剪切计算及常用材料强度
工程力学剪切强度计算公式
工程力学剪切强度计算公式工程力学是研究物体在外力作用下的运动和静止状态的学科，是工程学的基础课程之一。
在工程力学中，剪切强度是一个重要的参数，它用来描述材料抵抗剪切力的能力。
剪切强度的计算公式是工程力学中的重要内容之一，下面我们将介绍剪切强度的计算公式及其应用。
剪切强度是材料抵抗剪切应力的能力。
在材料科学中，剪切强度通常用τ表示，单位为帕斯卡（Pa）。
剪切强度的计算公式可以根据不同的材料和结构形式而有所不同，下面我们将介绍几种常见的剪切强度计算公式。
1. 金属材料的剪切强度计算公式。
对于金属材料来说，剪切强度的计算公式可以通过材料的抗拉强度和材料的屈服强度来计算。
一般来说，金属材料的抗拉强度和屈服强度之间存在一定的关系，可以通过材料的拉伸试验来确定。
假设材料的抗拉强度为σ，屈服强度为σy，则金属材料的剪切强度τ可以通过以下公式来计算：τ = 0.5 σ。
这个公式是根据材料的本构关系和材料的力学性能来确定的，可以通过实验来验证和修正。
2. 混凝土材料的剪切强度计算公式。
对于混凝土材料来说，剪切强度的计算公式可以通过混凝土的抗压强度来计算。
混凝土的抗压强度是通过混凝土的压缩试验来确定的，一般来说，混凝土的抗压强度和剪切强度之间存在一定的关系。
假设混凝土的抗压强度为f_c，则混凝土材料的剪切强度τ可以通过以下公式来计算：τ = 0.2 f_c。
这个公式是根据混凝土的本构关系和混凝土的力学性能来确定的，可以通过实验来验证和修正。
3. 塑料材料的剪切强度计算公式。
对于塑料材料来说，剪切强度的计算公式可以通过材料的抗拉强度和材料的屈服强度来计算。
一般来说，塑料材料的抗拉强度和屈服强度之间存在一定的关系，可以通过材料的拉伸试验来确定。
假设材料的抗拉强度为σ，屈服强度为σy，则塑料材料的剪切强度τ可以通过以下公式来计算：τ = 0.4 σ。
这个公式是根据塑料材料的本构关系和塑料材料的力学性能来确定的，可以通过实验来验证和修正。
剪切计算及常用材料强度
剪切计算及常用材料强度剪切计算是在工程设计和结构分析中经常使用的一种计算方法，用于确定材料在受受力时可能发生的剪切破坏。
在这篇文章中，我们将介绍剪切计算的基本原理和常用的材料强度。
剪切计算的基本原理是根据达西定律，即切线剪切应力与切线剪切应变成正比的关系。
剪切应力是指作用在材料上的力在剪切面上的分布情况，剪切应变是指材料在受到剪切力作用时发生的形变。
剪切计算可以通过计算剪切应力和材料强度的比较来确定材料的剪切破坏情况。
常用的材料强度包括屈服强度、抗拉强度和抗剪强度。
屈服强度是指材料在受到一定应力作用时发生塑性变形的临界值。
抗拉强度是指材料在受到拉伸力作用时抵抗破坏的能力。
抗剪强度是指材料在受到剪切力作用时抵抗破坏的能力。
剪切计算中常用的材料强度包括剪切屈服强度和剪切抗拉强度。
剪切屈服强度是指材料在受到剪切力作用时发生塑性变形的临界值，在剪切计算中经常使用。
剪切抗拉强度是指材料在受到剪切力作用时抵抗破坏的能力，在剪切计算中也经常使用。
剪切计算的具体步骤如下：1.确定受力区域：首先需要确定材料中受力的区域，即产生剪切力的区域。
2.计算剪切应力：根据受力区域的几何形状和受力的大小，可以计算得到剪切应力的值。
3.比较剪切应力和材料强度：将计算得到的剪切应力与材料的剪切屈服强度或剪切抗拉强度进行比较，以确定材料是否会发生剪切破坏。
剪切计算是工程设计和结构分析中的重要环节，可以帮助工程师确定材料的使用范围和优化结构设计。
在进行剪切计算时，需要根据具体的材料特性和受力情况选择合适的材料强度指标，并结合实际工程要求进行分析和评估。
常用的材料强度取决于材料的种类和制造工艺，不同类型的材料具有不同的强度特性。
一般来说，金属材料具有较高的抗拉强度和抗剪强度，而非金属材料一般具有较低的强度。
在选择材料和进行剪切计算时，需要对具体材料的特性有一定的了解，以便进行准确的计算和分析。
总之，剪切计算是一种常用的工程计算方法，用于确定材料在受到剪切力作用时可能发生的破坏情况。
剪切强度极限计算公式
剪切强度极限计算公式
剪切强度极限计算公式有多种，以下是一些常见的公式：
1. 在材料的屈服点以下，剪切强度可以用材料的抗拉强度来估算：
τ=×σ其中，τ为剪切强度，σ为材料的抗拉强度。
2. 在材料的屈服点以上，剪切强度可以用材料的屈服强度来估算：
τ=k×σy其中，k是一个常数，需要根据具体情况确定，σy为材料的屈服强度。
3. 另一种通用的剪切强度计算公式是：
剪切强度=剪切力/剪切面积
这些公式在工程设计和材料力学分析中广泛应用，但具体使用时需要根据实际情况和材料的特性选择合适的公式进行计算。
同时，剪切强度的大小还受到温度、湿度、加载速度等因素的影响。
剪切强度标准
剪切强度标准
一、剪切强度国家标准概述
剪切强度是材料力学性质中的一个重要参数，是指材料在剪切力作用下抵抗破坏的能力。
我国在工业领域中对于剪切强度有着严格的国家标准，每一种材料对于剪切强度的规定都有相应的标准要求。
这些标准要求可以保证产品在使用过程中不容易发生破坏，也可以让制造商在生产中有一个特定的标准进行参考。
二、常用材料的剪切强度标准
1. 金属材料的剪切强度标准
金属材料是工业领域中使用最广泛的材料之一。
其剪切强度标准有：GB/T 6396-2018《金属单向剪切试验方法》、GB/T 16826-2008《钢板冲裁性能试验方法》、GB/T 2975-2018《金属材料拉伸试验方法》等。
2. 非金属材料的剪切强度标准
非金属材料是包括塑料、橡胶、纤维材料等在内的广泛材料范畴。
其剪切强度标准有：GB/T 1040.2-2006《塑料拉伸性能试验第2部分：试验条件》、GB/T 528-2009《橡胶硬度试验基本规则》、GB/T 4802.1-2008《塑料挤出板材工艺试验方法第1部分：在室温下进行的机械性能试验》等。
三、常见实验方法的剪切强度测试标准
1. 直剪法
直剪法是剪切强度测试中最常见的一种实验方法，其国家标准为：GB/T 16825-2008《材料拉伸、压缩和剪切试验用夹具设计原则》。
2. V剪切法
V剪切法可用于测试金属和非金属材料的剪切强度，其国家标准为：GB/T 6868-2011《金属与非金属材料V剪切性能试验方法》。
3. T型剪切法
T型剪切法是用于测试金属材料的常见实验方法之一，其国家标准为：GB/T 23652-2009《钣金件T型剪切强度性能试验方法》。
(整理)剪切计算公式.
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。
[]sF 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。
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dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以0.034 3.4d m cm ≥===(2) 钢板的剪切面是直径为d 高为t 的柱表面。
剪切强度(mpa)
剪切强度的概念、计算方法和应用剪切强度是一个工程学名词，用来描述物质在承受剪切力时的抗破坏能力。
剪切力是两个平行且方向相反的力，当用剪刀剪纸张时，纸张就是因为剪切力而剪开。
不同的材料有不同的剪切强度，这决定了它们在结构设计和制造中的适用性和安全性。
本文将从以下几个方面介绍剪切强度的概念、计算方法和应用：一、剪切强度的定义根据不同的测试方法和条件，剪切强度有不同的定义。
一般来说，剪切强度可以分为以下几种：单轴剪切强度：指在单轴加载下，单位粘接面所能承受的最大剪切力。
其单位通常用兆帕（MPa）表示。
例如，粘接强度是指粘接件破坏时的单轴剪切强度。
双轴剪切强度：指在双轴加载下，单位粘接面所能承受的最大剪切力。
其单位也用兆帕（MPa）表示。
例如，钢筋混凝土梁中的肋筋可以增加梁的双轴剪切强度。
极限剪切强度：指材料在承受剪切力时出现降伏或结构失效时的最大剪切应力。
其单位也用兆帕（MPa）表示。
极限剪切强度与材料的抗拉强度和降伏强度有一定的关系，具体见下表。
材料极限抗拉强度（UTS）极限剪切强度（USS）抗拉降伏强度（TYS）剪切降伏强度（SYS）钢UTS0.75*UTS TYS0.58*TYS球墨铸铁UTS0.9*UTS TYS0.75*TYS展性铸铁UTS UTS--锻铁UTS0.83*UTS--铸铁UTS 1.3*UTS--铝和铝合金UTS0.65*UTS TYS0.55*TYS二、剪切强度的计算方法要计算材料或结构件的剪切强度，需要知道以下几个参数：失效力：指导致材料或结构件破坏的外力大小。
例如，用剪刀剪纸张时，失效力就是剪刀对纸张施加的力。
抵抗面积：指承受失效力的截面积。
例如，用剪刀剪纸张时，抵抗面积就是纸张被剪开的边缘长度乘以纸张的厚度。
剪切应力：指单位抵抗面积上的剪切力。
其计算公式为：τ=F A其中，τ是剪切应力，F是失效力，A是抵抗面积。
剪切应变：指单位长度上的剪切位移。
其计算公式为：γ=Δx L其中，γ是剪切应变，Δx是剪切位移，L是原始长度。
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。
[]sF 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。
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dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以3max 644400100.034 3.4[]40010F d m cmπσπ⨯⨯≥===⨯⨯(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。
剪切计算常用材料强度
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。
[]sF 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 FF =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。
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dmax max2=[]4F F d Aσσπ=≤所以0.034 3.4d m cm ≥===(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。
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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
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
------=extPart_01C9B6CD.
第二节冲压常用材料的化学成分和力学性能
一、黑色金属
1.深拉深用冷轧钢板发化学成分和力学性能
1）深拉深钢板的化学成分深拉深用冷轧钢板主要有08Al、08F、08、及10、15、20钢。
其化学成分如表8—44所示。
表8—44 深拉深冷轧薄钢板的化学成分（GB/T5213—1985和GB/T710—1991）
钢化学成分（质量分数 %）
（2）影响钢板冲压性能的主要因素化学成分、金属组织、力学性能和表面质量等均影响冲压性能
在上述钢号中用量最大的是08钢，并有沸腾钢与镇静钢之分，沸腾钢08F价廉，表面质量好，但偏析比较严重，且有“应变时效”倾向，对于冲压性能要求高，外观要求严格的零件不适合。
08Al镇静钢板价格较高，但性能均匀，“应变时效”倾向小，适用于汽车、拖拉机覆盖件的拉深。
1）08钢中主要元素对冲压性能的影响（表8—45）
表8—45 主要元素对08钢冲压性能的影响
2）深拉深冷轧薄板铁素体晶粒度的标准（表8—46）表8—46 深拉深冷轧薄钢板铁素体晶粒级别
1)铝镇静钢08Al按其拉深质量分为三级：ZF—拉深最
复杂零件；HF—拉深很复杂零件；F—拉深复杂零件
2)其他深冲薄钢板（包括热轧板）按冲压性能分级为：
Z—最伸拉深件；S—深拉深件；P—普通拉深件
3)深拉深冷轧薄钢板的力学性能（表8—47）
表8—47 深拉深冷轧薄钢板的力学性能（GB/T5213—1985和GB/T710—1991）
4)深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（表8—48）表8—48 深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度
（GB/T5213—1985和GB/T710—1991）
2.常用材料的力学性能
（1）黑色金属材料的力学性能（表8—49）表8—49 黑色金属材料的力学性能
（2）钢在加热时的抗剪强度（表8—50）
表8—50 钢在加热状态的抗剪强度（单位：MPa）
(3) 普通碳素钢冷弯实验指标（8-51）
表8—51 普通碳素钢冷弯试验指标（GB700—1988）
牌号试样
方向
冷弯试验B=2a180°
备注钢材厚度或直径/mm
≤
60
>60～
100
>100～200
弯心直径d
Q19 5纵0
——
各牌号A级钢的冷弯试
验，在需方有要求时才进
行
冷弯试验合格时，抗拉强
度上限可以不作交货条件横
Q21 5纵2a 横a2a
Q23 5纵a2a
横3a
Q25
5
2a3a
Q27
5
3a4a
注：B—试样宽度二、有色金属
有色金属的力学性能（表8—52）
表8—52 有色金属的力学性能
镁合金MB1
冷态
120～
140
170～
190
3～512040000 MB8
150～
180
230～
240
14～1522041000 MB1预热
300℃
30～5030～5050～52—40000 MB850～7050～7058～62—41000
银———180503081000
可伐合金Ni29Co18—
400～
500500～
600
———
康铜软—
400～
600
———硬—650———
钨—
已退火—7200700312000
未退火—14911～4800380000钼—
已退火20～30140020～25385280000
未退火32～3416002～5595300000
三、非金属
（1）非金属材料的极限抗剪强度（表8—53）
表8—53 非金属材料的极限抗剪强度（单位：MPa）
（2）非金属材料加热时的抗剪强度（表8—54）表8—54 非金属材料加热时的抗剪强度
注：表列抗剪强度用于普通凸模冲裁时的计算值。
=600000/（*260*5）＜*235
=600000/4082 ＜141MPa =146MPa 大于了许用剪切力，不合理。