尼龍件彎曲時(shí)發(fā)生塑性變形是因?yàn)閺澢鷱?qiáng)度不夠嗎

jody.jiang

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小弟在大學(xué)里也是學(xué)機(jī)械的,，但后來讀商科以后轉(zhuǎn)做項(xiàng)目管理好幾年了，對機(jī)械,、力學(xué)方面的一些東西也已經(jīng)生疏了不少,；現(xiàn)在在做一個(gè)6Sigma黑帶項(xiàng)目，涉及到一些力學(xué)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(gè)項(xiàng)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(shí),，棘齒因?yàn)楸痪�上的定位齒不斷地頂起,，棘齒根部鉸鏈需彎曲一個(gè)固定的角度，然后回彈回來,；大家如果用過綁扎線,，應(yīng)該很容易理解它的工作狀態(tài)）；經(jīng)分析,，這個(gè)失力是因?yàn)殂q鏈部位在被頂起彎曲時(shí)發(fā)生了塑性變形,。

我們公司在討論這個(gè)問題的時(shí)候，基本上都認(rèn)為這是因?yàn)榻g鏈強(qiáng)度不夠所造成的,；但我覺得沒這么簡單,，好像不是強(qiáng)度這個(gè)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(yīng)力-應(yīng)變曲線）

1.
強(qiáng)度應(yīng)該是屬于應(yīng)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(gè)問題里，我們主要應(yīng)該關(guān)心的是應(yīng)變,，即棘齒在達(dá)到固定的彎曲角度時(shí),，還未達(dá)到塑性變形的屈服點(diǎn)，至于在這個(gè)位置時(shí),，它的應(yīng)力是多大,，而不是主要關(guān)心的（能達(dá)到一個(gè)基本的能彈回的值即可）；即如圖所示，我不關(guān)心A點(diǎn)的高度（強(qiáng)度）,，更關(guān)心A點(diǎn)的左右位置,，最終目地是要使A點(diǎn)處于彎曲的固定角度β右側(cè)。就如一張紙,，強(qiáng)度很低,，但是可以卷起來。所以我覺得這個(gè)不是強(qiáng)度的概念,，這個(gè)看法是否正確?

2.
4 u% b# _) B7 r' V: ?如果不是強(qiáng)度的范籌的話,，那該用一個(gè)什么物理量來表征這個(gè)問題呢？看起來幾個(gè)主要的物理量都不適合,，比如強(qiáng)度,，剪切模量，韌性,，脆性,。

3.
) U  ^- n% T" @如果沒有一個(gè)物理量直接來衡量的話，我覺得是不是可以綜合強(qiáng)度及剪切模量來表征,；即基于相同的剪切模量下,，強(qiáng)度越大越好；或基于相同的強(qiáng)度下,，剪切模量越小越好,；但單獨(dú)考慮它們兩者之一都是無意義的。該條是否正確,？

4.
7 i5 ?7 K  j! _) z# |( W如果上述第三條正確,，那么剪切模量與強(qiáng)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,。

	剪切模量（a線的斜率）	強(qiáng)度（強(qiáng)度線的高低）	定性分析不會發(fā)生塑性變形的能力（a線與強(qiáng)度線的交點(diǎn)A向右偏離β線的距離,，越遠(yuǎn)越不會發(fā)生塑性變形）
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8	↓	↓	,？

那么請問7和8會出現(xiàn)什么情況,？

剪切模量和強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系是什么？

5.
上述第4點(diǎn)只是一個(gè)定性分析時(shí)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(qiáng)度的試驗(yàn)方法是什么？我們試驗(yàn)室只能測它的斷裂強(qiáng)度,，我查了很多書也只有介紹怎么測斷裂強(qiáng)度,；但在這里,，我關(guān)心的主要是A點(diǎn)，即發(fā)生塑性形變時(shí)的強(qiáng)度,，需要怎么樣測試呢,？

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djiazi

一,、屈服強(qiáng)度（yield strength ）

又稱為屈服極限 ,，常用符號δs,，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。

�,。�1）對于屈服現(xiàn)象明顯的材料,，屈服強(qiáng)度就是屈服點(diǎn)的應(yīng)力（屈服值）；

  （2）對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料,，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線關(guān)系的極限偏差達(dá)到規(guī)定值（通常為0.2%的永久形變）時(shí)的應(yīng)力,。通常用作固體材料力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限,。因?yàn)樵趹?yīng)力超過材料屈服極限后產(chǎn)生頸縮,，應(yīng)變增大，使材料破壞,，不能正常使用,。

　　當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后,，變形增加較快,，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形,。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后,，塑性應(yīng)變急劇增加，應(yīng)力應(yīng)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(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn),。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定,，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)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(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度,，稱為條件屈服強(qiáng)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(fù)原來形狀）和塑性變形（外力撤銷后不能恢復(fù)原來形狀,，形狀發(fā)生變化，伸長或縮短）

　　建筑鋼材以 屈服強(qiáng)度 作為設(shè)計(jì)應(yīng)力的依據(jù),。

　　所謂屈服,，是指達(dá)到一定的變形應(yīng)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(biāo)志著宏觀塑性變形的開始,。

二、屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

　　建設(shè)工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種：

　　1,、比例極限 應(yīng)力-應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力,，國際上常采用σp表示，超過σp時(shí)即認(rèn)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(biāo)準(zhǔn),，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力,。國際上通常以Rel表示。應(yīng)力超過Rel時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服,。

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

三、影響屈服強(qiáng)度的因素

　　影響屈服強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化機(jī)制影響金屬材料的屈服強(qiáng)度,，這就是：(1)固溶強(qiáng)化；(2)形變強(qiáng)化,；(3)沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化,；(4)晶界和亞晶強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化是工業(yè)合金中提高材料屈服強(qiáng)度的最常用的手段,。在這幾種強(qiáng)化機(jī)制中,，前三種機(jī)制在提高材料強(qiáng)度的同時(shí),，也降低了塑性，只有細(xì)化晶粒和亞晶,，既能提高強(qiáng)度又能增加塑性,。

　　影響屈服強(qiáng)度的外在因素有：

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

四,、屈服強(qiáng)度的工程意義

　　----傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對塑性材料,，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)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(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn),，規(guī)定許用應(yīng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)方法,，必然會導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強(qiáng)度，但是隨著材料屈服強(qiáng)度的提高,，材料的抗脆斷強(qiáng)度在降低,，材料的脆斷危險(xiǎn)性增加了。

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

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