尼龍件彎曲時發(fā)生塑性變形是因為彎曲強度不夠嗎

jody.jiang

  o7 O$ k/ C5 M# i) t8 S( ]

小弟在大學里也是學機械的,，但后來讀商科以后轉(zhuǎn)做項目管理好幾年了,，對機械、力學方面的一些東西也已經(jīng)生疏了不少,；現(xiàn)在在做一個6Sigma黑帶項目,，涉及到一些力學方面的問題不太清楚，想向各位大俠請教一下,。

先說一下這個項目的背景：我們公司是做尼龍拉帶的（綁扎線）,，但有一款產(chǎn)品它的棘齒根部絞鏈很容易失力不能回彈（即在拉緊拉帶時，棘齒因為被線上的定位齒不斷地頂起,，棘齒根部鉸鏈需彎曲一個固定的角度，然后回彈回來,；大家如果用過綁扎線,，應該很容易理解它的工作狀態(tài)）；經(jīng)分析,，這個失力是因為鉸鏈部位在被頂起彎曲時發(fā)生了塑性變形,。

我們公司在討論這個問題的時候，基本上都認為這是因為絞鏈強度不夠所造成的,；但我覺得沒這么簡單,，好像不是強度這個概念，以下是我自己的一些看法,，不知道是否正確,，請大家?guī)兔Ψ治鲋刚�一下：（為了便于理解下面問題的描述，大家可以參考如下的示意應力-應變曲線）

1.
% w6 H, g9 Z# R3 k4 t1 y強度應該是屬于應力的范籌,，在塑性變形或破壞之前能承受多大的力,；但在這個問題里，我們主要應該關心的是應變,，即棘齒在達到固定的彎曲角度時,，還未達到塑性變形的屈服點，至于在這個位置時，它的應力是多大,，而不是主要關心的（能達到一個基本的能彈回的值即可）,；即如圖所示，我不關心A點的高度（強度）,，更關心A點的左右位置,，最終目地是要使A點處于彎曲的固定角度β右側(cè)。就如一張紙,，強度很低,，但是可以卷起來。所以我覺得這個不是強度的概念,，這個看法是否正確?

2.
如果不是強度的范籌的話,，那該用一個什么物理量來表征這個問題呢？看起來幾個主要的物理量都不適合,，比如強度,，剪切模量，韌性,，脆性,。

3.
/ j4 z# ~* @: `7 k如果沒有一個物理量直接來衡量的話，我覺得是不是可以綜合強度及剪切模量來表征,；即基于相同的剪切模量下,，強度越大越好；或基于相同的強度下,，剪切模量越小越好,；但單獨考慮它們兩者之一都是無意義的。該條是否正確,？

4.
如果上述第三條正確,，那么剪切模量與強度會如下表所示共同影響最終結(jié)果，共分八種情況,，前面6條好理解,，問題在于后面兩條，無法定性分析最終結(jié)果是怎么樣的,。

) O7 }4 G; `% ?3 A4 N7 b. `	剪切模量（a線的斜率）	強度（強度線的高低） # y4 }0 T  \# R% I% E+ V. J	定性分析不會發(fā)生塑性變形的能力（a線與強度線的交點A向右偏離β線的距離,，越遠越不會發(fā)生塑性變形） ) y2 e# G% N/ i. l  l
1	-	↓	↓
2	- " l7 h9 E. v0 a' h3 g1 M9 k, x	↑ , b8 ^2 N, M* v; d	↑
3	↓	- 2 m7 R2 n% M- Y9 c/ Q	↑ 6 a* X9 M: S- ^8 m, J2 G
4 . D5 P' u7 T* p, ^; ~8 I& c, {	↑	-	↓ ( p- U6 @/ [2 S; W. L# c4 s
5 5 P$ _* D/ _( p7 W0 ^9 T& K! V. m! n	↓ - f; R3 B9 n3 `+ o	↑	↑↑
6	↑	↓ 7 s* \6 y. N! J" b	↓↓ : n7 R9 G+ V$ R' f8 c3 _8 l; K$ _9 m
7	↑	↑ 2 L' {& h& g6 E$ q+ g0 z, N	？
8	↓	↓	,？ 3 j* l$ A0 Y3 l. J" @* V0 s

那么請問7和8會出現(xiàn)什么情況,？

剪切模量和強度的相關關系是什么？

5.
2 g. P# U" K3 T4 V+ ]2 P上述第4點只是一個定性分析時遇到問題,，如果能定量分析的話還是可以算出最終結(jié)果的,，但請問一下強度的試驗方法是什么,？我們試驗室只能測它的斷裂強度，我查了很多書也只有介紹怎么測斷裂強度,；但在這里,，我關心的主要是A點，即發(fā)生塑性形變時的強度,，需要怎么樣測試呢,？

( G6 A  P# S; Z" k- M

djiazi

一,、屈服強度（yield strength ）

* A; ^) S3 E+ _( p4 b. P0 ?9 |又稱為屈服極限 ，常用符號δs,，是材料屈服的臨界應力值,。

　（1）對于屈服現(xiàn)象明顯的材料,，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）,；

  （2）對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應力-應變的直線關系的極限偏差達到規(guī)定值（通常為0.2%的永久形變）時的應力,。通常用作固體材料力學機械性質(zhì)的評價指標,，是材料的實際使用極限。因為在應力超過材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮,，應變增大,，使材料破壞，不能正常使用,。

　　當應力超過彈性極限后，進入屈服階段后,，變形增加較快,，此時除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形,。當應力達到B點后,，塑性應變急劇增加，應力應變出現(xiàn)微小波動,，這種現(xiàn)象稱為屈服,。這一階段的最大、最小應力分別稱為上屈服點和下屈服點,。由于下屈服點的數(shù)值較為穩(wěn)定,，因此以它作為材料抗力的指標,，稱為屈服點或屈服強度(ReL或Rp0.2)。

　　有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現(xiàn)象,，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2％)時的應力作為該鋼材的屈服強度,，稱為條件屈服強度（yield strength）。

　　首先解釋一下材料受力變形,。材料的變形分為彈性變形（外力撤銷后可以恢復原來形狀）和塑性變形（外力撤銷后不能恢復原來形狀,，形狀發(fā)生變化，伸長或縮短）

　　建筑鋼材以 屈服強度 作為設計應力的依據(jù),。

　　所謂屈服,，是指達到一定的變形應力之后，金屬開始從彈性狀態(tài)非均勻的向彈-塑性狀態(tài)過渡,，它標志著宏觀塑性變形的開始,。

二、屈服強度標準

　　建設工程上常用的屈服標準有三種：

　　1,、比例極限 應力-應變曲線上符合線性關系的最高應力,，國際上常采用σp表示，超過σp時即認為材料開始屈服,。

　　2,、彈性極限 試樣加載后再卸載，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標準,，材料能夠完全彈性恢復的最高應力,。國際上通常以Rel表示。應力超過Rel時即認為材料開始屈服,。

　　3,、屈服強度 以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標準，如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度,，符號為Rp0.2,。

三、影響屈服強度的因素

　　影響屈服強度的內(nèi)在因素有：

　　結(jié)合鍵,、組織,、結(jié)構(gòu)、原子本性,。如將金屬的屈服強度與陶瓷,、高分子材料比較可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看,，可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度,，這就是：(1)固溶強化；(2)形變強化,；(3)沉淀強化和彌散強化,；(4)晶界和亞晶強化,。沉淀強化和細晶強化是工業(yè)合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中,，前三種機制在提高材料強度的同時,，也降低了塑性，只有細化晶粒和亞晶,，既能提高強度又能增加塑性,。

　　影響屈服強度的外在因素有：

　　溫度、應變速率,、應力狀態(tài),。隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感,，這導致了鋼的低溫脆化,。應力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內(nèi)在性能的一個本質(zhì)指標,，但應力狀態(tài)不同,，屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度,。

四,、屈服強度的工程意義

　　----傳統(tǒng)的強度設計方法，對塑性材料,，以屈服強度為標準,，規(guī)定許用應力[σ]=σys/n，安全系數(shù)n一般取2或更大,，對脆性材料,，以抗拉強度為標準，規(guī)定許用應力[σ]=σb/n,，安全系數(shù)n一般取6,。

　　需要注意的是，按照傳統(tǒng)的強度設計方法,，必然會導致片面追求材料的高屈服強度,，但是隨著材料屈服強度的提高，材料的抗脆斷強度在降低,，材料的脆斷危險性增加了。

　　----屈服強度不僅有直接的使用意義,，在工程上也是材料的某些力學行為和工藝性能的大致度量,。例如材料屈服強度增高，對應力腐蝕和氫脆就敏感,；材料屈服強度低,，冷加工成型性能和焊接性能就好等等,。因此，屈服強度是材料性能中不可缺少的重要指標,。