文档介绍：金属缺口试样的力学性能§1缺口效应一、缺口及缺口效应:缺口:    一般指试样或工件的截面急剧变化处;缺口效应:在缺口处由于缺口的存在,影响了应力的分布状态,使之:①应力状态变硬(由单向拉应力变为三向拉应力);②产生应力集中;促发裂纹的生成与扩展,不利于材料的塑变(位错运动),使材料在该处处于脆性状态(即使该材料为塑性材料),易于发生脆性断裂;此应力分布状态的改变,即缺口效应。 由此推广:①晶界、夹杂、组织不均匀处、粗大第二相、微裂纹及螺纹、尖角、倒角、台阶半径过小处,均有类似改变应力状态的效应;②ToC的下降或形变速率的增加也有不利塑变的作用,也可导致缺口效应。 二、缺口应力分布:圆柱型缺口试样,单向拉伸:1、在远离缺口处,仅有轴向应力σL,且其应力线分   布均匀;切向应力σt和法向应力σr 均为零;tr2、在缺口附近,轴向应力的应力线在缺口根部发生弯   曲,变成非均匀分布(于近根部处分布较密),形成   应力集中,并产生三向拉应力:轴向应力σL、法向应力σr、切向应力σt; 在缺口根部:σL分布不均匀,且由于缺口上下出现无应力区,将阻止缺口附近截面的正常收缩,因而出现了σr、σt,其分布见上图左半部,图的右半部为应力状态柔性系数α的分布曲线(α<) 而应力分布的不均匀程度可用应力分配系数K表示。K     σmax   其值大小,取决于缺口根部半径(可由设计手册查得)           σ均如:薄板:σt=0,为平面应力状态:σ=(σ1,σ2,0)厚板:εt =0;为平面应变状态:ε=(ε1,ε2,0),      实际上是三向拉应力状态:σ= [σ1,σ2,μ(σ1+σ2)]ε3 =[σμ(σ1+σ2)] /E=0==>σ3 =μ(σ1+σ2) 综上分析所述,缺口:1)引起应力集中(或分布不均匀):包括轴向应力σL,法向应力σr和切向应力σt;2)引起三向拉应力;         此即为缺口效应之二个方面的表现三、塑性状态下缺口的应力分布:由于应力分布不均匀,在拉伸过程中屈服时的塑性变形将不会在材料内部同时均匀进行,是由缺口根部先局部进行并逐渐过度到材料内部 τmax=(σ1-σ3)/2= (σL-σr)/2   表面τmax仍为最大;当τmax>τs=σs/2,即σL-σr>σs (表面σr=0)时,材料发生屈服并使表面的应力发生松驰,σL应力峰值向内移动; 由于τmax=(σL-σr)/2,而在表面σr=0,并在一定深度σr达到最大值,即开始时σr是增加的,故σL也须增加才能使屈服和塑性变形继续向内移,即需提高P。但提高P也会使得σr增加,且塑性变形时变形量远较弹性变形的变形量大,为维持整体的连续变形,σr须增加较多。也必然使σL的峰值大大增加。随着外力P的继续增加,屈服也由表及里地进行着,σL分布则出现最大值,并且该最大值随着应力的增加而也由表及里地移动着,并标志着屈服区与纯弹性变形区的分界,并最终可能使得缺口试样总的σs(记为σsN)大幅提高并超过光滑位伸试样的σs,且σb也可有同样现象出现:即:σsN>σs;σbN>σb;又叫“缺口强化”,此即为缺口效应的第三种表现 Note:“缺口强化”仅出现于塑性材料;对于脆性材料,其σs(τs)接近于σb(τb),即当σmax(τmax)>σs(τs)后,缺口根部仅产生了少量的塑性变形即因其σmax达到σb而断裂,使σs(τs)尚未能大幅增加时就发生早期脆断,其σbN<σb    故而:qe (或NSR) = σbN/σb表示了材料的缺口敏感度:    一般:qe>1称该材料对缺口不敏感;qe≤1则称该材料对缺口敏感    对qe的测试试验叫缺口试验。§2缺口试验一、缺口拉伸:一般仅测σbN值,并与σb比较;不测σsN一般如qe>1 (σbN>σN),就叫材料对缺口不敏感;反之为敏感。但缺口试样的断面收缩率ψKN肯定低于ψK,但ψKN不易测量,也不常使用     缺口试样偏斜拉伸试验:采用更硬的应力状态来对材料对缺口的敏感性进行测试:一般采用在试样拉伸夹头上放置一偏斜垫圈(倾角为0o、4o、8o三种)的方式也只测σbN值和计算qe 值。 二、缺口静弯曲试验由于弯曲试验不能用于塑性较好的材料,故常用缺口试样以增加其局部应力集中,使及其应力状态系数变硬,其塑性仍以扰度来表示;除σbbN外还可测量其三个能量吸收区:Ⅰ区:弹性区Ⅱ区:弹塑性变形区Ⅲ区:断裂区(裂纹扩展区)其面积分别表示所吸收的能量为:UⅠ弹性功;UⅡ塑性功;UⅢ裂纹扩展功其中,UⅡ、UⅢ表示了材料的抗塑变能力及对裂纹扩展的抗力,以及缺口对抗力的影响。§3缺口试样在冲击载荷下的力学性能一、冲击载荷由于外力作用持续时间短,其应力状态不易准确及时测量(有示波冲击试验机可作,但也不稳定,数据波动大,分散性大,