扭转变形1
《Vit1非晶合金的高压扭转变形及剪切带演化》范文
《Vit1非晶合金的高压扭转变形及剪切带演化》篇一一、引言非晶合金作为一种新型的金属材料，因其独特的结构和优异的物理性能，在工程领域中得到了广泛的应用。
Vit1非晶合金作为其中的一种典型代表，具有高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性和优异的软磁性能。
近年来，随着材料科学的发展，对Vit1非晶合金的力学行为和变形机制的研究成为了热点。
本文将重点探讨Vit1非晶合金在高压扭转变形过程中的剪切带演化行为。
二、Vit1非晶合金的介绍Vit1非晶合金是一种金属玻璃材料，其原子排列无序，没有晶体结构的周期性。
这种特殊的结构使得Vit1非晶合金具有优异的力学性能和物理性能。
然而，其变形机制与传统的晶体材料有所不同，特别是在高压扭转变形过程中，剪切带的形成和演化对其力学性能有着重要的影响。
三、高压扭转变形实验本实验采用高压扭转变形技术对Vit1非晶合金进行变形处理。
通过施加高压力和扭矩，使Vit1非晶合金发生塑性变形。
在变形过程中，通过原位观察和记录剪切带的形成和演化过程，为后续的剪切带演化研究提供实验依据。
四、剪切带的形成与演化在高压扭转变形过程中，Vit1非晶合金中出现了大量的剪切带。
这些剪切带在变形初期以细小的条纹形式出现，随着变形的进行，逐渐扩展、合并，形成更大的剪切带。
剪切带的形成与演化受到多种因素的影响，包括应力状态、温度、变形速率等。
通过对剪切带的观察和分析，可以揭示Vit1非晶合金的变形机制和力学行为。
五、剪切带对力学性能的影响剪切带在Vit1非晶合金的变形过程中起着重要的作用。
首先，剪切带的形成能够有效地释放局部应力集中，从而降低材料的应力状态。
其次，剪切带的扩展和合并能够使材料发生局部的塑性变形，提高材料的塑性和韧性。
此外，剪切带还能够影响材料的微观结构，从而影响其力学性能。
因此，研究剪切带的形成和演化对于理解Vit1非晶合金的力学行为具有重要意义。
六、剪切带演化的机制分析通过对Vit1非晶合金的高压扭转变形实验的观察和分析，我们发现剪切带的演化受到多种因素的影响。
材料力学-扭转1ppt课件
横截面上 —
max
T IP
max
IP
T
max
T WP
Ip—截面的极惯性矩，单位：m4 , mm 4
WP
Ip
max
WP —抗扭截面模量，单位：m3, mm3.
整个圆轴上——等直杆：
max
Tm a x WP
三、公式的使用条件： 1、等直的圆轴， 2、弹性范围内工作。
30
四、圆截面的极惯性矩 Ip 和抗扭截面系数Wp
d
dx
d / dx－扭转角变化率
二）物理关系：
弹性范围内 max P
G → G
G
d
dx
方向垂直于半径。
28
三）静力关系：
T A dA
T A dA
G d 2dA dx A
I p
2dA
A
Ip
横截面对形心的极惯性矩
T
GI p
d
dxp
29
二、圆轴中τmax的确定
结论：
横截面上 0, 0 0 0
根据对称性可知剪应力沿圆周均匀分布；
t D, 可认为剪应力沿壁厚均匀分布,
且方向垂直于其半径方向。
t
D
20
3、剪应力的计算公式：
T
AdA.r0
2 0
r0
2td
r02t2
d
T
2r0 2t
薄壁圆筒横截面上的剪应力计算式
21
二、关于剪应力的若干重要性质
例题： 1、一传动轴作200r／min的匀速转动，轴上装有五个轮子。 主动轮2输入的功率为60kW，从动轮1、3、4、5依次输出的 功率为18kW、12kW、22kW和8kW。试作出该轴的扭矩图。
扭转变形的生活例子
扭转变形的生活例子
扭转变形的例子：拧毛巾、拧衣物。
凡物体受到外力而发生形状变化谓之“形变”。
物体由于外因或内在缺陷，物质微粒的相对位置发生改变，也可引起形态的变化。
形变的种类有：
1、纵向形变：杆的两端受到压力或拉力时，长度发生改变；
例如：拉橡皮筋。
2、体积形变：物体体积大小的改变；
例如：吹气球。
3、切变：物体两相对的表面受到在表面内的（切向）力偶作用时，两表面发生相对位移，称为切变；
例如：放在桌子上切过的苹果。
4、扭转：一个圆柱状物体，两端各受方向相反的力矩作用而扭转，称扭转形变；
例如：拧毛巾
5、弯曲：两端固定的钢筋，因负荷而弯曲，称弯曲形变。
无论产生什么形变，都可归结为长变与切变。
工程力学-弯曲与扭转的组合变形
洛 阳 职 业 技 术 学 院
第五单元 组合变形的强度计算
模块二 弯曲与扭转的组合变形
洛 阳 职 业 技 术 学 院
一、弯曲与扭转的组合变 形简介
构件在工作时机受弯曲的作用也受扭转的作用，这 样的情况我们称为弯曲和扭转组合变形，简称弯扭组合 变形。
洛 阳 职 业 技 术 学 院
z F2
M M
F F1 F2
F1
2）内力分析
在xy平面上弯曲变形的内力---弯矩
FL 9 103 800 M zc 1.8 106 Nm m 4 4
y 400 400 x MZ
FAy
1.8kN· m
FBy
x
扭转变形的内力---扭矩
T M 0.6KNm 0.6 106 Nmm
D 2
T M
T M
XY平面上弯曲的外力及内力
M EZ
Fr L Fr 2a Fa 4 4 2
ZY平面上弯曲的外力及内力
B Z MY MEY
E
C
X
Ft
X
M EY Ft L Ft 2a Ft a 4 4 2
求E点合弯矩M
ME M
2 EZ
M
2 EY
Fr a 2 Ft a 2 ( ) ( ) 2 2
3）强度校核
求出圆轴的WZ
WZ
d3
32
Hale Waihona Puke 21205 .8m m3
由第三强度理论
M2 T2 （ 1.8 2 0.6 2 ） 10 6 89.5 MPa [ ] 120 MPa W 21205 .8
材料力学之四大基本变形
WZ
IZ ymax
一、变形几何关系
( y)d d y
d
d
y
z
y
dx
y
CL8TU3-2
bh3
bh2
I Z 12 , WZ 6
d4
I Z 64
d3
, WZ 32
IZ
(D4 d 4)
64
D4
64
(1 4 )
WZ
D3
32
(1 4 )
（1）求支座反力
M A 0, M 0 RBl 0 M B 0, RAl M 0 0
（2）列剪力方程和弯矩方程
RB
M0 l
RA
M0 l
AC段 :
Q1
RA
M0 l
M1
RA x
M0 l
x
(0 x a)
CB段 :
Q2
返回
例3-1: 传动轴如图所示，转速 n = 500转/分钟，主动轮B输入功率NB= 10KW，A、 C为从动轮，输出功率分别为 NA= 4KW ， NC= 6KW，试计算该轴的扭矩。
先计算外力偶矩
A
B
C x
mA
9550
NA n
9550 4 500
76.4Nm
mB
9550 NB n
9550 10 500
四大基本变形复习
1.轴向拉伸与压缩 2.剪切 3.扭转 4.弯曲
1.轴向拉压
受力特征：受一对等值、反向的纵向力，力的作用线与杆轴线 重合。 变形特征：沿轴线方向伸长或缩短，横截面沿轴线平行移动
《Vit1非晶合金的高压扭转变形及剪切带演化》范文
《Vit1非晶合金的高压扭转变形及剪切带演化》篇一一、引言非晶合金，又称金属玻璃，因其在力学、物理和化学等多方面的独特性质，近年来受到广泛的关注。
Vit1非晶合金作为其中的一种，其高压扭转变形行为及剪切带演化过程是材料科学领域的重要研究方向。
本文旨在探讨Vit1非晶合金在高压扭转变形过程中的变形机制及剪切带的形成与演化规律。
二、Vit1非晶合金的基本性质Vit1非晶合金是一种具有优异力学性能的金属玻璃，其原子排列无序，无晶体结构的晶界和位错等缺陷。
因此，Vit1非晶合金具有高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性和优异的软磁性能。
这些特性使得Vit1非晶合金在众多领域具有广泛的应用前景。
三、高压扭转变形实验方法本文采用高压扭转变形实验方法，对Vit1非晶合金进行变形研究。
实验中，通过施加高压和扭矩，使Vit1非晶合金发生塑性变形。
通过改变施加的压力和扭矩的大小及方向，可以模拟不同工况下Vit1非晶合金的变形行为。
四、高压扭转变形过程中的变形机制在高压扭转变形过程中，Vit1非晶合金的变形机制主要为剪切带的形成与演化。
当施加的外力超过Vit1非晶合金的屈服强度时，材料内部开始出现剪切带。
剪切带在材料内部扩展，形成剪切带网络，导致材料发生塑性变形。
五、剪切带的形成与演化规律在高压扭转变形过程中，剪切带的形成与演化受到多种因素的影响。
首先，剪切带的形成与材料的内部结构密切相关。
Vit1非晶合金的原子排列无序，使得剪切带易于在材料内部形成。
其次，施加的压力和扭矩的大小及方向对剪切带的形成与演化具有重要影响。
当施加的压力和扭矩较大时，剪切带更容易形成，且扩展速度更快。
此外，温度也是影响剪切带形成与演化的重要因素。
在高温下，剪切带的形成与演化更为明显。
六、剪切带演化对材料性能的影响剪切带的形成与演化对Vit1非晶合金的性能具有重要影响。
一方面，剪切带的形成与扩展可以提高材料的塑性变形能力，从而提高材料的韧性。
另一方面，过度的剪切带扩展可能导致材料发生局部破坏，降低材料的整体性能。
扭转变形相对扭转角
69.3103m69.3mm
d1
B d2
C
M e1
M e2
M e3
458N0m
764N0m
按刚度条件
d 24G 3 π T 2 2 1 []8 40 8 3 0 1 2 49 0 5 π 1 2 8 1 8 0 7 0 6 1 3 0 m 7m 6 m
t0, d ( A d cA ) o c o s( d s sA ) i s n i 0 n
sin2 co2s
s2 i n ; c2 o s
分析：
1) max,min:
450 , max ;
45°
解：1)圆截面 circular
d
a
c max
16T
d 3a
2)矩形截面 square
m s a x T a30.2T0a83,
s
Tl
Ga4
0.1T4la14.
3)、两者的比值：d 2 a2, a d .
4
2
m m cs aa x x 16 0.20a38(
d 1 4G 3 π T 2 2 1 []8 40 8 3 1 0 2 79 0 6 π 1 2 4 1 8 0 80 .4 6 1 3 0 m 8.4 m 6 m
d1 86.4mm
4.直径d2的选取
按强度条件
A
d2
3
16T
π[]
3
164580 π70106
例 已知：MA = 180 N.m， MB = 320 N.m， MC = 140 N.m，
Ip= 3105 mm4，l = 2 m，G = 80 GPa，[] = 0.5 ()/m 。 AC=? 校核轴的刚度
扭转的变形特点
扭转的变形特点
扭转是一种物体在应力作用下发生的变形。
它具有以下特点：
1. 扭转变形是围绕物体的轴线进行的旋转变形，相对于其他形式的变形（如拉伸、压缩等），扭转变形是围绕一个中心轴线进行的。
2. 扭转变形产生的应力和应变分布不均匀，最大的应力出现在物体的表面附近，随着距离表面的增加而逐渐减小。
3. 扭转变形会引起物体的截面形状发生改变，原本圆形的截面可能会变成椭圆形或者其他形状。
4. 扭转变形会导致物体长度的变化，但总长度保持不变。
例如，在扭转过程中，物体的一部分可能会延长，而另一部分则会缩短。
5. 扭转变形通常发生在柔性材料上，如金属、塑料等。
刚性材料由于其高强度和低可变形性质，往往不容易发生明显的扭转变形。
这些特点使得扭转变形在许多工程领域中具有重要的应用，如机械设计、结构工程等。
1。
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tmax
tr
dA
r
o
tr
T
取微面积如图，有：
rt rdA T
A
利用(3)式，得到：
G d r 2dA T
dx A
21
3. 力的平衡关系
令：
Ir r 2dA
A
最后得到：
tr
Gr
d
dx
Tr
Ir
--(4)
Ir 称为截面对圆心的极惯性 矩，只与截面几何相关。
求Ir，WT ?
G d r 2dA T
MB MC T2
D
B
C
T /kN.m
C B
1.64
T图
2.18 AD 3.28
M A 5.46kN m M B M C 1.64kN m M D 2.18kN m
求各截面内力：
BC段 T1 1.64kN m
CA段 T2 3.28kN m
AD段 T3 2.18kN m
最大扭矩在AB段，且
电机每秒输入功： 外力偶每秒作功：
W Pk 1000(N.m)
W 力偶矩 转角
M
e
2
n 60
Mme
9.55
P(千瓦) n(转 / 分)
9.55 P(kW) n(r / min)
(kN m)
6
2．扭转内力：扭矩
扭矩：T是横截面上的内力偶矩。 内力—由截面法求得。
M0
M0
假想切面
取左边部分
M0
A
1000 B 1000 C
t max 1
T1 WT 1
D13
T1 [1
d
]
16
D1
T /N.m
150
150103 16
243
[1
(18
/
24)4
]
A
80.8MPa
100
B
C
30
2) 计算各段应力:
MA f18 MB
MC
f24 f22
BC段： N-mm-Mpa单位制
A 1000 B
t max 2
相对扭转角 ：B截面相对于 AB
A截面的扭转角。若AB=L，则
T
A Ag Bg
g
C
ABr
B
d
DLCd
O
T
AB
d DL T dx
dx 0 GIr
若AB间扭矩不变，材料不变，截面尺寸不变，则
T/GIr=const. , 故有： AB T L / GIr
GIr称为抗扭刚度，反映轴抵抗变形的能力。
9
3. 扭矩方程
T T (x)
扭矩图
表示扭矩变化规律的图线
Me
n
Me
x
xn
T
x
目 ①扭矩变化规律； 的 ②|T|max值及其截面位置
强度计算（危险截10面）
画扭矩图：
10kN m 10kN m
AB段：10kN m
BC段：TBC
TAB TAB 10kN m
o
A
B
T / kNm
10
x C
dx A
tmax tr r
tor T
tmax在圆轴表面处，且 t max Tr / I r T /WT
WT =Ir /r，称为 抗扭截面模量。
22
讨论 圆截面的极惯性矩和抗扭截面模量
极惯性矩: Ir r 2dA
dA
dr
A
抗扭截面模量 WT =Ir /r
r
o
讨论内径d，外径D的空心圆
截面，取微面积
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32
6.4 圆轴扭转的强度条件与刚度条件
1.强度条件 拉压 扭转强度条件
sys/n (延)
tys/n (延)
smax=[s]=
tma=x [t]=
sb/n (脆)
tb/n (脆)
s max FN / A [s ] t max T /WT [t ]
[t]=0.5~0.6[s] [t]与[s]之关系：
T 3280N m
13
MB MC
MA
MD
B
C
A
D
+ 向 按右手法确定
T图
T /kN.m
C B
1.64
2.18 AD 3.28
简捷画法：
M A 5460N m M B M C 1640N m M D 2180N m
问题
轮在轴上的位置 对扭矩有何影响？
14
练习：试作扭矩图
M A 40kN · 10kN · 10kN ·
t Gg --(2)
t
t ys
G是tg曲线的斜率，如图，
称为剪切弹性模量。
半径为r处的剪应力则为：
tr
Gg r
Gr
d
dx
GG
11
O
g
圆轴扭转时 无正应力
19
讨论：圆轴扭转时横截面上的剪应力分布
tmax
T
tr
rr r
A
gr
o
C
df
t rC O
B gr
D
TD
最大剪应力在圆轴 表面处。dx
tr
Gg r
Gr d
dx
--(3)
圆轴几何尺寸及MT给定，
df/dx为常数；G是材料常数
截面上任一点的剪应力与该点
到轴心的距离r成正比；
剪应变在ABCD面内，故剪应 力与半径垂直，指向由截面扭 矩方向确定。
20
3. 力的平衡关系
tr
Gg r
Gr
d
dx
--(3)
应力是内力(扭矩)在微截面上的分布集度。各微截 面上内力对轴心之矩的和应与截面扭矩相等。
第六章 圆轴的扭转
1
工程构件分类:
杆
杆的基本变形:
轴向拉压
板
块体
y x
z
(轴)
(梁)
扭转
弯曲
2
第六章 圆轴的扭转
6.1 扭转的概念与实例 6.2 扭矩、扭矩图 6.3 圆轴扭转时的应力与变形 6.4 圆轴扭转时的强度条件与刚度条件
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6.1 扭转的概念与实例
研究对象： 圆截面直杆 受力特点：
q max
T GIr
180o
T
GD4 / 32
180o
[q
]
则有： 4 D
32
M 180°maxFra bibliotekG 2[q ]
最大扭矩在AB段，且
T 3280N m
2) 按强度设计，有：
t max
T WT
T D
3/16
[t
]
MB MC
B
C
T /kN.m
C B
1.64
MA
MD
A
D
2.18
AD 3.28
16 T
D3
max
[t ]
3
16 3280
40106
N-m-pa单位制
75103(m) 75mm
36
2) 按刚度设计，有：
扭转刚度条件则为： qmax[q ] ---许用扭转角 机械设计手册建议：[q ]=0.25~0.5/m; 精度高的轴；
[q ]=0.5~1.0/m; 一般传动轴。
34
3.扭转圆轴的设计
强度条件：
t max
T /WT
[t ]
刚度条件：
q max
T GI r
180 o
[q ]
二者 均须 满足
极惯 性矩
圆
oT
轴
D
tmax
空
T
tr
心
圆
o
轴
d
D
26
思考题
1）已知二轴长度及所受外力矩完全相同。若二轴截 面尺寸不同，其扭矩图相同否? 相同 若二轴材料不同、截面尺寸相同， 各段应力是否相同？相同 变形是否相同？ 不同
2）下列圆轴扭转的剪应力分布图是否正确?
T
o
o
o
o
T
T
T
27
扩展——剪应力互等定理
在轴内任一点A处取一微单元，左右两面为横截面 ，上下两面为过轴线的径向截面。
20kN m
20
A
B
C
M BC 20kN m 20kN m
以平行于杆轴线的坐标x表示截面的位置，以垂 直于x轴的坐标表示截面扭矩值，即得到扭矩图。
11
例1. 某传动轴如图，转速n=700r/min，主动轮的输入 功率为NA=400kW，从动轮B、C和D的输出功率分别 为NB=NC=120kW，ND=160kW。试作轴的扭矩图。
动角df，原来的矩形ABCD变成平行四边形ABCD。
T
r
A
C
g
df
C O
Bg
D df r
D
dx
g是微元的直角改变量，即
半径r各处的剪应变。因为
CC= gdx=rdf , 故有：
g rd / dx
df /dx ,称为单位扭转角。
对半径为r的其它各处，可
作类似的分析。
17
1. 变形几何条件
T
A gr B gr
y
M0
作用在垂直于轴线的不 同平面内的外力偶，且 满足平衡方程:
SMx=0
z
变形前
fAB x
M0
变形后
变形特征：相对扭转角 fAB
圆轴各横截面将绕其轴线发生相对转动。
4
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6.1 扭转的概念与实例
5
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6.2 扭矩与扭矩图
1．外力偶矩的计算