4合材料界面结合的研究1[1].界面剪切强度

涂层界面结合力的滑移线场的计算与分析

涂层界面结合力的滑移线场的计算与分析 张焕周里群刘亚 （湘潭大学机械工程学院，湘潭411105） The calculation and analysis by slip-line field for interfacial adhesion of electrodeposited nickel coating ZHANG Huan ，ZHOU Li-qun ，LIU Ya （Mechanical Engineering School of Xiangtan University ，Xiangtan 411105，China ） 文章编号：1001-3997（2009）10-0027-03 【摘 要】涂层-基体界面结合强度的好坏是评价涂层质量的关键指标，是保证涂层-基体满足力学、 物理和化学等性能的基本前提。在所有测试方法中，划痕法是最成熟和应用最广的方法之一。通过李和谢费的滑移线场理论，建立了涂层-基体界面结合力的理论计算方法，计算出（0.01~0.09）mm 厚电沉积镍涂层的界面结合力，其数值为（5.4～48.6）N/mm ，并运用有限元软件对该涂层的划痕过程进行了仿真，两者结果比较发现该解析解和有限元数值解有较好的一致性，他们之间的界面结合力计算误差在5%以内。并且在有限元仿真过程中能够直观体现刮刀在行进过程中涂层-基体界面所发生的应力、 应变情况。关键词：结合强度；界面结合力；滑移线场；有限元 【Abstract 】The interfacial adhesion and bond strength between the coating and substrate is often the key parameter in determining the quality of coatings ，and is the basic precondition in guarantee the perfor －mance of mechanics 、physics and chemistry.Scratch test is one of the most widely applied methods in all tests.In this text ，the theoretical calculation method of the interfacial adhesion has been developed through the theory of Lee and Shaffer ’s slip-line field and the interfacial adhesion of nickel coating whose thick － ness is from 0.01mm to 0.09mm has been calculated ，and the results are from 5.4N/mm to 48.6N/mm ，and the courses of scratch test have been stimulated by finite element https://www.360docs.net/doc/a16294772.html,pared the analytic results with the numerical results ，we found that they were almost consistent and their errors were less than 5%.Further － more ，the stress and strain of the interface between the coating and substrate could be presented all in the process of simulation. Key words ：Bond strength ；Interfacial adhesion ；Slip-line field ；Finite element 中图分类号：TH12，TP274文献标识码：A ＊来稿日期：2008-12-01 随着涂层技术的广泛应用，人们对涂层应用的可靠性和使用 寿命提出越来越高的要求，而涂层与基体的结合性能在很大程度上决定了涂层应用的可靠性和使用寿命，是得以发挥薄膜涂层作用的基本条件，也是涂层制造过程中普遍关心的问题，涂层与基体的结合强度是影响涂层质量的首要指标。 测量涂层-基体界面结合强度的试验方法很多，有划痕法、压痕法、弯曲法、冲击法、拉伸法及断裂力学法等。在所有实用的涂层-基体界面结合强度检验方法中，尤其是硬质涂层-基体界面结合强度的检验方法中，仅划痕检验法得到广泛的应用。 借用划痕法的力学模型，如图1所示。并采用冯爱新切向力法来确定临界切向载荷L C 。从图1中，很容易看出，只要把作用在刮刀上向下的压力改为对刮刀在垂直方向的约束，其图1可以等同于的刀具切削模型，如图2所示。而临界切向力L C 也就等同于主切削力F Z 的确定，其中图1和图2的α、 β分别表示刀具的前角和后角。此模型的改变有助于按照切削的原理和方法求解主切削力F Z 即临界切向载荷L C ，而不改变原来临界切向载荷L C 的值。并借助 有限元软件ANSYS 对这一切削过程进行动态仿真与模拟。 图1Xie 的划痕法示意图 图2刀具切削示意图1主切削力的计算 1.1切削过程滑移线场模型和速矢图的建立 采用前刀面为均布压力及库伦摩擦时的滑移线场。 Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造 第10期 2009年10月 27

直接剪切试验报告

实验五 直接剪切试验 实验人： 学号： 一、概述 直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，简称直剪试验，是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p 下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角?和粘聚力c 。 二、仪器设备 1、直剪仪。采用应变控制式直接剪切仪，如图所示，由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计以及位移量测系统等组成。加压设备采用杠杆传动。 2、测力计。采用应变圈，量表为百分表。 3、环刀。内径6.18cm ，高2.0cm 。 4、其他。切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、凡士林等。 三、操作步骤 1、将试样表面削平，用环刀切取试件，测密度，每组试验至少取四个试样，各级垂直荷载的大小根据工程实际和土的软硬程度而定，一般可按100kPa ，200kPa ，300kPa ，400kPa （即1.0 kg/cm 2，2.0 kg/cm 2，3.0 kg/cm 2，4.0 kg/cm 2）施加。 2、检查下盒底下两滑槽内钢珠是否分布均匀，在上下盒接触面上涂抹少许润滑油，对准剪切盒的上下盒，插入固定销钉，在下盒内顺次放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。 图7-1 应变控制式直剪仪 1—轮轴；2—底座；3—透水石；4—测微表；5—活塞； 6—上盒；7—土样；8—测微表；9—量力环；10—下盒

3、将盛有试样的环刀平口朝下，刀口朝上，在试样面放湿润滤纸一张及透水石一块，对准剪切盒的上盒，然后将试样通过透水石徐徐压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压板及加压框架。 4、在量力环的安装水平测微表，装好后应检查测微表是否装反，表脚是否灵活和水平，然后按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒两端的钢珠恰好与量力环按触（即量力环中测微表指针被触动）。 5、顺次小心地加上传压板、钢珠，加压框架和相应质量的砝码（避免撞击和摇动）。 6、施加垂直压力后应立即拔去固定销（此项工作切勿忘记）。开动秒表，同时以每分钟4~12转的均匀速度转动手轮（学生可用6转/分），转动过程不应中途停顿或时快时慢，使试样在3~5分钟内剪破，手轮每转一圈应测记测微表读数一次，直至量力环中的测微表指针不再前进或有后退，即说明试样已经剪破，如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值和终值，则试验应进行至剪切变形达到4mm（手轮转20转）为止。 7、剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去砝码，加压框架，传压板等，取出试样，测定剪切面附近土的剪后含水率。 8、另装试样，重复以上步骤，测定其它三种垂直荷载（200kPa，300kPa，400kPa）下的抗剪强度。 四、成果整理 1、按式（7-1）计算抗剪强度： τ（7-1） = CR 式中R—量力环中测微表最大读数，或位移4mm时的读数。精确至0.01mm。 C—量力环校正系数，（N/mm2/0.01mm）。 2、按式（7-2）计算剪切位移： L- ?2.0（7-2） = R n 式中0.2 —手轮每转一周，剪切盒位移0.2mm； n—手轮转数。 3、制图 ?（1）以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力τ与剪切位移L 的关系曲线，如试验图7-2所示。取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。 （2）以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线（图7-3），直线的倾角为土的内摩擦角?，直线在纵坐标上的截距为土

剪切力地计算方法-剪力强度公式

第3章 剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力，根据平衡方程∑=0Y ，可求得F F Q =。 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部力，而只是给出了主要的受力和力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q =

剪切强度-指材料承受剪切力的能力,代号σc,指外力与材料轴线垂直

剪切强度-指材料承受剪切力的能力，代号σc，指外力与材料轴线垂直 剪切强度-指材料承受剪切力的能力，代号σc，指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时的强度极限；以平方毫米为单位，在这个面积里所受到的单位压力称为剪切强度。 学术术语来源-- 饰瓷温度烧结对氧化锆陶瓷与树脂黏结剂剪切强度的影响 文章亮点： 1 氧化锆陶瓷表面微裂纹的增加能够增加黏结表面积，提高氧化锆陶瓷与树脂黏结剂间的黏结强度。通过打磨、喷砂、抛光和热处理可使牙科氧化锆陶瓷材料表明产生微裂纹，多次烧结是热处理较为常见的方式，但多次反复烧结是否会对氧化锆陶瓷黏结剪切强度产生影响尚缺少相关研究。因此实验采用剪切强度测试方法评价多次饰瓷温度烧结对氧化锆陶瓷与树脂黏结剂间黏结强度的影响，探讨适合口腔氧化锆陶瓷黏结的处理方法。 2 实验在不降低氧化锆陶瓷机械性能的前提下，通过热处理方式增加氧化锆陶瓷的烧结次数，提高黏结强度。但实验受限于口腔生理环境与牙体组织结构的复杂性，未能完全模拟口腔环境条件完成黏结性能测试。 关键词： 生物材料；组织工程口腔材料；饰瓷温度；氧化锆陶瓷；树脂黏结剂；黏结剪切强度；烧结；裂纹 主题词： 生物相容性材料；牙瓷料；树脂粘固剂；抗剪切强度 摘要 背景：研究已证实硅烷偶联剂和喷砂等表面处理方式，以及增加氧化锆陶瓷表面的微裂纹可提高氧化锆陶瓷与树脂黏结剂间的黏结强度，但有关多次反复烧结是否会对氧化锆陶瓷黏结剪切强度产生影响尚缺少相关研究。 目的：测试饰瓷温度烧结对牙科氧化锆陶瓷与树脂黏结剂黏结剪切强度的影响。 方法：从40片氧化锆瓷片随机选择20片，分成 5组，按照常规烧结程序分别烧结0(对照组)，2，4，6，8次，热处理起始温度为500 ℃，最终温度1 000 ℃，升温速率55 ℃/min，抽真空时间7 min。每次烧结最终温度恒定不变。将各组分别用树脂黏结剂与剩余未烧结的陶瓷片对位黏结，用万能材料试验机测黏结界面的剪切强度；使用扫描电镜观察剪切后的试件断面形貌。 结果与结论：烧结4，6，8次组试件剪切强度高于对照组(P < 0.05)；烧结2次组试件剪切强度稍高于对照组，但差异无显著性意义(P > 0.05)；烧结8次组试件剪切强度高于烧结4，6次组(P < 0.05)。未烧结氧化锆陶瓷表面未见裂纹；经过2次烧结后表面可见细微裂纹；经过4次烧结后表面可见裂纹增多；经过6次烧结后表面已经开始有明显变化，裂纹增多并伴有细微空隙产生，少量黏结剂残留；经过8次烧结后表面可见裂纹与空隙明显增多并有黏结剂残留。表明经过4，6，8次烧结后的氧化锆陶瓷对树脂黏结剂有较好的黏结剪切强度，烧结8次后的黏结剪切强度最强。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

抗剪强度得试验方法

第三节抗剪强度得试验方法 一、直接剪切试验 适用范围：室内测定土的抗剪强度，是最常用和最简便的方法 仪器：直剪仪 直剪仪分类：分应变控制式和应力控制式两种 应变控制式直剪仪的试验方法简介：通过杠杆对土样施加垂直压力p后，由推动座匀速推进对下盒施加剪应力，使试样沿上下盒水平接触面产生剪切变形，直至剪破。通常取四个试样，分别在不同σ下进行剪切，求得相应的τf。绘制τf -σ曲线。 【讨论】直剪试验为何要取四个原状土样？ 破坏强度τf的判定： 较密实的粘土及密砂土的τ-△l曲线具有明显峰值，如图中曲线1，其峰值即为破坏强度τf；对软粘土和松砂，其τ-△l曲线常不出现峰值，如图中曲线2，此时可按以剪切位移相对稳定值b点的剪应力作为抗剪强度τf。 按排水条件分： 快剪（不排水剪） 固结快剪（固结不排水剪） 慢剪（排水剪） 1、快剪（不排水剪） 这种试验方法要求在剪切过程中土的含水量不变，因此，无论加垂直压力或水平剪力，都必须迅速进行，不让孔隙水排出。 适用范围：加荷速率快，排水条件差，如斜坡的稳定性、厚度很大的饱和粘土地基等。

2、固结快剪（固结不排水剪） 试样在垂直压力下排水固结稳定后，迅速施加水平剪力，以保持土样的含水量在剪切前后基本不变。 试用范围：一般建筑物地基的稳定性，施工期间具有一定的固结作用。 3、慢剪（排水剪） 土样的上、下两面均为透水石，以利排水，土样在垂直压力作用下，待充分排水固结达稳定后，再缓慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固结，直至土样破坏。 适用范围：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，如透水性较好的低塑性土以及再软弱饱和土层上的高填方分层控制填筑等等。 直剪仪特点：构造简单，试样的制备和安装方便，且操作容易掌握，至今仍被工程单 位广泛采用，。 【讨论】直剪仪的不足： ①剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面不符合实际情况，也即剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面； ②试验中不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压力的变化； ③由于上下盒的错动，剪切面上的剪应力分布不均匀，而且受剪切面面积愈来愈小。 ④试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。 ***以下为试验过程 1、取样要求：用环刀取，环刀面积不小于30cm 2，环刀高度不小于2cm ，同一土样至少切取4个试样。 2、试验方法 （1）快剪（q ）：试样在垂直压力施加后立即进行快速剪切，试验全过程都不许有排水现象产生。 （2）固结快剪（cq ）：试样在垂直压力下经过一定程度的排水固结后，再进行快速剪切。 （3）慢剪（s ）：试样在垂直压力排水固结后慢慢的进行剪切，剪切过程中孔隙水可自由排出。 试验结果：一般情况下，快剪所得的?值最小，慢剪所得的?值最大，固结快剪居中。 3、指标计算 直接剪切试验的结果用总应力法按库仑公式?στtg c f +=，计算抗剪强度指标。

土的剪切试验和强度指标

工程常识之 土的剪切试验和强度指标 1、直接剪切试验 在直剪仪中分别施加不同竖向压力，然后分别对施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ，根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角ψ和黏聚力c。 试验方法分三种： （1）快剪Q（Quick shear）：在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变（试样两端敷以隔水纸），即在试验过程中孔隙水压力保持不变（3~5min内剪坏）。 对透水性强的土（渗透系数大于10-6cm/s）不适用。 （2）固结快剪CQ（Consolidation Quick shear）：在垂直压力下土样完全排水固结稳定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切过程中不允许排水（规定在3~5min内剪坏）。 得到的强度指标适用于总应力法。 （3）慢剪S（Slow shear）：在加垂直荷重后，使其充分排水（试样两端敷以滤纸），在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。 得到的强度指标适用于有效应力法。 上述三种试验方法的受力条件不同，所得抗剪强度值也不同。因此，必须根据土所处的实际应力情况来选择试验方法。 2、三轴剪切试验 在三轴仪中，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力）下，施加轴向压力（即产生主应力差-），进行剪切直至破坏，然后根据摩尔-库伦理论确定土的抗剪强度参数：内摩擦角ψ和黏聚力c。 试验方法分三种： （1）不固结不排水剪UU（Unconsolidation Undrained）：试样在施加周围压力和随后施加轴向压力力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散，可以测得总应力抗剪强度指标c u，φu。 （2）固结不排水剪CU（Consolidation Undrained）：试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中测定土体的孔隙水

剪切计算及常用材料强度

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 []s F A ττ= ≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料： 对脆性材料： (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。

例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa，直径d=20mm。 ＝12mm。牵引力F=15kN。试校核销钉的剪切挂钩及被连接板件的厚度分别为t＝8mm和t 1 强度。 图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出：销钉横截面上的剪应力为： 故销钉满足剪切强度要求。 例5-2如图5-13所示冲床，F max=400KN，冲头[σ]=400MPa，冲剪钢板的极限剪应力τ =360 MPa。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。 b 图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图 解：(1) 按冲头压缩强度计算d 所以 (2) 按钢板剪切强度计算t 钢板的剪切面是直径为d高为t的柱表面。 所以 例5-3 如图5-14所示螺钉受轴向拉力F作用，已知[τ]=[σ]，求其d：h的合理比值。 图5-14 螺钉受轴向拉力示意图

剪切应力计算

拉伸、压缩与剪切 1 基本概念及知识要点 1.1 基本概念 轴力、拉（压）应力、力学性能、强度失效、拉压变形、胡克定律、应变、变形能、静不定问题、剪切、挤压。 以上概念是进行轴向拉压及剪切变形分析的基础，应准确掌握和理解这些基本概念。 1.2 轴向拉压的内力、应力及变形 1．横截面上的内力：由截面法求得横截面上内力的合力沿杆的轴线方向，故定义为轴力 F N ，符号规定：拉力为正，压力为负。工程上常以轴力图表示杆件轴 力沿杆长的变化。 2．轴力在横截面上均匀分布，引起了正应力，其值为 F A σ= N 正应力的符号规定：拉应力为正，压应力为负。常用的单位为MPa 、Pa 。 3．强度条件 强度计算是材料力学研究的主要问题之一。轴向拉压时，构件的强度条件是 []F A σσ= ≤N 可解决三个方面的工程问题，即强度校核、设计截面尺寸及确定许用载荷。 4．胡克定律 线弹性范围内，杆的变形量与杆截面上的轴力F N 、杆的长度l 成正比，与截面尺寸A 成反比；或描述为线弹性范围内，应力应变成正比，即 F l l E E A σε?= =N 式中的E 称为材料的弹性模量，EA 称为抗拉压刚度。胡克定律揭示在比例极限内，应力和应变成正比，是材料力学最基本的定律之一，一定要熟练掌握。 1.3 材料在拉压时的力学性能 材料的力学性能的研究是解决强度和刚度问题的一个重要方面。材料力学性能的研究一般是通过实验方法实现的，其中拉压试验是最主要、最基本的一种试验，由它所测定的材料性能指标有： E —材料抵抗弹性变形能力的指标；b s σσ,—材料的强度指标； ψδ, —材料的塑性指标。低碳钢的拉伸试验是一个典型的试验。

剪切计算及常用材料强度..

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 []s F A ττ= ≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料： 对脆性材料： (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。 例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。牵引力F=15kN 。试校核销钉的剪切强度。 图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 销钉横截面上的剪应力为： 故销钉满足剪切强度要求。 例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。 图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图 解：(1) 按冲头压缩强度计算d 所以 (2) 按钢板剪切强度计算t 钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。 所以 例5-3 如图5-14所示螺钉受轴向拉力F 作用，已知[τ]=0.6[σ]，求其d ：h 的合理比值。 图5-14 螺钉受轴向拉力示意图 解：螺杆承受的拉应力小于等于许用应力值：

剪切计算和常用材料强度复习过程

剪切计算和常用材料 强度

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力 A (5-6) 这里[T ]为许用剪应力，单价为Pa或MPa 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷T。，再除以安全系数n,得许用剪应力[T ]。 []- n(5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[T ]与材料的许用拉应力[(7 ]之间，存在如下关系：对塑性材料： []0钟0.8[] 对脆性材料： []0?8屮.0[] (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。 例5-1图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[T ] = 30MPa直径d=20mm挂钩及被连接板件的厚度分别为t = 8mm和t i= 12mm牵引力F=15kN。试校核销钉的剪切强度。 所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出: F s 销钉横截面上的剪应力为: MPa试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度 F s A 15 103 2 J2。103)2 23.9MPa<[] 故销钉满足剪切强度要求。例 5-2如图5-13所示冲床, F ma=400KN冲头[7 ]=400MPa冲剪钢板的极限剪应力T b=360 图5-12电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m和n-n两个面向左错动。

剪切计算及常用材料强度

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 []s F A ττ= ≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料： []0.60.8[]τσ= 对脆性材料： []0.8 1.0[]τσ= (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。 例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。牵引力F=15kN 。试校核销钉的剪切强度。 图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 2s F F = 销钉横截面上的剪应力为： 332151023.9MPa<[] 2(2010)4s F A ττπ-?===?? 故销钉满足剪切强度要求。 例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。

胶黏剂拉伸剪切强度测试标准

胶黏剂拉伸剪切强度的测定方法 一实验原理 试样为单搭接结构，在试样的搭接面上施加纵向拉伸剪切力，测定试样能承受的最大负荷。搭接面上的平均剪应力为胶粘剂的金属对金属搭接的拉伸剪切强度，单位为MPa 二实验装置及试样 1）试验机。使用的试验机应使试样的破坏负荷在满标负荷的（15~85）%之间。试验机的力值示值误差不应大于1 %试验机应配备一副自动调心的试样夹持器，使力线与试样中心线保持一致。 试验机应保证试样夹持器的移动速度在（5 ± 1） mm/min内保持稳定。 2）量具。测量试样搭接面长度和宽度的量具精度不低于0.05 mm。 3）夹具。胶接试样的夹具应能保证胶接的试样符合要求。在保证金属片不破坏的情况下，试样与试样夹持器也可用销、孔连接的方法。但不能用于仲裁试验。 4）试样标准试样的搭接长度是（土）mm金属片的厚度是土mm,试样的搭接长度或金属片的厚度不同对试验结果会有影响。 5）建议使用LY12-CZ铝合金、1Cr18Ni9Ti不锈钢、45碳钢、T2铜等金属材料。 6）常规试验，试样数量不应少于5个。仲裁试验试样数量不应少于10个。 对于高强度胶粘剂，测试时如出现金属材料屈服或破坏的情况，则可适当增加金属片厚度或减少搭接长度。两者中选择前者较好。 测试时金属片所受的应力不要超过其屈服强度 d s,金属片的厚度S可按式（11-12 ）计算： 3=（L ? T）/ d S（11- 12 ） 式中：3――金属片厚度； L ――试样搭接长度； T——胶粘剂拉伸剪切强度； d S――金属材料屈服强度（MPa。

三、试样制备 1）试样可用不带槽或带槽的平板制备，也可单片制备。 2）胶接用的金属片表面应平整，不应有弯曲、翘曲、歪斜等变形。金属片应无毛刺，边缘保持直角。 3）胶接时，金属片的表面处理、胶粘剂的配比、涂胶量、涂胶次数、晾置时间等胶接工艺以及胶粘剂的固化温度、压力、时间等均按胶粘剂的使用要求进行。 4 ）制备试样都应使用夹具，以保证试样正确地搭接和精确地定位。 5）切割已胶接的平板时，要防止试样过热，应尽量避免损伤胶接缝。 四、试验条件 试样的停放时间和试验环境应符合下列要求： 1）试样制备后到试验的最短时间为16 h，最长时间为30 d。 2）试验应在温度为（23± 2）C、相对湿度为（45~55）%的环境中进行。 3）对仅有温度要求的测试，测试前试样在试验温度下停放时间不应少于h ;对有温度、湿度要求的测试，测试前试样在试验温度下停放时间一般不应少于16 h。 五、实验步骤 1）用量具测量试样搭接面的长度和宽度，精确到0.05 mm。 2）把试样对称地夹在上下夹持器中，夹持处到搭接端的距离为（50 ± 1）mm 3）开动试验机，在（5 ± 1） mm/min内，以稳定速度加载。记录试样剪切破坏的最大负荷，记录胶接破坏的类型（内聚破坏、粘附破坏、金属破坏）。 六、试验结果 对金属搭接的胶粘剂拉伸剪切强度T按式（11-13 ）计算，单位为MPa> T = F / （b ? l ）（11- 13） 式中：F――试样剪切破坏的最大负荷；

土力学直剪试验(完整报告-含实验数据、强度图)

直接剪切实验 一、实验目的 直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角φ和粘聚力c。 二、实验原理： 土的破坏都是剪切破坏，土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。土体的一部分对于另一部分移动时，便认为该点发生了剪切破坏。无粘性土的抗剪强度与法向应力成正比；粘性土的抗剪强度除和法向应力有关外，还决定于土的粘聚力。土的摩擦角φ、粘聚力c是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的指标。 三、实验设备： 1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、水平力推力座、量力 环等组成。 2.其它辅助设备：百分表、天平、环刀、秒表、饱和器、透水石、削土刀等。 四、实验步骤： 1.按要求的干密度，称出一个环刀体积所需的风干试样。本实验使用扰动 土试样。制备四份试样，在四种不同竖向压力下进行剪切试验。 2.取出剪切容器的加压盖及上部透水石，将上下盒对准，插入固定销。 3.将试样徐徐倒入剪切容器内，在试样面上依次放好透水石、加压盖、钢 珠和加力框架。 4.徐徐转动手轮至量力环上的百分表长针微微转动为止，将百分表的长针 =0。 调至零，即R 5.在试样面上施加第一级垂直压力P=100kpa。 6.拔去固定销，以8s/r的均匀速率转动手轮，使试样在3--5分钟内剪破。 剪破标准：（1）当百分表读数不变或明显后退，(2)百分表指针不后退时，以剪切位移为4mm对应的剪应力为抗剪强度，这时剪切至剪切位移达6mm 时才停止剪切。 7.卸除压力，取下加力框架、钢珠、加压盖等，倒出试样，刷净剪切盒。 8.重复2-7步骤，改变垂直压力，使分别为200、300、400kpa进行试验。 五、数据分析：

土力学直剪试验(完整报告-含实验数据、强度图)

土力学直剪试验(完整报告-含实验数据、强度图)

直接剪切实验 一、实验目的 直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角φ和粘聚力c。 二、实验原理： 土的破坏都是剪切破坏，土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。土体的一部分对于另一部分移动时，便认为该点发生了剪切破坏。无粘性土的抗剪强度与法向应力成正比；粘性土的抗剪强度除和法向应力有关外，还决定于土的粘聚力。土的摩擦角φ、粘聚力c是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的指标。 三、实验设备： 1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、水平力推力座、量 力环等组成。 2.其它辅助设备：百分表、天平、环刀、秒表、饱和器、透水石、削土刀等。 四、实验步骤： 1.按要求的干密度，称出一个环刀体积所需的风干试样。本实验 使用扰动土试样。制备四份试样，在四种不同竖向压力下进行剪切试 验。 2.取出剪切容器的加压盖及上部透水石，将上下盒对准，插入固 定销。 3.将试样徐徐倒入剪切容器内，在试样面上依次放好透水石、加 压盖、钢珠和加力框架。 4.徐徐转动手轮至量力环上的百分表长针微微转动为止，将百分 =0。 表的长针调至零，即R 5.在试样面上施加第一级垂直压力P=100kpa。 6.拔去固定销，以8s/r的均匀速率转动手轮，使试样在3--5分 钟内剪破。剪破标准：（1）当百分表读数不变或明显后退，(2)百分表 指针不后退时，以剪切位移为4mm对应的剪应力为抗剪强度，这时剪 切至剪切位移达6mm时才停止剪切。 7.卸除压力，取下加力框架、钢珠、加压盖等，倒出试样，刷净 剪切盒。

2020年剪切力的计算方法-剪力强度公式

作者：旧在几 作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 第3章剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面m-面)发生相对错动(图3-1b)。 (n 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m-假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力 F(图3-1c)的作用。Q F称为剪力， Q 根据平衡方程∑=0 F Q=。 Y，可求得F 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la所示的n m-面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。

3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积，则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。 当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力，记为b τ。对于上述剪切试验，剪切极限应力为

剪切计算及常用材料强度

剪切计算及常用材料强 度 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 [] s F A ττ=≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料： 对脆性材料： (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。 例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。牵引力F=15kN 。试校核销钉的剪切强度。 图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 销钉横截面上的剪应力为： 故销钉满足剪切强度要求。 例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。 图5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图 解：(1) 按冲头压缩强度计算d 所以 (2) 按钢板剪切强度计算t 钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。 所以 例5-3 如图5-14所示螺钉受轴向拉力F 作用，已知[τ]=[σ]，求其d ：h 的合理比值。 图5-14 螺钉受轴向拉力示意图 解：螺杆承受的拉应力小于等于许用应力值： 螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值： 当σ、τ同时分别达到[σ]、[τ]时．材料的利用最合理，既 所以可得

土力学剪切实验实验报告

土力学实验报告

直剪实验 一、实验目的 测量试样的抗剪强度指标：内摩擦角与粘聚力。 二、实验原理 利用应变控制式直剪仪，分别测出在不同荷载作用下，土体发生剪切所需要的切应力，将所得结果描点连线，所得直线即为试样的抗剪强度包线。抗剪强度包线的斜率与其与纵轴的截距即分别为内摩擦角的正切值与粘聚力。 三、仪器简介 应变控制式直剪仪，其中环刀，内径61.8mm，高20mm.。位移量测设备，百分表和传感器，百分表量程应为10mm，分度值0.01mm，传感器的精度应为零级。秒表。四、操作步骤 （1）试样制备. （2）对准剪切容器上下盒,插入固定销,在下盒内放透水石和滤纸,将带有试样的环刀刃向上,对准剪切盒口,在试样上放滤纸和透水石,将试样小心地推入剪切盒内. （3）移动转动装置,使上盒前端钢珠刚好与测力计接触,依次加上传压板,加压框架,安装垂直位移量测装置,测记初始读数. （4）利用1.275kg，2.55kg，3.825kg，5.1kg砝码，使垂直压力分别为100、200、

300、400kPa 。 （5）垂直压力施加后，拔出固定销，立即开动秒表，以0.8mm/min 的剪切速度进行。 （6）当测力计百分表读数不变或者后退时，记下破坏值。当剪切过程中测力计百分表读数无峰值时，则剪切至剪切位移达6mm 时停止。 （7）剪切结束，吸掉盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动压力框架，取出试样，测定试样含水率。 五、数据整理 （1） 按下式计算每一试样的抗剪强度 100 ??= A R c τ 式中：1、 τ--相应于某一垂直压力的抗剪强度(kPa) 2、C —试验温度下的量力环应力 系数（kPa/0.01mm ）3、R —剪切时量力环中百分表的最大读数（0.01mm ）4、A 0—试样的初始断面积（cm 2） （2） 作抗剪强度与垂直压力的关系图 以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线。 （3）快剪试验记录 （4）绘图 表一：快剪实验记录

剪切计算及常用材料强度

2、剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就就是使构件得实际剪应力不超过材料得许用剪应力。 ????(５—6）这里[τ］为许用剪应力,单价为Pa或ＭPa． 由于剪应力并非均匀分布，式(５—２）、(5-6）算出得只就是剪切面上得平均剪应力,所以在使用实验得方式建立强度条件时,应使试件受力尽可能地接近实际联接件得情况，以确定试样失效时得极限载荷τ０,再除以安全系数n,得许用剪应力［τ］。 ?????（5—７) 各种材料得剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说,材料得剪切许用应力[τ]与材料得许用拉应力［σ］之间，存在如下关系: 对塑性材料: 对脆性材料: (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题,这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切与双剪切。下面通过几个简单得例题来说明．例５—１图5—12（a）所示电瓶车挂钩中得销钉材料为２0号钢,[τ]=30ＭPa，直径ｄ=20mｍ。挂钩及被连接板件得厚度分别为t＝8mｍ与ｔ１=12mm。牵引力F＝15ｋＮ。试校核销钉得剪切强度. 图5－12电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解:销钉受力如图5-12（b）所示。根据受力情况,销钉中段相对于上、下两段沿m－m与ｎ—n两个面向左错动。所以有两个剪切面,就是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 销钉横截面上得剪应力为： 故销钉满足剪切强度要求. 例5—2如图5-13所示冲床，F mａx＝400ＫN，冲头［σ］=４00MＰa,冲剪钢板得极限剪应力τb=360 ＭＰａ。试设计冲头得最小直径及钢板最大厚度。 图5-１3冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图 解:（１）按冲头压缩强度计算d