金屬材料、機(jī)械零件和構(gòu)件抗沖擊破壞的能力。在很短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷,稱沖擊載荷。由沖擊載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)力稱沖擊應(yīng)力。由于沖擊時間極短,加上物體接觸變形等因素影響,沖擊強(qiáng)度計(jì)算不易準(zhǔn)確。
常規(guī)沖擊計(jì)算沖擊載荷在零件中產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力除與零件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關(guān)外,還同與其相連接的物體有關(guān)。如與零件相連接的物體是剛體,則沖擊能全部為該零件所承受;如與零件相連接的物體剛度為某一值,則沖擊能為整個體系所承擔(dān),該零件只承受沖擊能的一部分。此外,沖擊應(yīng)力的大小,還取決于沖擊能量的大小。因此,沖擊載荷作用下的強(qiáng)度計(jì)算,比靜載荷作用下的強(qiáng)度計(jì)算復(fù)雜得多。在設(shè)計(jì)承受沖擊載荷的零件時,須引入一個動載系數(shù)(見載荷系數(shù))后按靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)。動載系數(shù)也可用振動理論中求響應(yīng)的方法確定。
研究零件沖擊強(qiáng)度時,要考慮材料在沖擊載荷下機(jī)械性能的改變和對零件沖擊效應(yīng)的大小。對于結(jié)構(gòu)鋼來說,當(dāng)應(yīng)變速率在10(~10(1/秒時,鋼的機(jī)械性能無明顯變化。但在更高的應(yīng)變速率下,結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度極限和屈服極限隨沖擊速度的增大而提高。且屈服極限比強(qiáng)度極限提高得更快。因此把沖擊載荷當(dāng)作靜載荷來處理對于一般結(jié)構(gòu)鋼來說是偏于安全的。另一方面,沖擊載荷對材料缺口的敏感性比靜載荷對材料缺口的敏感性大。這時把沖擊載荷當(dāng)作靜載荷來處理,就必須提高安全系數(shù)。
沖擊波零件受沖擊時,其沖擊應(yīng)力和應(yīng)變不可能立即傳至整個零件,而是以應(yīng)力波或應(yīng)變波的形式傳播。根據(jù)零件和加載條件的不同,應(yīng)力波表現(xiàn)為平面形、圓筒形、球形等,并有縱波(正應(yīng)力波)和橫波(切應(yīng)力波)的成分。應(yīng)力波(入射波)在零件中傳播時,遇到自由表面會引起反射,產(chǎn)生反射波??v波若為垂直于表面的壓縮波,反射波則為拉伸波。兩個以上的應(yīng)力波相遇,將產(chǎn)生復(fù)雜的干涉現(xiàn)象。根據(jù)入射波和反射波的疊加原理,計(jì)算出某一瞬間某一截面的峰值應(yīng)力。當(dāng)峰值應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限,零件就產(chǎn)生沖擊破壞。根據(jù)應(yīng)力波傳播原理計(jì)算沖擊強(qiáng)度,于形狀簡單的零件。對于形狀復(fù)雜的零件或受沖擊載荷的整機(jī),可用實(shí)驗(yàn)方法來確定沖擊強(qiáng)度。
小能量多次沖擊實(shí)際工作中的機(jī)械零件和構(gòu)件,多數(shù)是承受沖擊能量較小,沖擊次數(shù)較多的小能量多次沖擊載荷。它們的破壞是多次沖擊損傷積累導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)展的結(jié)果。材料一次沖擊的破壞抗力,主要由沖擊韌性來決定;但沖擊次數(shù)較多的抗力,主要由材料的疲勞強(qiáng)度來確定。在這兩者之間,當(dāng)達(dá)到破壞的沖擊次數(shù)增加時,沖擊韌性的影響減小而疲勞強(qiáng)度的影響增加。根據(jù)對鋼試樣進(jìn)行多次沖擊的試驗(yàn)結(jié)果可得出結(jié)論:沖擊韌性影響范圍在100~1000次以下。把多次沖擊試驗(yàn)的數(shù)據(jù)應(yīng)用于實(shí)際的零部件設(shè)計(jì)中,需要解決試樣與實(shí)物的多次沖擊強(qiáng)度的模擬問題,例如尺寸的大小,形狀的改變,材料性能的變化等。在近似計(jì)算中,可用下述方法處理:當(dāng)沖擊次數(shù)小于1000次時,用一次沖擊的方法計(jì)算強(qiáng)度;當(dāng)沖擊次數(shù)大于1000次時,用相似于疲勞的方法計(jì)算強(qiáng)度。
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