压缩弯曲及剪切试验

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5. 试验数值的修约
性能 Eb
σpb，σbb
fbb
范围 ≤150000MPa
＞150000MPa ≤200MPa
＞200~1000MPa ＞1000MPa
修约到 500MPa
1000MPa 1MPa 5MPa 10MPa 0.1mm
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三. 剪切试验
1. 剪切试验原理：
工程结构件除承受拉力和压力外，大多还承受剪 切力的作用，有些情况剪切力还起着主要的作用。如 蒸汽锅炉、桥梁及飞机中的铆钉，机件上的销子等都 是受剪切力的作用。因此在构件的设计和制造时都必 须考虑材料的剪切强度
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三点弯曲试验： 四点弯曲试验：
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（3）规定残余弯曲应力σrb的测定
–
试验时，将试样对称地安放于弯曲试验装
置曲读上力数，F作0，并为测对零量其点跨施。距加对中相试点应样的于连挠预续度期或，分σ记级rb0取施.01此加的时弯10挠曲%的度力预计，弯的并
将施其力卸和除卸至力预，弯直曲至力测量F0，的测残量余残挠余度挠达度到。或反稍复超递过增规
3. 试验设备
（1）试验机：
– 1） 万能试验机、压力机（达到1级精度） ；
– 2） 由国家计量部门定期进行检定； – 3）应能在规定的速度范围内控制试验速度
，加卸力应平稳，无振动，无冲击；
4) 配备F-f曲线记录装置。
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（2）弯曲试验装置：三点弯曲和四点弯曲试验装
置，见图6、图7。
（3）挠度计：应根据所测的力学性能按有关标准规
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（2）引伸计：引伸计应进行标定（
GB/T12160-2002 单轴试验用引伸计的标定） ，标定时的工作状态应尽可能与试验工作状态 相同，并按有关标准进行分级。根据测试目的 选用相应级别的引伸计：测定规定非比例压缩
强、度 下R屈pc服、强规度定R总eLc压应缩使强用度不R劣tc于、1上级屈准服确强度度的R引eHc
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2）逐次逼近法：
如果力—变形曲线无明显弹性直线段，采用逐 次逼近法测规定非比例压缩强度。首先在曲线 上 例 取 0行 重.5G直 压 于 合F0G观 缩 ，A、00，估 应 则QQ作00F计 变两 的A直0一0点直即.线2点，线%为GA的其CF00QA（p力分c100见交.，F别2；A图曲按对0如，3线上应）A而于述的1，后未A方力约在与1点法0为微A.，过10规弯重F如CA定曲合点0A、非线，1作与比上则平A0 需采取与上述相同步骤进行第二次逼近，此时 取 的 交A点 点1GA对21应 。、的重Q1F复，A相1然来同后分步如别骤前确直述定至过0.最C1F作后A1平一、行次0.线得5F来到A1确的对定交应 点与前一次的重合。
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2. 试样
压缩试验用试样有圆柱体、正方形柱体、 矩形板和带凸耳状试样四种形式，其中圆柱体 试样、正方形柱体试样是两种常用的侧向无约 束试样，其尺寸见图1。
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试样长度由试验目的确定：
L=（2.5~3.5）d0的试样适用于测定规定非 比例压缩强度Rpc、规定总压缩强度Rtc、压缩上 屈服强度ReHc和下屈服强度ReLc及抗压强度Rmc； L=（5~8）d0的试样适用于测定规定非比例压缩 强度Rpc0.01、压缩弹性模量Ec； L=（1~2）d0的试样仅适用于测定抗压强度Rmc。
式中：
M ——弯矩，N·mm； y ——横截面上任一点到中性轴的距离，mm； I —— 试样横截面对中性轴的惯性矩，
对圆截上的正应力σ与弯矩、y成正比，与 惯性矩I成反比；y为正值时受拉，y为负值时受压，试样
最外层的正应力最大（见图9），其计算式：
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（3）屈服强度测定：
用力—变形作图法测定，力轴按上节规定，变形放 大倍数应根据屈服阶段的变形量来确定。在力—变形
曲线图上，见图 5。 判读屈服阶段力首次下降前的最大力FeHc、屈服平
台的恒定力最或不计初始瞬时效应的最小力FeLc，按 下式计算：
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（4）抗压强度的测定
试样压至破坏，从力—变形曲线上确定 最大压缩力或从测力度盘上读取最大力Fmc ，按下式计算：
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三点弯曲试验：
四点弯曲试验：
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当采用分级施加弯曲力时，按上述方法施加预弯曲力F0，
从F0至相应于σpb0.01（或σrb0.01）的50%的弯曲力范围
内测定m（m≥5）对力和挠度的数据，且数据点应尽量
均匀分布。用最小二乘法将弯曲力和相应的挠度数据
拟合直线。按公式（26）计算该直线的斜率ΔF/Δf，
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脆性材料压缩破坏的形式有剪坏和拉 坏两种。剪坏的断裂面与底面约呈45° 角；拉坏是由于试样的纤维组织与压应 力方向一致，横向纤维伸长超过一定限 度而破坏。
压缩试验时，试样端面存在很大的摩 擦力，这将阻碍试样端面的横向变形， 影响试验结果的准确性。试样高径比越 小，端面摩擦力对试验结果的影响越大 ，为了减小其影响，可适当提高高径比
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（1） 规定非比例压缩强度的测定：
1）作图法：用自动记录方法绘制力—变形曲线
，力轴每毫米所代表的力应使所求的Fpc点处于力轴 的二分之一以上，变形放大倍数的选择应保证图2的
OC段长度不小于5mm。在力—变形曲线上（见图2
）,自O点起，截取一段相当于规定非比例变形的距
离OC（εpc·L0·n），过C点作平行于弹性直线段的 直线CA交曲线于A点，其对应的力Fpc即为所求的规定 非比例压缩力，按公式（1）计算：
力度盘上或从记录的弯曲力—挠度曲线上读取
最大弯曲力Fbb，按公式（22）或（23）计算
抗弯强度σbb：
三点弯曲试验：
四点弯曲试验：
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（5）断裂挠度fbb的测定
将试样对称地安放于弯曲试验装置上，挠度计装
在试样中间的测量位置上，对试样连续施加弯曲力，
直至试验断裂，测量试样断裂瞬间跨距中点的挠度，
此挠度即为断裂挠度fbb。
式中：W——截面系数，mm3； 对于圆截面试样: 对于矩形截面试样：
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弯曲试验通常只测定正应力，为了减小切应力对 试验结果的影响，弯曲试验跨距Ls要取得足够长 ，当取Ls=16d（或16h）时，对三点弯曲，切应 力的影响小于5%。
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（4）挠度：试样的弯曲在弹性范围内，忽略剪力的影响 时，由材料力学可推导出三点弯曲的挠度计算公式，其 最大挠度由下式计算：
压缩弯曲及剪切试验
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与拉伸试验相比 压缩试验有下述特点：
单向压缩的应力状态软性系数α=2。因 此，通常适用于脆性材料和低塑性材料 ，以显示其在拉伸、扭转和弯曲试验时 所不能反映的材料在韧性状态下的力学 行为。特别是拉伸时呈脆性的材料，是 比较其塑性的较好方法。
塑性较好的材料只能被压扁，一般不会 破坏。
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（5）压缩弹性模量的测定
用力—变形作图法测定，力轴按上节规定，变 形放大倍数应大于500倍。在力—变形曲线上 取弹性直线段上J、K两点（图4，点距应尽可 能长），读出对应的FJ、FK，变形ΔLJ、ΔLK 。弹性模量按下式计算：
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5.性能数据处理及修约
数字修约按下表进行，弹性模量值修约后至少保留 两位有效数字，应力值按下表修约：
表1 N/mm2
范
围
≤200
＞200~1000
＞1000
修约到
1 5 10
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二．弯曲试验：
弯曲试验也是生产上常用的一种试验方法，主 要用来测定脆性材料和低塑性材料在受弯曲载 荷作用下的性能（强度与塑性），弯曲试验与 拉伸试验相比，能明显地显示脆性材料和低塑 性材料的塑性。
1. 弯曲试验原理：试样上的外力垂直于试样轴 线，并作用在纵向对称面（通过试样的轴线和 截面对称的平面）内，试样的轴线在纵向对称 面内弯曲成一条平面曲线的弯曲变形，也称平 面弯曲。
（6）弯曲弹性模量Eb的测定
1）人工记录法：将挠度计装在试样中间的测量位
置上，试样对称地安放于弯曲试验装置上，对试样施
加相当于σpb0.01（或σrb0.01）10%以下的预弯曲力F0 ，并记录此力和跨距中间的挠度，然后连续施加弯曲
力，直至相应于σpb0.01（或σrb0.01）的50%。记录弯 曲力增量ΔF和相应的挠度增量Δf。按公式（24）或 （25）计算弯曲弹性模量Eb：
伸应应计 变 使； 小 用测 于 不0定 劣.0压 于5％缩0.的弹5规性级定模准非量确比E度c例和的压规引缩定伸强非计度比。R例pc压时缩，
（3）进行脆性材料的Rmc测定时应有安 全防护罩
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4. 压缩性能指标的测定：
压缩试验时，在弹性范围内，试验速度 采用控制应力速率的方法，其速率应在 1~10MPa·s-1范围内，在明显塑性变形范 围，采用控制应变速率方法，其速率应在 0.00005~0.0001s-1范围内。
然后将此斜率代入公式（24）或（25）计算弯曲弹性
模量。
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2）图解法：
将试样对称地安放于弯曲试验装置上，挠度计 装在试样中间的测量位置上，对试样连续施加 弯曲力，同时采用自动方法连续记录弯曲力— 挠度曲线，直至超过相应于σpb0.01（或σrb0.01 ）的弯曲力。记录时，建议力轴比例和挠度轴 放大倍数的选择，宜使曲线弹性直线段与力轴 的夹角不小于40度，弹性直线段的高度应超过 力轴量程的3/5。在记录的曲线图上，借助于 直尺的直边确定最佳弹性直线段。读取该直线 段的弯曲力增量ΔF和相应的挠度增量Δf，见 图12。按公式（24）或（25）计算弯曲弹性模 量。
试样应平直，棱边应无毛刺、无倒角，在切 取样坯和机加工试样时，应防止因冷加工或热影 响而改变材料的性能。
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3. 试验设备
（1）试验机：
压缩试验可在万能材料试验机或压力试验 机上进行。a. 试验机台板与压头压试样表面应 平行，平行度不低于1∶0.0002。b. 试验过程 中，压头与台板间不应有侧向相对位移和振动 ，如不满足上述要求，应加配力导向装置，硬 度较高的试样两端应垫以合适的硬质材料做成 的垫板，试验后，板面不应有永久变形，垫板 两面的平行度不低于1∶0.0002，表面粗糙度 不。d高. 于试R验a0机.8应。备c.有试放验大机和应记备录有力调及速变指形示的装装置置 。试验机应定期由计量部门进行检验。