《材料分析技术(示波冲击试验).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料分析技术(示波冲击试验).ppt（65页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、现代材料分析技术现代材料分析技术示波冲击试验示波冲击试验一材料的断裂行为一材料的断裂行为 断裂是材料在外力作用下丧失连续性的过程，是断裂是材料在外力作用下丧失连续性的过程，是断裂是材料在外力作用下丧失连续性的过程，是断裂是材料在外力作用下丧失连续性的过程，是工程构件的主要破坏形式。工程构件的主要破坏形式。工程构件的主要破坏形式。工程构件的主要破坏形式。断裂可分为三个阶段：断裂可分为三个阶段：断裂可分为三个阶段：断裂可分为三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展裂纹的萌生、裂纹的扩展裂纹的萌生、裂纹的扩展裂纹的萌生、裂纹的扩展和失稳断裂和失稳断裂和失稳断裂和失稳断裂材料的断裂可以根据其断裂前与断裂过程中
2、材料材料的断裂可以根据其断裂前与断裂过程中材料材料的断裂可以根据其断裂前与断裂过程中材料材料的断裂可以根据其断裂前与断裂过程中材料的宏观塑性变形的程度，把的宏观塑性变形的程度，把的宏观塑性变形的程度，把的宏观塑性变形的程度，把断裂分为脆性断裂与断裂分为脆性断裂与断裂分为脆性断裂与断裂分为脆性断裂与韧性断裂韧性断裂韧性断裂韧性断裂。1韧性断裂韧性断裂韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。观塑性变形的断裂过程。韧性断裂时一般裂纹扩韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。一些塑
3、性较好的金属材料及高分子材料在室温一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。2脆性断裂脆性断裂脆性断裂是材料断裂前基本上不产生明显脆性断裂是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，现为突然发生的快速断裂过程，因而具有因而具有很大的危险性。很大的危险性。防止脆断一直是人们研究的重点。防止脆断一直是人们研究的重点。3 3脆性断裂的原因脆性断裂的原因脆性断裂的原因脆性断裂的原因 在外力作用下，任意一个结构单元上主应力面的拉应力足在外力作用下，
4、任意一个结构单元上主应力面的拉应力足在外力作用下，任意一个结构单元上主应力面的拉应力足在外力作用下，任意一个结构单元上主应力面的拉应力足够大时，尤其在那些高度应力集中的特征点够大时，尤其在那些高度应力集中的特征点够大时，尤其在那些高度应力集中的特征点够大时，尤其在那些高度应力集中的特征点(例如内部和例如内部和例如内部和例如内部和表面的缺陷和裂纹表面的缺陷和裂纹表面的缺陷和裂纹表面的缺陷和裂纹)附近的单元上，所受到的局部拉应力附近的单元上，所受到的局部拉应力附近的单元上，所受到的局部拉应力附近的单元上，所受到的局部拉应力为平均应力的数倍时，此过分集中的拉应力如果超过材料为平均应力的数倍时，此过分
5、集中的拉应力如果超过材料为平均应力的数倍时，此过分集中的拉应力如果超过材料为平均应力的数倍时，此过分集中的拉应力如果超过材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。性断裂。性断裂。性断裂。虽然与此同时，由于外力引起的平均剪应力尚小于临界值，虽然与此同时，由于外力引起的平均剪应力尚小于临界值，虽然与此同时，由于外力引起的平均剪应力尚小于临界值，虽然与此同时，由于外力引起的平均剪应力尚小于临界值，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。
6、因此，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。因此，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。因此，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。因此，断裂源往断裂源往断裂源往断裂源往往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方的某一个缺陷的某一个缺陷的某一个缺陷的某一个缺陷(或裂纹、伤痕或裂纹、伤痕或裂纹、伤痕或裂纹、伤痕)而开裂。而开裂。而开裂。而开裂。韧性又分断裂韧性和冲击韧性两大类。韧性又分断裂韧性和冲击韧性两大类。断裂韧性是表征材料抵抗其内部裂纹扩展
7、能断裂韧性是表征材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标力的性能指标；（已经讲过）；（已经讲过）冲击韧性则是对材料在高速冲击负荷下韧性冲击韧性则是对材料在高速冲击负荷下韧性的度量。的度量。二者间存在着某种内在联系。二者间存在着某种内在联系。本章重点介绍材料的冲击韧度本章重点介绍材料的冲击韧度二、材料的冲击韧度二、材料的冲击韧度 1 1、冲击韧度的定义、冲击韧度的定义、冲击韧度的定义、冲击韧度的定义 实践中发现，材料的力学性能有时与变形速率有关。一般实践中发现，材料的力学性能有时与变形速率有关。一般实践中发现，材料的力学性能有时与变形速率有关。一般实践中发现，材料的力学性能有时与变形速率有关。一般相
8、对变形速率在相对变形速率在相对变形速率在相对变形速率在1010-4-41010-2-2秒范围时，性能变化不明显，秒范围时，性能变化不明显，秒范围时，性能变化不明显，秒范围时，性能变化不明显，可按静载处理；可按静载处理；可按静载处理；可按静载处理；若相对变形速率大于若相对变形速率大于若相对变形速率大于若相对变形速率大于1010-2-2秒，性能将发生显著变化。变秒，性能将发生显著变化。变秒，性能将发生显著变化。变秒，性能将发生显著变化。变形速率增大，则韧性下降，材料变脆。形速率增大，则韧性下降，材料变脆。形速率增大，则韧性下降，材料变脆。形速率增大，则韧性下降，材料变脆。许多机器零件在工作时要遇到
9、冲击载荷：许多机器零件在工作时要遇到冲击载荷：许多机器零件在工作时要遇到冲击载荷：许多机器零件在工作时要遇到冲击载荷：火车开车、刹车、改变速度时，车辆间的挂勾要受到冲击；火车开车、刹车、改变速度时，车辆间的挂勾要受到冲击；火车开车、刹车、改变速度时，车辆间的挂勾要受到冲击；火车开车、刹车、改变速度时，车辆间的挂勾要受到冲击；还有些机械就是利用冲击负荷工作的，如锻锤、冲床、凿还有些机械就是利用冲击负荷工作的，如锻锤、冲床、凿还有些机械就是利用冲击负荷工作的，如锻锤、冲床、凿还有些机械就是利用冲击负荷工作的，如锻锤、冲床、凿岩机等。因此了解材料承受冲击负荷的能力十分必要。岩机等。因此了解材料承受冲
10、击负荷的能力十分必要。岩机等。因此了解材料承受冲击负荷的能力十分必要。岩机等。因此了解材料承受冲击负荷的能力十分必要。冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，常用常用常用常用a ak k表示表示表示表示 式中，式中，式中，式中，A Ak k表示材料受到冲击断裂时所吸收的能量，表示材料受到冲击断裂时所吸收的能量，表示材料受到冲击断裂时所吸收的能量，表示材料受到冲击断裂时所吸收的能量，可以通过冲击试验机可以通过冲击试验机可以通过冲击试验机可以通过冲击试验机 直接测量，单位直接测量，单位J
11、；F为试样的截面积，单位为试样的截面积，单位cm2.2 2、冲击韧度的应用、冲击韧度的应用、冲击韧度的应用、冲击韧度的应用冲击功对材料的宏观缺陷、显微组织的差异等冲击功对材料的宏观缺陷、显微组织的差异等冲击功对材料的宏观缺陷、显微组织的差异等冲击功对材料的宏观缺陷、显微组织的差异等非常敏感，长期以来有效地用来检定钢材质量和非常敏感，长期以来有效地用来检定钢材质量和非常敏感，长期以来有效地用来检定钢材质量和非常敏感，长期以来有效地用来检定钢材质量和判断冶金、加工和热处理规程的适宜性，籍以控判断冶金、加工和热处理规程的适宜性，籍以控判断冶金、加工和热处理规程的适宜性，籍以控判断冶金、加工和热处理规
12、程的适宜性，籍以控制和稳定产品质量。制和稳定产品质量。制和稳定产品质量。制和稳定产品质量。冲击功对温度十分敏感，通常从低温到高温进冲击功对温度十分敏感，通常从低温到高温进冲击功对温度十分敏感，通常从低温到高温进冲击功对温度十分敏感，通常从低温到高温进行冲击系列试验，测定韧脆转变趋势和转变温度。行冲击系列试验，测定韧脆转变趋势和转变温度。行冲击系列试验，测定韧脆转变趋势和转变温度。行冲击系列试验，测定韧脆转变趋势和转变温度。为防止金属构件的冷脆、蓝脆及重结晶脆性，并为防止金属构件的冷脆、蓝脆及重结晶脆性，并为防止金属构件的冷脆、蓝脆及重结晶脆性，并为防止金属构件的冷脆、蓝脆及重结晶脆性，并能大致
13、估算出构件容许工作温度，可提供一种经能大致估算出构件容许工作温度，可提供一种经能大致估算出构件容许工作温度，可提供一种经能大致估算出构件容许工作温度，可提供一种经验性判据。验性判据。验性判据。验性判据。由于冲击试验测出的冲击功对缺口非常由于冲击试验测出的冲击功对缺口非常敏感，因此用来评定金属对大能量一次载敏感，因此用来评定金属对大能量一次载荷的缺口敏感性。荷的缺口敏感性。多年来常用冲击试验测定钢材时效前后多年来常用冲击试验测定钢材时效前后的冲击功，确定钢材的时效敏感性。的冲击功，确定钢材的时效敏感性。由于冲击试验设备简便，试样加工容易，由于冲击试验设备简便，试样加工容易，试验时间短。试验时间短
14、。3 3、实验方法实验方法实验方法实验方法 冲击试验机是测定材料冲击韧度的专用设备。冲击试验机是测定材料冲击韧度的专用设备。冲击试验机是测定材料冲击韧度的专用设备。冲击试验机是测定材料冲击韧度的专用设备。按冲击方式可分为落锤式、摆锤式和回转圆盘式按冲击方式可分为落锤式、摆锤式和回转圆盘式按冲击方式可分为落锤式、摆锤式和回转圆盘式按冲击方式可分为落锤式、摆锤式和回转圆盘式冲击试验机；冲击试验机；冲击试验机；冲击试验机；按受力状态可分为弯曲（包括简支梁式弯曲和悬按受力状态可分为弯曲（包括简支梁式弯曲和悬按受力状态可分为弯曲（包括简支梁式弯曲和悬按受力状态可分为弯曲（包括简支梁式弯曲和悬臂梁式弯曲）
15、冲击、拉力冲击和扭转冲击试验机。臂梁式弯曲）冲击、拉力冲击和扭转冲击试验机。臂梁式弯曲）冲击、拉力冲击和扭转冲击试验机。臂梁式弯曲）冲击、拉力冲击和扭转冲击试验机。应用最广泛的是摆锤和落锤式冲击试验机。应用最广泛的是摆锤和落锤式冲击试验机。应用最广泛的是摆锤和落锤式冲击试验机。应用最广泛的是摆锤和落锤式冲击试验机。1）摆锤冲击试验原理）摆锤冲击试验原理 它是利用摆锤冲击试件前后的能量差，来确定冲断它是利用摆锤冲击试件前后的能量差，来确定冲断它是利用摆锤冲击试件前后的能量差，来确定冲断它是利用摆锤冲击试件前后的能量差，来确定冲断该试件所消耗的功该试件所消耗的功该试件所消耗的功该试件所消耗的功A
16、Ak k，该冲击功该冲击功该冲击功该冲击功A Ak k，通常可从试验机的度盘上直接读取。，通常可从试验机的度盘上直接读取。，通常可从试验机的度盘上直接读取。，通常可从试验机的度盘上直接读取。冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，冲击韧性为材料单位面积所吸收的冲击功，常用常用常用常用a ak k表示表示表示表示 2）落锤冲击试验原理）落锤冲击试验原理落锤试验机是在已知力学约束条件下测量材料对固有断裂落锤试验机是在已知力学约束条件下测量材料对固有断裂落锤试验机是在已知力学约束条件下测量材料对固有断裂落锤试验机是在已知力学约
17、束条件下测量材料对固有断裂扩展的抗力。扩展的抗力。扩展的抗力。扩展的抗力。其主要的特点是：冲击能量大、结构简单、紧凑其主要的特点是：冲击能量大、结构简单、紧凑其主要的特点是：冲击能量大、结构简单、紧凑其主要的特点是：冲击能量大、结构简单、紧凑冲击能量可以通过控制落锤提升高度和落锤重量大小来进冲击能量可以通过控制落锤提升高度和落锤重量大小来进冲击能量可以通过控制落锤提升高度和落锤重量大小来进冲击能量可以通过控制落锤提升高度和落锤重量大小来进行变化。行变化。行变化。行变化。落锤试验机的基本原理是利用锤头的自由落体运动，测落锤试验机的基本原理是利用锤头的自由落体运动，测落锤试验机的基本原理是利用锤头
18、的自由落体运动，测落锤试验机的基本原理是利用锤头的自由落体运动，测量试样冲击前后的势能差值。实质就是一个能量转化过量试样冲击前后的势能差值。实质就是一个能量转化过量试样冲击前后的势能差值。实质就是一个能量转化过量试样冲击前后的势能差值。实质就是一个能量转化过程：电动能程：电动能程：电动能程：电动能势能势能势能势能动能动能动能动能试样破坏能量。试样破坏能量。试样破坏能量。试样破坏能量。本质上通过测试落锤冲击前的速度本质上通过测试落锤冲击前的速度本质上通过测试落锤冲击前的速度本质上通过测试落锤冲击前的速度V Vmaxmax的测试，落锤冲的测试，落锤冲的测试，落锤冲的测试，落锤冲击试样后的速度击试样
19、后的速度击试样后的速度击试样后的速度V Vminmin，确定材料的冲，确定材料的冲，确定材料的冲，确定材料的冲击击击击功功功功A Ak k。根据材料的不同，可以通过调整落锤重量、冲击高度和根据材料的不同，可以通过调整落锤重量、冲击高度和根据材料的不同，可以通过调整落锤重量、冲击高度和根据材料的不同，可以通过调整落锤重量、冲击高度和冲击速度，测试不同材料的冲击韧度。冲击速度，测试不同材料的冲击韧度。冲击速度，测试不同材料的冲击韧度。冲击速度，测试不同材料的冲击韧度。3 3）常用冲击试样）常用冲击试样）常用冲击试样）常用冲击试样 所用试样如图所示，几所用试样如图所示，几所用试样如图所示，几所用试样
20、如图所示，几种不同试样的区别在于种不同试样的区别在于种不同试样的区别在于种不同试样的区别在于缺口的形状不同。缺口的形状不同。缺口的形状不同。缺口的形状不同。同种材料，试样的缺口同种材料，试样的缺口同种材料，试样的缺口同种材料，试样的缺口越深，越尖锐，塑性变越深，越尖锐，塑性变越深，越尖锐，塑性变越深，越尖锐，塑性变形的体积越小，冲击功形的体积越小，冲击功形的体积越小，冲击功形的体积越小，冲击功越小，材料就越脆。因越小，材料就越脆。因越小，材料就越脆。因越小，材料就越脆。因此，此，此，此，不同类型和尺寸试不同类型和尺寸试样的冲击值不能相互比样的冲击值不能相互比较。较。三、示波冲击试验三、示波冲击
21、试验1、传统冲击实验的缺陷、传统冲击实验的缺陷1 1）测出的冲击性能单一。）测出的冲击性能单一。）测出的冲击性能单一。）测出的冲击性能单一。只能测冲击功，而且所测的冲击功缺乏明确只能测冲击功，而且所测的冲击功缺乏明确只能测冲击功，而且所测的冲击功缺乏明确只能测冲击功，而且所测的冲击功缺乏明确的物理意义，的物理意义，的物理意义，的物理意义，不能作为表征金属结构件实际抵抗不能作为表征金属结构件实际抵抗不能作为表征金属结构件实际抵抗不能作为表征金属结构件实际抵抗冲击载荷能力的韧性判据，只能相对近似地表征冲击载荷能力的韧性判据，只能相对近似地表征冲击载荷能力的韧性判据，只能相对近似地表征冲击载荷能力的
22、韧性判据，只能相对近似地表征金属抵抗己发生断裂的再扩展能力。金属抵抗己发生断裂的再扩展能力。金属抵抗己发生断裂的再扩展能力。金属抵抗己发生断裂的再扩展能力。2 2）冲击功不能代表试样断裂前的吸收总功。）冲击功不能代表试样断裂前的吸收总功。）冲击功不能代表试样断裂前的吸收总功。）冲击功不能代表试样断裂前的吸收总功。因为冲断试样消耗的总功可以分为两个部分：因为冲断试样消耗的总功可以分为两个部分：因为冲断试样消耗的总功可以分为两个部分：因为冲断试样消耗的总功可以分为两个部分：其一，消耗在试样的变形及断裂：其一，消耗在试样的变形及断裂：其一，消耗在试样的变形及断裂：其一，消耗在试样的变形及断裂：其二，
23、消耗在试样的抛出功、机座本身的震动、轴的摩擦等。其二，消耗在试样的抛出功、机座本身的震动、轴的摩擦等。其二，消耗在试样的抛出功、机座本身的震动、轴的摩擦等。其二，消耗在试样的抛出功、机座本身的震动、轴的摩擦等。因此，冲击功为：因此，冲击功为：因此，冲击功为：因此，冲击功为：A Ak k试样断裂吸收的能量试样断裂吸收的能量试样断裂吸收的能量试样断裂吸收的能量+试样抛出功十机座震动十轴摩擦试样抛出功十机座震动十轴摩擦试样抛出功十机座震动十轴摩擦试样抛出功十机座震动十轴摩擦 一般情况下，由于后面几项很小，可近似地认为一般情况下，由于后面几项很小，可近似地认为一般情况下，由于后面几项很小，可近似地认为
24、一般情况下，由于后面几项很小，可近似地认为 等于试样断裂所吸等于试样断裂所吸等于试样断裂所吸等于试样断裂所吸收的能量。收的能量。收的能量。收的能量。但是对于很脆的材料，必须注意不能用大能量摆锤进行试验。因为公但是对于很脆的材料，必须注意不能用大能量摆锤进行试验。因为公但是对于很脆的材料，必须注意不能用大能量摆锤进行试验。因为公但是对于很脆的材料，必须注意不能用大能量摆锤进行试验。因为公式中第一项很小，而后几项相对增大，因此会出现较大的测量误差。式中第一项很小，而后几项相对增大，因此会出现较大的测量误差。式中第一项很小，而后几项相对增大，因此会出现较大的测量误差。式中第一项很小，而后几项相对增大
25、，因此会出现较大的测量误差。3 3）不能充分反映材料的韧脆差别）不能充分反映材料的韧脆差别）不能充分反映材料的韧脆差别）不能充分反映材料的韧脆差别 如右图所示，三种材料的冲击功相如右图所示，三种材料的冲击功相如右图所示，三种材料的冲击功相如右图所示，三种材料的冲击功相同，但三种材料具有本质型差别：同，但三种材料具有本质型差别：同，但三种材料具有本质型差别：同，但三种材料具有本质型差别：材料材料材料材料1 1：典型脆性材料：典型脆性材料：典型脆性材料：典型脆性材料 材料材料材料材料2 2：具有一定的韧性，为半脆：具有一定的韧性，为半脆：具有一定的韧性，为半脆：具有一定的韧性，为半脆性材料性材料性
26、材料性材料 材料材料材料材料3 3：韧性材料：韧性材料：韧性材料：韧性材料2 2、示波冲击试验、示波冲击试验、示波冲击试验、示波冲击试验功是物体在力作用下沿力的作用方向产生的位移功是物体在力作用下沿力的作用方向产生的位移功是物体在力作用下沿力的作用方向产生的位移功是物体在力作用下沿力的作用方向产生的位移与力的乘积。那么冲击力一位移曲线下的面积就与力的乘积。那么冲击力一位移曲线下的面积就与力的乘积。那么冲击力一位移曲线下的面积就与力的乘积。那么冲击力一位移曲线下的面积就等于冲断试样所消耗的冲击功。等于冲断试样所消耗的冲击功。等于冲断试样所消耗的冲击功。等于冲断试样所消耗的冲击功。2020世纪世纪
27、世纪世纪60706070年代就企图利用示波冲击机测定冲年代就企图利用示波冲击机测定冲年代就企图利用示波冲击机测定冲年代就企图利用示波冲击机测定冲击力一位移曲线分解冲击功，从根本上解决冲击击力一位移曲线分解冲击功，从根本上解决冲击击力一位移曲线分解冲击功，从根本上解决冲击击力一位移曲线分解冲击功，从根本上解决冲击功物理意义不明确的问题。目前示波冲击技术已功物理意义不明确的问题。目前示波冲击技术已功物理意义不明确的问题。目前示波冲击技术已功物理意义不明确的问题。目前示波冲击技术已经基本成熟。经基本成熟。经基本成熟。经基本成熟。1 1）示波冲击试验的典型曲线和特征值）示波冲击试验的典型曲线和特征值）
28、示波冲击试验的典型曲线和特征值）示波冲击试验的典型曲线和特征值 （1 1）特征曲线：）特征曲线：）特征曲线：）特征曲线：冲击力冲击力冲击力冲击力时间曲线时间曲线时间曲线时间曲线 冲击能量冲击能量冲击能量冲击能量时间曲线时间曲线时间曲线时间曲线 冲击力冲击力冲击力冲击力位移曲线位移曲线位移曲线位移曲线 冲击能量冲击能量冲击能量冲击能量位移曲线位移曲线位移曲线位移曲线 冲击曲线类型：冲击曲线类型：冲击曲线类型：冲击曲线类型：A A、B B 型：型：型：型：A A型：在最大力前不存在屈服力，只产生不稳定裂纹扩展；型：在最大力前不存在屈服力，只产生不稳定裂纹扩展；型：在最大力前不存在屈服力，只产生不稳
29、定裂纹扩展；型：在最大力前不存在屈服力，只产生不稳定裂纹扩展；B B型：有少量稳定扩展。型：有少量稳定扩展。型：有少量稳定扩展。型：有少量稳定扩展。C C、D D、E E 型：型：型：型：在最大力之前存在塑性变在最大力之前存在塑性变在最大力之前存在塑性变在最大力之前存在塑性变形，其后有裂纹稳定扩展和形，其后有裂纹稳定扩展和形，其后有裂纹稳定扩展和形，其后有裂纹稳定扩展和不稳定扩展。不稳定扩展。不稳定扩展。不稳定扩展。根据裂纹稳定扩展和不稳定根据裂纹稳定扩展和不稳定根据裂纹稳定扩展和不稳定根据裂纹稳定扩展和不稳定扩展所占比例不同分为扩展所占比例不同分为扩展所占比例不同分为扩展所占比例不同分为C
30、C、D D、E E 型：型：型：型：。F型：在最大力之前存在塑性变形，其后只产生稳定扩展.（2 2）力学特征值：）力学特征值：）力学特征值：）力学特征值：a a：屈服力：屈服力：屈服力：屈服力F Fy y：力力力力位移曲线上第二个峰急剧上升位移曲线上第二个峰急剧上升位移曲线上第二个峰急剧上升位移曲线上第二个峰急剧上升 部分与拟合曲线的交点所对应的力。部分与拟合曲线的交点所对应的力。部分与拟合曲线的交点所对应的力。部分与拟合曲线的交点所对应的力。b b：最大力：最大力：最大力：最大力F Fmm：穿过振荡曲线的拟合曲线上最大力穿过振荡曲线的拟合曲线上最大力穿过振荡曲线的拟合曲线上最大力穿过振荡曲线
31、的拟合曲线上最大力。c c：不稳定裂纹扩展起始力（不稳定裂纹扩展起始力（不稳定裂纹扩展起始力（不稳定裂纹扩展起始力（启裂力）启裂力）启裂力）启裂力）F Fiuiu：拟合曲线与最大力之后拟合曲线与最大力之后拟合曲线与最大力之后拟合曲线与最大力之后曲线急剧下降开始时的交点所对应的力。如果该点与最大力重合，曲线急剧下降开始时的交点所对应的力。如果该点与最大力重合，曲线急剧下降开始时的交点所对应的力。如果该点与最大力重合，曲线急剧下降开始时的交点所对应的力。如果该点与最大力重合，则则则则F Fiuiu=F=Fmm d d：不稳定裂纹扩展终止力（：不稳定裂纹扩展终止力（：不稳定裂纹扩展终止力（：不稳定裂
32、纹扩展终止力（止裂力）止裂力）止裂力）止裂力）F Fa a：力力力力位移曲线下降终止位移曲线下降终止位移曲线下降终止位移曲线下降终止时与其后的力时与其后的力时与其后的力时与其后的力位移拟合曲线的交点所对应的力位移拟合曲线的交点所对应的力位移拟合曲线的交点所对应的力位移拟合曲线的交点所对应的力(3)(3)位移特征值位移特征值位移特征值位移特征值屈服位移屈服位移屈服位移屈服位移S Sy y最大载荷位移最大载荷位移最大载荷位移最大载荷位移S Smm启裂对应位移启裂对应位移启裂对应位移启裂对应位移S Sidid止裂力对应位移止裂力对应位移止裂力对应位移止裂力对应位移S Sa a总位移总位移总位移总位移
33、S St t(4)(4)能量特征值能量特征值能量特征值能量特征值 最大力时的能量最大力时的能量最大力时的能量最大力时的能量WWmm ：力力力力位移曲线下位移曲线下位移曲线下位移曲线下,从从从从S S=0=0 到到到到S S=S S mm 的面积的面积的面积的面积;不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量WWiuiu:力力力力位移曲线下位移曲线下位移曲线下位移曲线下,从从从从S S=0=0 到到到到S S=S S idid的面积的面积的面积的面积;不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量WWa a:力
34、力力力位移曲线下位移曲线下位移曲线下位移曲线下,从从从从S S=0=0 到到到到S S=S S a a 的面积的面积的面积的面积;总冲击能量总冲击能量总冲击能量总冲击能量WWt t:力力力力位移曲线下位移曲线下位移曲线下位移曲线下,从从从从S S=0=0到到到到S S=S S t t 的面积。的面积。的面积。的面积。2 2）材料的冲击能量特征值的应用）材料的冲击能量特征值的应用）材料的冲击能量特征值的应用）材料的冲击能量特征值的应用（1 1）影响材料韧脆性的三个内在能量指标）影响材料韧脆性的三个内在能量指标）影响材料韧脆性的三个内在能量指标）影响材料韧脆性的三个内在能量指标 材料的韧脆性与材料
35、的裂纹萌生功、扩展功以及吸收的总能量材料的韧脆性与材料的裂纹萌生功、扩展功以及吸收的总能量材料的韧脆性与材料的裂纹萌生功、扩展功以及吸收的总能量材料的韧脆性与材料的裂纹萌生功、扩展功以及吸收的总能量有关有关有关有关:裂纹萌生功裂纹萌生功裂纹萌生功裂纹萌生功WWi i ：裂纹形成功裂纹形成功裂纹形成功裂纹形成功WWi i 反映了裂纹形成的难易和快慢反映了裂纹形成的难易和快慢反映了裂纹形成的难易和快慢反映了裂纹形成的难易和快慢,它取决于材质的原子间结合力和材质的滑移系的多少。它取决于材质的原子间结合力和材质的滑移系的多少。它取决于材质的原子间结合力和材质的滑移系的多少。它取决于材质的原子间结合力和
36、材质的滑移系的多少。尽管冲击速度很快尽管冲击速度很快尽管冲击速度很快尽管冲击速度很快,使塑性变形不均匀使塑性变形不均匀使塑性变形不均匀使塑性变形不均匀,由于某些金属的滑移系、由于某些金属的滑移系、由于某些金属的滑移系、由于某些金属的滑移系、滑移面原子密度和滑移方向原子数目较多时滑移面原子密度和滑移方向原子数目较多时滑移面原子密度和滑移方向原子数目较多时滑移面原子密度和滑移方向原子数目较多时,但塑性变形仍然会但塑性变形仍然会但塑性变形仍然会但塑性变形仍然会产生。塑性变形从一处转移到另一处会使变形增加产生。塑性变形从一处转移到另一处会使变形增加产生。塑性变形从一处转移到另一处会使变形增加产生。塑性
37、变形从一处转移到另一处会使变形增加,同时产生形同时产生形同时产生形同时产生形变硬化变硬化变硬化变硬化,使冲击力增强使冲击力增强使冲击力增强使冲击力增强,因而导致冲击裂纹形成功增加。因而导致冲击裂纹形成功增加。因而导致冲击裂纹形成功增加。因而导致冲击裂纹形成功增加。从安全可靠角度分析从安全可靠角度分析从安全可靠角度分析从安全可靠角度分析,希望裂纹形成功大一些希望裂纹形成功大一些希望裂纹形成功大一些希望裂纹形成功大一些,使形成裂纹之前消使形成裂纹之前消使形成裂纹之前消使形成裂纹之前消耗能量增加耗能量增加耗能量增加耗能量增加,因此增加了构件的安全性。因此增加了构件的安全性。因此增加了构件的安全性。因
38、此增加了构件的安全性。裂纹扩展功裂纹扩展功裂纹扩展功裂纹扩展功WWp p ：裂纹扩展同裂纹形成一样需要时间。裂纹扩展同裂纹形成一样需要时间。裂纹扩展同裂纹形成一样需要时间。裂纹扩展同裂纹形成一样需要时间。裂纹扩展功裂纹扩展功裂纹扩展功裂纹扩展功WWp p 反映了具有裂纹的试样在冲击力的作用下反映了具有裂纹的试样在冲击力的作用下反映了具有裂纹的试样在冲击力的作用下反映了具有裂纹的试样在冲击力的作用下裂纹扩展的快慢，表征了阻止裂纹扩展的能力。裂纹扩展的快慢，表征了阻止裂纹扩展的能力。裂纹扩展的快慢，表征了阻止裂纹扩展的能力。裂纹扩展的快慢，表征了阻止裂纹扩展的能力。裂纹稳定扩展功大裂纹稳定扩展功大
39、裂纹稳定扩展功大裂纹稳定扩展功大,说明裂纹扩展比较慢说明裂纹扩展比较慢说明裂纹扩展比较慢说明裂纹扩展比较慢,说明材料的韧性说明材料的韧性说明材料的韧性说明材料的韧性越好。越好。越好。越好。冲击韧性的大小冲击韧性的大小冲击韧性的大小冲击韧性的大小,主要取决于裂纹的扩展功主要取决于裂纹的扩展功主要取决于裂纹的扩展功主要取决于裂纹的扩展功,尤其是裂纹稳尤其是裂纹稳尤其是裂纹稳尤其是裂纹稳定扩展功。定扩展功。定扩展功。定扩展功。因而在分析冲击试验结果时因而在分析冲击试验结果时因而在分析冲击试验结果时因而在分析冲击试验结果时,把裂纹扩展功的大小看得很把裂纹扩展功的大小看得很把裂纹扩展功的大小看得很把裂纹
40、扩展功的大小看得很重要。重要。重要。重要。总冲击能量总冲击能量Wt：在一些特殊条件下服役在一些特殊条件下服役的机件的机件(如炮弹如炮弹,装甲板装甲板)均承受大能量冲击均承受大能量冲击,这时总冲击能量这时总冲击能量Wt 值就是一个很重要的性值就是一个很重要的性能指标。能指标。对于一些承受大能量冲击的机件对于一些承受大能量冲击的机件,Wt 值也值也可以作为一个结构性能指标使用可以作为一个结构性能指标使用,以防止发以防止发生脆断。生脆断。(2)(2)各种能量指标的确定各种能量指标的确定各种能量指标的确定各种能量指标的确定 关于裂纹形成能量及裂纹扩展能量关于裂纹形成能量及裂纹扩展能量关于裂纹形成能量及
41、裂纹扩展能量关于裂纹形成能量及裂纹扩展能量,理论上认为裂纹在最大理论上认为裂纹在最大理论上认为裂纹在最大理论上认为裂纹在最大力时形成。当冲击力达到最大力时力时形成。当冲击力达到最大力时力时形成。当冲击力达到最大力时力时形成。当冲击力达到最大力时,裂纹在冲击试验缺口处裂纹在冲击试验缺口处裂纹在冲击试验缺口处裂纹在冲击试验缺口处形成形成形成形成,因此把冲击最大力作为裂纹形成的依据因此把冲击最大力作为裂纹形成的依据因此把冲击最大力作为裂纹形成的依据因此把冲击最大力作为裂纹形成的依据:最大力之前所消耗的能量称为裂纹形成能量最大力之前所消耗的能量称为裂纹形成能量最大力之前所消耗的能量称为裂纹形成能量最大
42、力之前所消耗的能量称为裂纹形成能量裂纹萌生裂纹萌生裂纹萌生裂纹萌生功功功功WWi i:力力力力位移曲线下位移曲线下位移曲线下位移曲线下,从从从从S S=0=0 到到到到S S=S S mm的面积的面积的面积的面积,即即即即WWi i WWmm;最大力之后所消耗的能量称为裂纹扩展能量最大力之后所消耗的能量称为裂纹扩展能量最大力之后所消耗的能量称为裂纹扩展能量最大力之后所消耗的能量称为裂纹扩展能量裂纹扩展裂纹扩展裂纹扩展裂纹扩展功功功功WWp p：力力力力位移曲线下位移曲线下位移曲线下位移曲线下,从从从从S S=S S mm 到到到到S S=S S t t 的面积的面积的面积的面积,即即即即WWp
43、 p=WWt t-WWi i。为了便于分析为了便于分析为了便于分析为了便于分析,将力将力将力将力位移曲位移曲位移曲位移曲线下的面积线下的面积线下的面积线下的面积,以力特征值为界以力特征值为界以力特征值为界以力特征值为界分为分为分为分为5 5 个部分个部分个部分个部分,称为基本能量单称为基本能量单称为基本能量单称为基本能量单元元元元:（1 1）WWe e:弹性变形功弹性变形功弹性变形功弹性变形功（2 2）WWd d：弹塑性变形功：弹塑性变形功：弹塑性变形功：弹塑性变形功（3 3）WWPlPl裂纹稳态扩展功裂纹稳态扩展功裂纹稳态扩展功裂纹稳态扩展功（4 4）WWP3P3裂纹撕裂能量裂纹撕裂能量裂纹
44、撕裂能量裂纹撕裂能量（5 5）WWP2P2裂纹剩余扩展功裂纹剩余扩展功裂纹剩余扩展功裂纹剩余扩展功标准中给出的能量由上述标准中给出的能量由上述标准中给出的能量由上述标准中给出的能量由上述5 5 个部分组成个部分组成个部分组成个部分组成:裂纹萌生功裂纹萌生功裂纹萌生功裂纹萌生功 WWi i WWi i=WWmm=W=We e+W+Wd d 不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量不稳定裂纹扩展起始能量WWiuiu WWiu iu=WWe e+WWd d+WWp1p1=WWi i+WWp1p1 不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩展终止能量不稳定裂纹扩
45、展终止能量WWa a WWa a=WWe e+WWd d+WWp1p1+WWp3p3=WWi i+WWp1p1+WWp3p3 裂纹扩展功裂纹扩展功裂纹扩展功裂纹扩展功WWp p：WWp p=稳态扩展功（稳态扩展功（稳态扩展功（稳态扩展功（WWp1p1）+失稳扩展功（失稳扩展功（失稳扩展功（失稳扩展功（WWp2p2+WWp3p3）总冲击能量总冲击能量总冲击能量总冲击能量WWt t ：WWt t=WWe e+WWd d+WWp1p1+WWp2p2+WWp3p3=WWi i+WWp p（3 3）能量特征值的应用实例）能量特征值的应用实例）能量特征值的应用实例）能量特征值的应用实例 对于不同材料，其冲
46、击功对于不同材料，其冲击功对于不同材料，其冲击功对于不同材料，其冲击功WWt t可能可能可能可能相等，但是它们的弹性变形功相等，但是它们的弹性变形功相等，但是它们的弹性变形功相等，但是它们的弹性变形功WWe e、塑性变形功塑性变形功塑性变形功塑性变形功WWd d及裂纹扩展功及裂纹扩展功及裂纹扩展功及裂纹扩展功WWp p所占的比例相差可能很大，从而所占的比例相差可能很大，从而所占的比例相差可能很大，从而所占的比例相差可能很大，从而表现出它们之间的韧脆性不同。表现出它们之间的韧脆性不同。表现出它们之间的韧脆性不同。表现出它们之间的韧脆性不同。冲击力一位移曲线可以反映出它冲击力一位移曲线可以反映出它
47、冲击力一位移曲线可以反映出它冲击力一位移曲线可以反映出它们在冲击性能上的差异。们在冲击性能上的差异。们在冲击性能上的差异。们在冲击性能上的差异。材料材料材料材料1 1：弹性功所占的比例很大，塑性弹性功所占的比例很大，塑性弹性功所占的比例很大，塑性弹性功所占的比例很大，塑性变形功很小，裂纹扩展功几乎变形功很小，裂纹扩展功几乎变形功很小，裂纹扩展功几乎变形功很小，裂纹扩展功几乎为零。为零。为零。为零。说明材料断裂前塑性变形很小，说明材料断裂前塑性变形很小，说明材料断裂前塑性变形很小，说明材料断裂前塑性变形很小，裂纹一旦形成，就立即扩展直裂纹一旦形成，就立即扩展直裂纹一旦形成，就立即扩展直裂纹一旦形
48、成，就立即扩展直至断裂，显示出至断裂，显示出至断裂，显示出至断裂，显示出材料的脆性。材料的脆性。材料的脆性。材料的脆性。材料材料材料材料2 2：弹性变形功比前者小，塑弹性变形功比前者小，塑弹性变形功比前者小，塑弹性变形功比前者小，塑性变形功增加，裂纹扩展功也有性变形功增加，裂纹扩展功也有性变形功增加，裂纹扩展功也有性变形功增加，裂纹扩展功也有一定的增加，当裂纹发展到一定一定的增加，当裂纹发展到一定一定的增加，当裂纹发展到一定一定的增加，当裂纹发展到一定尺寸时产生失稳扩展，表现出材尺寸时产生失稳扩展，表现出材尺寸时产生失稳扩展，表现出材尺寸时产生失稳扩展，表现出材料的半脆性性质。料的半脆性性质。
49、料的半脆性性质。料的半脆性性质。材料材料材料材料3 3：弹性变形功较小，塑性变弹性变形功较小，塑性变弹性变形功较小，塑性变弹性变形功较小，塑性变形功增加，裂纹产生后发生缓慢形功增加，裂纹产生后发生缓慢形功增加，裂纹产生后发生缓慢形功增加，裂纹产生后发生缓慢地扩展，直至断裂也不存在失稳，地扩展，直至断裂也不存在失稳，地扩展，直至断裂也不存在失稳，地扩展，直至断裂也不存在失稳，充分显示出材料具有很好的韧性充分显示出材料具有很好的韧性充分显示出材料具有很好的韧性充分显示出材料具有很好的韧性性质。性质。性质。性质。3)3)示波冲击试验的应用前景示波冲击试验的应用前景示波冲击试验的应用前景示波冲击试验的
50、应用前景（1 1）表面强化效应的研究。）表面强化效应的研究。）表面强化效应的研究。）表面强化效应的研究。由于冲击时试样缺口截面上受力是不均匀的，缺口处受拉应由于冲击时试样缺口截面上受力是不均匀的，缺口处受拉应由于冲击时试样缺口截面上受力是不均匀的，缺口处受拉应由于冲击时试样缺口截面上受力是不均匀的，缺口处受拉应力，缺口根部拉力最大。如果缺口表面状态有变化，例如喷力，缺口根部拉力最大。如果缺口表面状态有变化，例如喷力，缺口根部拉力最大。如果缺口表面状态有变化，例如喷力，缺口根部拉力最大。如果缺口表面状态有变化，例如喷丸、镀层、滚压或者渗碳等均会使表面强化并且产生压应力，丸、镀层、滚压或者渗碳等均