航空材料力学性能检测：冲击载荷下金属特点

时间：2023-08-02 理论教育版权反馈

【摘要】：例如，义务教育阶段物理课程的基本内容包括科学探究和科学内容两部分，其中的科学内容包括物质、运动和相互作用、能量三个部分。“物质”这部分多数与日常生活和自然现象密切相关，与新材料相联系，学习这些内容能让中学生进一步认识物质世界，树立正确的科学观和世界观。“物质”又划分为四个二级主题：物质的形态和变化；物质的属性；物质的结构与物体的尺度；新材料及其应用。

金属材料在冲击载荷作用下的失效类型与在静载荷下一样，也表现为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。但在分析冲击载荷下材料的失效及建立相应的抗力指标时，必须注意冲击载荷本身的特点。

静载荷下机件所受的应力主要与机件的形状及载荷类型和大小有关，而在冲击载荷下，由于载荷的能量性质使整个承载体系（包括机件）承受冲击能，因此机件及与机件相连物体的刚度都直接关系到冲击过程的持续时间，但由于冲击过程持续时间非常短，很难按惯性力来计算机件内的应力，所以冲击载荷下的应力通常按能量守恒法计算，并假定冲击能全部转换为机件内的弹性能，以计算应力和应变。

众所周知，理想弹性体的弹性变形速度很快，相当于声音在弹性体中的传播速度（如声音在钢铁中的传播速度为5200m/s），金属中弹性变形传播速度在钢中为4982m/s，普通摆锤冲击试验时绝对变形速度在10³m/s以下，这样弹性变形总是能跟上外加载荷的变化，因而变形速度对金属材料的弹性行为及相应的力学性能（如弹性模量、泊松比）没有影响。

但是变形速度对塑性变形、断裂及与此过程有关的力学性能有显著的影响。在载荷增加时，塑性变形的增加比较缓慢，因此在冲击的高速加载下，塑性变形往往来不及充分进行。显微镜观察表明，在静载荷下塑性变形比较均匀地分布在各个晶粒中，而在冲击载荷下，塑性变形集中在某些局部区域，这反映了塑性变形是极不均匀的。正因为如此，在冲击载荷作用下，塑性变形抗力总是随着的增加而增大，尤其以屈服强度升高最为显著。图7-1～图7-3所示是工业上几种常见材料在20℃时采用不同应变速率实测的应力-应变曲线。

应变速度增加时，断裂过程变化比较复杂，断裂抗力的变化可以分为两种基本情况：一种是断裂抗力随增加变化很小，此时，塑性随增加而减小，通常对低塑性材料即为这种情况，所以增加促进了这类材料的脆性断裂倾向；另一种是断裂抗力随增加迅速提高，此时塑性实际上并不变化，通常对于高塑性材料即为这种情况，其断裂方式基本不变。但在有缺口（或有裂纹）及低温条件下，随增加，金属材料的塑性、韧性一般都是下降的，将使材料变脆。因此提高变形速度和降低温度，与开缺口的作用一样，都能促使材料变脆。因此工程试验时通常把三者结合起来，以显示材料的变脆倾向，其中应用最普遍和最简单的是缺口试样冲击（包括低温冲击）试验。