēng)流動(dòng)應(yīng)力。如果忽略材料的加工硬化,可以認(rèn)為屈服應(yīng)力為一常數(shù),并近似等于屈服極限(σs)。實(shí)際上,屈服應(yīng)力是一個(gè)由形變速度、形變溫度、形變程度決定的函數(shù),且這些參數(shù)彼此相互影響,并通常與材料特性相關(guān)。
屈服強(qiáng)度是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限,也就是抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。對(duì)于無(wú)明顯屈服現(xiàn)象出現(xiàn)的金屬材料,規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值作為其屈服極限,稱(chēng)為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。
在金屬的彈性變形達(dá)到極限后,其強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生小范圍的波動(dòng),這時(shí)也就是塑性變形開(kāi)始了。這個(gè)點(diǎn)即是屈服點(diǎn),這時(shí)所受的應(yīng)力就叫做屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度。屈服點(diǎn)之前一般金屬的變形量與拉力接近一次線(xiàn)性關(guān)系,屈服點(diǎn)之后就變?yōu)槎尉€(xiàn)性關(guān)系(拋物線(xiàn)),即拉力增加不大,但產(chǎn)生的變形量卻相對(duì)較大。
大于此極限的外力作用,將會(huì)使零件永久失效,無(wú)法恢復(fù)。如低碳鋼的屈服極限為207MPa,當(dāng)大于此極限的外力作用之下,零件將會(huì)產(chǎn)生永久變形,小于這個(gè)的,零件還會(huì)恢復(fù)原來(lái)的樣子。
屈服應(yīng)力是在應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上屈服點(diǎn)處的應(yīng)力。而屈服強(qiáng)度作為材料抗力的指標(biāo),即屈服極限,是材料屈服的臨界應(yīng)力值,稱(chēng)為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度、屈服極限。塑性材料的極限應(yīng)力為屈服極限或叫屈服強(qiáng)度,脆性材料的極限應(yīng)力為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。
屈服強(qiáng)度和屈服點(diǎn)相對(duì)應(yīng),屈服點(diǎn)是指金屬發(fā)生塑性變形的那一點(diǎn),所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度成為屈服強(qiáng)度。許用應(yīng)力指機(jī)械零件在使用時(shí)為了安全起見(jiàn),用屈服應(yīng)力除以一個(gè)安全系數(shù)??估瓘?qiáng)度指材料抵抗外力的能力,一般拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)拉斷時(shí)候的強(qiáng)度。
許用應(yīng)力=屈服強(qiáng)度/安全系數(shù)
拉壓試驗(yàn)多用 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度
與溫度有很大關(guān)系,一般溫度升高,材料強(qiáng)度降低
當(dāng)鋼材屈服到一定程度后,由于內(nèi)部晶粒重新排列,其抵抗變形能力又重新提高,此時(shí)變形雖然發(fā)展很快,但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高,直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后,鋼材抵抗變形的能力明顯降低,并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形,此處試件截面迅速縮小,出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象,直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值(b點(diǎn)對(duì)應(yīng)值)稱(chēng)為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度
一般地講,對(duì)彈性體施加一個(gè)外界作用力,彈性體會(huì)發(fā)生形狀的改變(稱(chēng)為“形變”),“彈性模量”的一般定義是:?jiǎn)蜗驊?yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變。材料在彈性變形階段,其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系(即符合胡克定律),其比例系數(shù)稱(chēng)為彈性模量。彈性模量的單位是達(dá)因每平方厘米?!皬椥阅A俊笔敲枋鑫镔|(zhì)彈性的一個(gè)物理量,是一個(gè)統(tǒng)稱(chēng),表示方法可以是“楊氏模量”、“體積模量”等。
彈性模量E=206GPa,Q235的屈服強(qiáng)度才為235Mpa,為何會(huì)這樣彈性模量不是在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變的比么?那么在屈服點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變比應(yīng)該比彈性模量大。這是怎么回事呢
彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo),其值越大,使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大,即材料剛度越大,亦即在一定應(yīng)力作用下,發(fā)生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo),相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。
注意,彈性模量,是在材料彈性變形范圍內(nèi)應(yīng)用的,而屈服強(qiáng)度已經(jīng)超越了彈性變形的“范圍”了,因此,兩者“數(shù)值”不能這樣“比較”的。