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(lái)讀商科以后轉(zhuǎn)做項(xiàng)目管理好幾年了，對(duì)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(wèn)題不太清楚，想向各位大俠請(qǐng)教一下。

先說(shuō)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(xiàn)），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€(xiàn)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(lái)；大家如果用過(guò)綁扎線(xiàn)，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(wèn)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(jué)得沒(méi)這么簡(jiǎn)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(qǐng)大家?guī)兔Ψ治鲋刚幌拢海榱吮阌诶斫庀旅鎲?wèn)題的描述，大家可以參考如下的示意應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)）

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(wèn)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(lái)。所以我覺(jué)得這個(gè)不是強(qiáng)度的概念，這個(gè)看法是否正確?

2.
如果不是強(qiáng)度的范籌的話(huà)，那該用一個(gè)什么物理量來(lái)表征這個(gè)問(wèn)題呢？看起來(lái)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.
如果沒(méi)有一個(gè)物理量直接來(lái)衡量的話(huà)，我覺(jué)得是不是可以綜合強(qiáng)度及剪切模量來(lái)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(wú)意義的。該條是否正確？

4.
! o- H- A/ P( o# U如果上述第三條正確，那么剪切模量與強(qiáng)度會(huì)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(wèn)題在于后面兩條，無(wú)法定性分析最終結(jié)果是怎么樣的。

* u5 J6 y. J: ^2 r	剪切模量（a線(xiàn)的斜率）	強(qiáng)度（強(qiáng)度線(xiàn)的高低）	定性分析不會(huì)發(fā)生塑性變形的能力（a線(xiàn)與強(qiáng)度線(xiàn)的交點(diǎn)A向右偏離β線(xiàn)的距離，越遠(yuǎn)越不會(huì)發(fā)生塑性變形） 4 ?1 c' N1 U' M8 |0 r$ G* m
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那么請(qǐng)問(wèn)7和8會(huì)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(wèn)題，如果能定量分析的話(huà)還是可以算出最終結(jié)果的，但請(qǐng)問(wèn)一下強(qiáng)度的試驗(yàn)方法是什么？我們?cè)囼?yàn)室只能測(cè)它的斷裂強(qiáng)度，我查了很多書(shū)也只有介紹怎么測(cè)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(cè)試呢？

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djiazi

一、屈服強(qiáng)度（yield strength ）

又稱(chēng)為屈服極限 ，常用符號(hào)δs，是材料屈服的臨界應(yīng)力值。

　（1）對(duì)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(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，與應(yīng)力-應(yīng)變的直線(xiàn)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(píng)價(jià)指標(biāo)，是材料的實(shí)際使用極限。因?yàn)樵趹?yīng)力超過(guò)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(guò)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(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱(chēng)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(chēng)為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度(ReL或Rp0.2)。

　　有些鋼材(如高碳鋼)無(wú)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(chēng)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(xiāo)后可以恢復(fù)原來(lái)形狀）和塑性變形（外力撤銷(xiāo)后不能恢復(fù)原來(lái)形狀，形狀發(fā)生變化，伸長(zhǎng)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(kāi)始從彈性狀態(tài)非均勻的向彈-塑性狀態(tài)過(guò)渡，它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開(kāi)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(xiàn)上符合線(xiàn)性關(guān)系的最高應(yīng)力，國(guó)際上常采用σp表示，超過(guò)σp時(shí)即認(rèn)為材料開(kāi)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(guó)際上通常以Rel表示。應(yīng)力超過(guò)Rel時(shí)即認(rèn)為材料開(kāi)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(hào)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(lái)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(duì)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(shuō)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(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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)。