常用螺栓强度极限 屈服极限一览表
强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N 强度极限/N 屈服极限/N
拉力39.423.752.631.552.642.165.739.465.752.678.963.1105.184.1118.394.6131.4105.1157.7141.9剪切力39.423.752.631.552.642.165.739.465.752.678.963.1105.184.1118.394.6131.4105.1157.7141.9拉力32.119.342.825.742.834.253.532.153.542.864.251.385.668.596.377.0107.085.6128.4115.5剪切力32.119.342.825.742.834.253.532.153.542.864.251.385.668.596.377.0107.085.6128.4115.5拉力55.233.173.644.273.658.992.055.292.073.6110.488.3147.2117.8165.6132.5184.0147.2220.8198.7剪切力55.233.173.644.273.658.992.055.292.073.6110.488.3147.2117.8165.6132.5184.0147.2220.8198.7拉力32.119.342.825.742.834.253.532.153.542.864.251.385.668.596.377.0107.085.6128.4115.5剪切力32.119.342.825.742.834.253.532.153.542.864.251.385.668.596.377.0107.085.6128.4115.5拉力177.4106.5236.6141.9236.6189.3295.7177.4295.7236.6354.9283.9473.1378.5532.3425.8591.4473.1709.7638.7剪切力177.4106.5236.6141.9236.6189.3295.7177.4295.7236.6354.9283.9473.1378.5532.3425.8591.4473.1709.7638.7拉力144.486.7192.6115.5192.6154.0240.7144.4240.7192.6288.8231.1385.1308.1433.3346.6481.4385.1577.7519.9剪切力144.486.7192.6115.5192.6154.0240.7144.4240.7192.6288.8231.1385.1308.1433.3346.6481.4385.1577.7519.9拉力248.4149.0248.4149.0331.2265.0414.0248.4414.0331.2496.8397.4662.4529.9745.2596.2828.0662.4993.6894.2剪切力248.4149.0331.2198.7331.2265.0414.0248.4414.0331.2496.8397.4662.4529.9745.2596.2828.0662.4993.6894.2拉力144.486.7192.6115.5192.6154.0240.7144.4240.7192.6288.8231.1385.1308.1433.3346.6481.4385.1577.7519.9剪切力144.486.7192.6115.5192.6154.0240.7144.4240.7192.6288.8231.1385.1308.1433.3346.6481.4385.1577.7519.9拉力431.1258.7574.9344.9574.9459.9718.6431.1718.6574.9862.3689.81149.7919.81293.41034.71437.11149.71724.61552.1剪切力431.1258.7574.9344.9574.9459.9718.6431.1718.6574.9862.3689.81149.7919.81293.41034.71437.11149.71724.61552.1拉力350.9210.6467.9280.7467.9374.3584.9350.9584.9467.9701.9561.5935.8748.71052.8842.21169.8935.81403.71263.3剪切力350.9210.6467.9280.7467.9374.3584.9350.9584.9467.9701.9561.5935.8748.71052.8842.21169.8935.81403.71263.3拉力603.6362.2804.8482.9804.8643.81006.0603.61006.0804.81207.2965.81609.61287.71810.81448.62012.01609.62414.42173.0剪切力603.6362.2804.8482.9804.8643.81006.0603.61006.0804.81207.2965.81609.61287.71810.81448.62012.01609.62414.42173.0拉力350.9210.6467.9280.7467.9374.3584.9350.9584.9467.9701.9561.5935.8748.71052.8842.21169.8935.81403.71263.3剪切力350.9210.6467.9280.7467.9374.3584.9350.9584.9467.9701.9561.5935.8748.71052.8842.21169.8935.81403.71263.3拉力752.6451.51003.4602.11003.4802.71254.3752.61254.31003.41505.11204.12006.91605.52257.71806.22508.62006.93010.32709.3剪切力752.6451.51003.4602.11003.4802.71254.3752.61254.31003.41505.11204.12006.91605.52257.71806.22508.62006.93010.32709.3拉力612.6367.5816.7490.0816.7653.41020.9612.61020.9816.71225.1980.11633.51306.81837.71470.12041.91633.52450.22205.2剪切力612.6367.5816.7490.0816.7653.41020.9612.61020.9816.71225.1980.11633.51306.81837.71470.12041.91633.52450.22205.2拉力1053.6632.21404.8842.91404.81123.81756.01053.61756.01404.82107.21685.82809.62247.73160.82528.63512.02809.64214.43793.0剪切力1053.6632.21404.8842.91404.81123.81756.01053.61756.01404.82107.21685.82809.62247.73160.82528.63512.02809.64214.43793.0拉力612.6367.5816.7490.0816.7653.41020.9612.61020.9816.71225.1980.11633.51306.81837.71470.12041.91633.52450.22205.2剪切力612.6367.5816.7490.0816.7653.41020.9612.61020.9816.71225.1980.11633.51306.81837.71470.12041.91633.52450.22205.2拉力1217.1730.31622.9973.71622.91298.32028.61217.12028.61622.92434.31947.43245.72596.63651.42921.14057.13245.74868.64381.7剪切力1217.1730.31622.9973.71622.91298.32028.61217.12028.61622.92434.31947.43245.72596.63651.42921.14057.13245.74868.64381.7拉力990.7594.41320.9792.61320.91056.71651.2990.71651.21320.91981.41585.12641.92113.52972.12377.73302.32641.93962.83566.5剪切力990.7594.41320.9792.61320.91056.71651.2990.71651.21320.91981.41585.12641.92113.52972.12377.73302.32641.93962.83566.5拉力1704.01022.42272.01363.22272.01817.62840.01704.02840.02272.03408.02726.44544.03635.25112.04089.65680.04544.05680.05112.0剪切力1704.01022.42272.01363.22272.01817.62840.01704.02840.02272.03408.02726.44544.03635.25112.04089.65680.04544.05680.05112.0拉力990.7594.41320.9792.61320.91056.71651.2990.71651.21320.91981.41585.12641.92113.52972.12377.73302.32641.93962.83566.5剪切力990.7594.41320.9792.61320.91056.71651.2990.71651.21320.91981.41585.12641.92113.52972.12377.73302.32641.93962.83566.5拉力1722.91033.72297.11378.32297.11837.72871.41722.92871.42297.13445.72756.64594.33675.45168.64134.95742.94594.36891.46202.3剪切力1722.91033.72297.11378.32297.11837.72871.41722.92871.42297.13445.72756.64594.33675.45168.64134.95742.94594.36891.46202.3拉力1402.3841.41869.81121.91869.81495.82337.21402.32337.21869.82804.72243.73739.52991.64207.03365.64674.43739.55609.35048.4剪切力1402.3841.41869.81121.91869.81495.82337.21402.32337.21869.82804.72243.73739.52991.64207.03365.64674.43739.55609.35048.4拉力2412.01447.23216.01929.63216.02572.84020.02412.04020.03216.04824.03859.26432.05145.67236.05788.88040.06432.09648.08683.2剪切力2412.01447.23216.01929.63216.02572.84020.02412.04020.03216.04824.03859.26432.05145.67236.05788.88040.06432.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72.132023.353372.142697.764046.551237.285395.368316.396069.876855.8106744.285395.3128093.0115283.7剪切力32023.319214.042697.725618.642697.734158.153372.132023.353372.142697.764046.551237.285395.368316.396069.876855.8106744.285395.3128093.0115283.7拉力55080.033048.073440.044064.073440.058752.091800.055080.091800.073440.0110160.088128.0146880.0117504.0165240.0132192.0183600.0146880.0220320.0198288.0剪切力55080.033048.073440.044064.073440.058752.091800.055080.091800.073440.0110160.088128.0146880.0117504.0165240.0132192.0183600.0146880.0220320.0198288.0拉力32023.319214.042697.725618.642697.734158.153372.132023.353372.142697.764046.551237.285395.368316.396069.876855.8106744.285395.3128093.0115283.7剪切力32023.319214.042697.725618.642697.734158.153372.132023.353372.142697.764046.551237.285395.368316.396069.876855.8106744.285395.3128093.0115283.7拉力67320.040392.089760.053856.089760.071808.0112200.067320.0112200.089760.0134640.0107712.0179520.0143616.0201960.0161568.0224400.0179520.0269280.0242352.0剪切力67320.040392.089760.053856.089760.071808.0112200.067320.0112200.089760.0134640.0107712.0179520.0143616.0201960.0161568.0224400.0179520.0269280.0242352.0拉力39139.523483.752186.031311.652186.041748.865232.639139.565232.652186.078279.162623.3104372.183497.7117418.693934.9130465.1104372.1156558.1140902.3剪切力39139.523483.752186.031311.652186.041748.865232.639139.565232.652186.078279.162623.3104372.183497.7117418.693934.9130465.1104372.1156558.1140902.3拉力67320.040392.089760.053856.089760.071808.0112200.067320.0112200.089760.0134640.0107712.0179520.0143616.0201960.0161568.0224400.0179520.0269280.0242352.0剪切力67320.040392.089760.053856.089760.071808.0112200.067320.0112200.089760.0134640.0107712.0179520.0143616.0201960.0161568.0224400.0179520.0269280.0242352.0拉力39139.523483.752186.031311.652186.041748.865232.639139.565232.652186.078279.162623.3104372.183497.7117418.693934.9130465.1104372.1156558.1140902.3剪切力39139.523483.752186.031311.652186.041748.865232.639139.565232.652186.078279.162623.3104372.183497.7117418.693934.9130465.1104372.1156558.1140902.3拉力83280.049968.0111040.066624.0111040.088832.0138800.083280.0138800.0111040.0166560.0133248.0222080.0177664.0249840.0199872.0277600.0222080.0333120.0299808.0剪切力83280.049968.0111040.066624.0111040.088832.0138800.083280.0138800.0111040.0166560.0133248.0222080.0177664.0249840.0199872.0277600.0222080.0333120.0299808.0拉力48418.629051.264558.138734.964558.151646.580697.748418.680697.764558.196837.277469.8129116.3103293.0145255.8116204.7161395.3129116.3193674.4174307.0剪切力48418.629051.264558.138734.964558.151646.580697.748418.680697.764558.196837.277469.8129116.3103293.0145255.8116204.7161395.3129116.3193674.4174307.0拉力83280.049968.0111040.066624.0111040.088832.0138800.083280.0138800.0111040.0166560.0133248.0222080.0177664.0249840.0199872.0277600.0222080.0333120.0299808.0剪切力83280.049968.0111040.066624.0111040.088832.0138800.083280.0138800.0111040.0166560.0133248.0222080.0177664.0249840.0199872.0277600.0222080.0333120.0299808.0拉力48418.629051.264558.138734.964558.151646.580697.748418.680697.764558.196837.277469.8129116.3103293.0145255.8116204.7161395.3129116.3193674.4174307.0剪切力48418.629051.264558.138734.964558.151646.580697.748418.680697.764558.196837.277469.8129116.3103293.0145255.8116204.7161395.3129116.3193674.4174307.0拉力98040.058824.0130720.078432.0130720.0104576.0163400.098040.0163400.0130720.0196080.0156864.0261440.0209152.0294120.0235296.0326800.0261440.0392160.0352944.0剪切力98040.058824.0130720.078432.0130720.0104576.0163400.098040.0163400.0130720.0196080.0156864.0261440.0209152.0294120.0235296.0326800.0261440.0392160.0352944.0拉力57000.034200.076000.045600.076000.060800.095000.057000.095000.076000.0114000.091200.0152000.0121600.0171000.0136800.0190000.0152000.0228000.0205200.0剪切力57000.034200.076000.045600.076000.060800.095000.057000.095000.076000.0114000.091200.0152000.0121600.0171000.0136800.0190000.0152000.0228000.0205200.0拉力98040.058824.0130720.078432.0130720.0104576.0163400.098040.0163400.0130720.0196080.0156864.0261440.0209152.0294120.0235296.0326800.0261440.0392160.0352944.0剪切力98040.058824.0130720.078432.0130720.0104576.0163400.098040.0163400.0130720.0196080.0156864.0261440.0209152.0294120.0235296.0326800.0261440.0392160.0352944.0拉力57000.034200.076000.045600.076000.060800.095000.057000.095000.076000.0114000.091200.0152000.0121600.0171000.0136800.0190000.0152000.0228000.0205200.0剪切力57000.034200.076000.045600.076000.060800.095000.057000.095000.076000.0114000.091200.0152000.0121600.0171000.0136800.0190000.0152000.0228000.0205200.0拉力117120.070272.0156160.093696.0156160.0124928.0195200.0117120.0195200.0156160.0234240.0187392.0312320.0249856.0351360.0281088.0390400.0312320.0468480.0421632.0剪切力117120.070272.0156160.093696.0156160.0124928.0195200.0117120.0195200.0156160.0234240.0187392.0312320.0249856.0351360.0281088.0390400.0312320.0468480.0421632.0拉力68093.040855.890790.754474.490790.772632.6113488.468093.0113488.490790.7136186.0108948.8181581.4145265.1204279.1163423.3226976.7181581.4272372.1245134.9剪切力68093.040855.890790.754474.490790.772632.6113488.468093.0113488.490790.7136186.0108948.8181581.4145265.1204279.1163423.3226976.7181581.4272372.1245134.9拉力117120.070272.0156160.093696.0156160.0124928.0195200.0117120.0195200.0156160.0234240.0187392.0312320.0249856.0351360.0281088.0390400.0312320.0468480.0421632.0剪切力117120.070272.0156160.093696.0156160.0124928.0195200.0117120.0195200.0156160.0234240.0187392.0312320.0249856.0351360.0281088.0390400.0312320.0468480.0421632.0拉力68093.040855.890790.754474.490790.772632.6113488.468093.0113488.490790.7136186.0108948.8181581.4145265.1204279.1163423.3226976.7181581.4272372.1245134.9剪切力68093.040855.890790.754474.490790.772632.6113488.468093.0113488.490790.7136186.0108948.8
181581.4
145265.1204279.1163423.3226976.7181581.4272372.1245134.9
常用螺栓强度/屈服极限一览表
353
螺栓规格
螺栓型号应力截面积
工况受力形式 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.88.8（D<=M16)8.8（D>M16)9.810.8M1
M2
M3
0.46
M14
2.07
5.03
115
157
192
245
303
12.9
性能等级
动载荷不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
控制预紧力
不控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
M33
M36
M39
M24
M27
M30
M4
M5
M6
M8
M10
M12
M16
M18
M20
M22
不控制预紧力
控制预紧力
459
561
694
8.78
14.2
20.1
36.6
58
84.3
不控制预紧力
控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
不控制预紧力
控制预紧力
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
静载荷
动载荷
静载荷
动载荷动载荷
静载荷
动载荷静载荷
静载荷
动载荷
静载荷
动载荷静载荷
动载荷
静载荷
动载荷 在本表的计算中，当D 取2.5，控制预紧力AND动载荷安全系数取4.3 静载荷 动载荷 静载荷 动载荷 静载荷 动载荷 静载荷 动载荷817 976 控制预紧力 不控制预紧力 控制预紧力 不控制预紧力 金属材料的基本知识 1、有关材料力学（机械）性能名词 1.1极限强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力，叫做极限强度；分：抗拉强度，抗压强度，抗弯强度，抗剪强度，单位是兆帕。 1.2屈服点，屈服强度，单位是兆帕。 1.3弹性极限：材料在受到外力到某一极限时，若除去此外力，则变形即恢复原状，材料抵抗这一外力的能力。 1.4延伸率：材料受拉力作用断裂时，伸长的长度与原有长度的比值。 1.5断面收缩率：材料受拉力作用断裂时，断面缩小的面积与原有断面面积的比值。 1.6硬度：材料抵抗硬的物体压入表面的能力。一般是用一定负荷把一定直径的淬硬钢球压材料表面，保持规定时间后卸除载荷，测量材料表面的压痕，按公式用压痕面积除以负荷所得的商。依据测量方法的不同，有布氏硬度HB，洛氏硬度HR，表面洛氏硬度，维氏硬度HV。 2、金属材料分类 2.1 按组分分：纯金属和合金， 2.2 按实用分：黑色金属（铁和铁合金），有色金属（指铜，锡，锰，铅，铝等） 3、钢铁 3.1钢的定义：是指碳含量低于2％的一种铁碳合金，当然，其中还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素。 铁的定义：是指碳含量高于2％的一种铁碳合金。含碳量小于0.04％为工业纯铁。 3.2 钢的分类 3.2.1按化学成分分：碳素钢（除铁外，含有少量的硅、锰、硫、磷）；合金钢（钢中加入了一些如铬，镍、钼、钨、钒等元素） 3.2.2按含碳量分：低碳钢（含碳量＜0.25%）；中碳钢（含碳量0.25~0.6%）；高碳钢（含碳量＞0.6%）。 3.2.3 按质量分：主要是控制钢中含硫、含磷量； 普通钢（S不超过0.050％，P不超过0.045％）， 优质钢（S不超过0.035％，P不超过0.035％）， 高级优质钢（S不超过0.025％，P不超过0.030％）， 特级质量钢（S不超过0.015％，P不超过0.025％）。 3.2.4 按用途分：结构钢（建筑、机器零件）， 工具钢（工具、模具、量具）， 特殊用途（如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等）， 专业用钢（如汽车用钢，化工用钢，锅炉用钢，电工用钢，焊条用钢等）。 3.2.5 按冶炼方法分：转炉钢（同时分为底吹转炉钢，侧吹转炉钢，顶吹转炉钢），平炉钢，电炉钢。 3.2.6 按浇铸前脱氧程度分：镇静钢（脱氧完全，钢锭组织结构紧密），沸腾钢（脱氧不完全的钢），半镇静钢。 3.2.7 综合分类： 问题：什么是抗拉强度，延伸率，屈服强度？ 球铁管是一种即有高强度和高弹性的输水管道，球铁管优秀的力学性能是它在种类繁多的输水管材中立于不败之地的保证，因而我们有必要对描述球铁管的各种力学性能做一番介 绍： 延伸率 延伸率主要衡量球墨铸铁塑性性能-即发生永久变形而不至于断裂的性能。 δ= (L-L0)/L0*100% δ---伸长率 L0----试样原长度 L----试样受拉伸断裂后的长度 1．强度 强度是金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。工程上常用来表示金属材料强度 的指标有屈服强度和抗拉强度。 a.屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。 δS=Fs/A O Fs----试样产生屈服现象时所承受的最大外力（N） A O----试样原来的截面积（mm2） δS---屈服强度(Mpa) b.抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力，用δb=F O/A O F O----试样在断裂前的最大外力（N） A O----试样原来的截面积（mm2） δb---抗拉强度（Mpa） Table:三种不同材料之间的机械性能对比 退火球墨铸铁铸态球墨铸铁管灰口铁管 屈服强度≥300MPa 未定义未定义 抗拉强度≥420MPa ≤300MPa ≥200 MPa 延伸率≥10% ≥3% ≤3% 断裂形式塑性变形突然断裂突然断裂 对于球墨铸铁管而言，其试样实际就是取自插口处试样加工过后的试棒；对球墨铸铁管件而言，其试样通常是取自与管件同批的铁水铸出的Y型试块加工成的试棒。管材和管件的抗拉强度实验，就是用试棒拉断前的最大持续力除以试棒面积计算得出的抗拉强度。 把试棒断裂的两部分拼在一起测量伸长的标距，用伸长标距与初始标距之比求得伸长率。不同的管材之间因为力学性能实验方法有别，所以某些管材宣传他们的力学性能甚至优 于铸铁管是毫无根据的。 材料屈服强度及其影响因素 1. 屈服标准 工程上常用的屈服标准有三种： (1)比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp表示，超过σp时即认为材料开始屈服。 (2)弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以σel表示。应力超过σel时即认为材料开始屈服。 (3)屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2或σys。 2. 影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有： 结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化； (2)形变强化； (3)沉淀强化和弥散强化； (4)晶界和亚晶强化。 沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。 影响屈服强度的外在因素有： 温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。 3.屈服强度的工程意义 传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。 需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。 屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。 材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。 4.加工硬化指数n的实际意义 加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。n还决定了材料能够产生的最大均匀应变量，这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否则，在偶然过载的情况下，会产生过量的塑性变形，甚至有局部的不均匀变形或断裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。 形变硬化是提高材料强度的重要手段。不锈钢有很大的加工硬化指数n=0.5，因而也有很高的均匀变形量。不锈钢的屈服强度不高，但如用冷变形可以成倍地提高。高碳钢丝经过 常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800 7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢 高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃 各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系 我们在设计的时候常取许用剪切应力，在不同的情况下安全系数不同，许用剪切应力就不一样。校核各种许用应力常常与许用拉应力有联系，而许用材料的屈服强度（刚度）与各种应力关系如下： <一> 许用（拉伸）应力 钢材的许用拉应力[δ]与抗拉强度极限、屈服强度极限的关系： 1.对于塑性材料[δ]= δs /n 2.对于脆性材料[δ]= δb /n δb ---抗拉强度极限 δs ---屈服强度极限 n---安全系数 轧、锻件n=1.2-2.2 起重机械n=1.7 人力钢丝绳n=4.5 土建工程n=1.5 载人用的钢丝n=9 螺纹连接n=1.2-1.7 铸件n=1.6-2.5 一般钢材n=1.6-2.5 注：脆性材料：如淬硬的工具钢、陶瓷等。 塑性材料：如低碳钢、非淬硬中炭钢、退火球墨铸铁、铜和铝等。 <二> 剪切 许用剪应力与许用拉应力的关系： 1.对于塑性材料[τ]=0.6-0.8[δ] 2.对于脆性材料[τ]=0.8-1.0[δ] <三> 挤压 许用挤压应力与许用拉应力的关系 1.对于塑性材料[δj]=1.5- 2.5[δ] 2.对于脆性材料[δj]=0.9-1.5[δ] 注：[δj]=1.7-2[δ]（部分教科书常用） <四> 扭转 许用扭转应力与许用拉应力的关系： 1.对于塑性材料[δn]=0.5-0.6[δ] 2.对于脆性材料[δn]=0.8-1.0[δ] 轴的扭转变形用每米长的扭转角来衡量。对于一般传动可取[φ]=0.5°--1°/m；对于精密件，可取[φ]=0.25°-0.5°/m；对于要求不严格的轴，可取[φ]大于1°/m计算。 <五> 弯曲 许用弯曲应力与许用拉应力的关系： 1.对于薄壁型钢一般采取用轴向拉伸应力的许用值 2.对于实心型钢可以略高一点，具体数值可参见有关规范。 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： []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： 332 151023.9MPa<[] 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。 材料力学常用公式 1.外力偶矩计算公式（P功率，n转速） 2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横截面轴力F N， 横截面面积A，拉应力为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a 从x轴正方 向逆时针转至外法线的方位角为正） 5.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1；拉伸 前试样直径d，拉伸后试样直径d1） 6.纵向线应变和横向线应变 7.泊松比 8.胡克定律 9.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式? 10.承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式 11.轴向拉压杆的强度计算公式 12.许用应力，脆性材料，塑性材料 13.延伸率 14.截面收缩率 15.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 16.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式 17.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆 （b）空心圆 18.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点到圆心距 离r） 19.圆截面周边各点处最大切应力计算公式 20.扭转截面系数，（a）实心圆 （b）空心圆 21.薄壁圆管（壁厚δ≤ R 0 /10 ，R 为圆管的平均半径）扭转切应力计 算公式 22.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关系式 23.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的直径不同（如阶梯轴） 时或 24.等直圆轴强度条件 25.塑性材料；脆性材料 26.扭转圆轴的刚度条件? 或 27.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力计算公式, 28.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 , 材料的常用力学性能有哪些 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。1强度 强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度用应力表示，其符号是σ，单位为MPa，常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，通过拉伸试验测定。 2塑性 塑性是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。材料塑性好坏的力学性能指标主要有伸长率和收缩率，值越大，材料的塑性就越好，通过拉伸试验可测定。 3硬度 硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。材料的硬度越高，其耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度（HBS）和洛氏硬度（HRC）。 1）布氏硬度 表示方法：布氏硬度用HBS（W）表示，S表示钢球压头，W表示硬质合金球压头。规定布氏硬度表示为：在符号HBS或HBW前写出硬度值，符号后面依 次用相应数字注明压头直径（mm）、试验力（N）和保持时间（s）。如120 HBS 10/1000/30。 适用范围：HBS适用于测量硬度值小于450的材料，主要用来测定灰铸铁、有色金属和经退火、正火及调质处理的钢材。 根据经验，布氏硬度与抗拉强度之间有一定的近似关系： 对于低碳钢，有σ=0.36HBS； 对于高碳钢：有σ=0.34HBS。 2）洛氏硬度 表示方法：常用HRA、HRB、HRC三种，其中HRC最为常用。洛氏硬度的表示方法为：在符号前面写出硬度值。如62HRC。 适用范围：HRC在20-70范围内有效，常用来测定淬火钢和工具钢、模具钢等材料，1HRC相当于10HBS。 4冲击韧性 冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力，材料的韧性越好，在受冲击时越不容易断裂。 5疲劳强度 疲劳强度是指材料经过无数次应力循环仍不断裂的最大应力。 附录常用材料的力学及其它物理性能 一、玻璃的强度设计值 f g(MPa) JGJ102-2003表5.2.1 二、铝合金型材的强度设计值 (MPa) GB50429-2007表4.3.4 三、钢材的强度设计值(1-热轧钢材) f s(MPa) JGJ102-2003表5.2.3 四、钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) f s(MPa) 五、材料的弹性模量E(MPa) JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9 六、 材料的泊松比υ JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7 七、 材料的膨胀系数α(1/℃) JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7 八、 材料的重力密度γg (KN/m ) JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7 九、 板材单位面积重力标准值（MPa ） JGJ133-2001表5.2.2 十、 螺栓连接的强度设计值一(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-1 十一、螺栓连接的强度设计值二(MPa) 十二、焊缝的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-3 十三、不锈钢螺栓连接的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.3 十四、楼层弹性层间位移角限值 GB/T21086-2007表20 十五、部分单层铝合板强度设计值（MPa）JGJ133-2001表5.3.2 十六、铝塑复合板强度设计值（MPa） JGJ133-2001表5.3.3 十七、蜂窝铝板强度设计值（MPa） JGJ133-2001表5.3.4 十八、不锈钢板强度设计值（MPa） 附录常用材料的力学及其它物理性能十九、玻璃的强度设计值 f g(N/mm2) 二十、铝合金型材的强度设计值 f a(N/mm2) 常用材料极限强度 材料名拉压 疲劳极限 弯曲 疲劳极限 扭转 疲劳极限 拉压脉动 疲劳极限 弯曲脉动 疲劳极限 扭转脉动 疲劳极限 结构钢铸铁铝合金结构钢铸铁铝合金≈0.3σb ≈0.225σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.3σb ≈0.225σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.43σb ≈0.45σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.43σb ≈0.45σb ≈σb/6+73.5MPa ≈0.25σb ≈0.36σb ≈(0.55～0.58)σ-1 ≈0.25σb ≈0.36σb ≈(0.55～0.58)σ-1 ≈1.42σ-1l ≈1.42σ-1l ≈1.5σ-1l ≈1.42σ-1l ≈1.42σ-1l ≈1.5σ-1l ≈1.33σ-1 ≈1.35σ-1 -- ≈1.33σ-1 ≈1.35σ-1 -- ≈1.5τ-1 ≈1.35τ-1 -- ≈1.5τ-1 ≈1.35τ-1 -- 常用材料密度 1空气（20℃）0.00122软木0.1-0.4 3泡沫塑料0.24泥煤0.29-0.5 5工业用毛毡0.36木炭0.3-0.5 7焦炭0.36-0.538烟煤粉0.4-0.7 9木材0.4-0.7510皮革0.4-1.2 11石墨（粉）0.4512石棉线0.45-0.55 13熟石灰（粉）0.514胶合板0.56 15褐煤0.6-0.816高炉渣0.6-1 17干煤灰0.64-0.7218汽油0.66-0.75 19煤灰0.720无烟煤0.7-1.0 21锌烟尘0.7-1.522粘土（块）0.7-1.5 23煤油0.78-0.8224酒精0.8 25烟煤0.8-126橡胶夹布传动带0.8-1.2 27造型砂0.8-1.328石油（原油）0.82 强度的分类 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。 强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种: (1)抗压强度--材料承受压力的能力. (2)抗拉强度--材料承受拉力的能力. (3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力. (4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力. 一、屈服强度 材料拉伸的应力-应变曲线 yield strength 屈服强度（yield strength）是材料屈服的临界应力值。 （1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是在屈服点在应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力。通常用作固体材料力 学机械性能的评价指标，是材料的实际使用极限。因为材料屈服后产生颈缩，应变增大，使材料失去了原有功能。 当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(σs或σ0.2)。 有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0. 2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。 首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销不能恢复原来形状，形状发生变化） 建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。 所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过度，它标志着宏观塑性变形的开始。 二、抗拉强度 抗拉强度（tensile strength） 抗拉强度（бb）指材料在拉断前承受最大应力值。 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。 单位:kn/mm２(单位面积承受的公斤力) 抗拉强度：extensional rigidity. 抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度 目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定! 三、抗压强度 材料的常用力学性能有哪些 材料的常用力学性能指标有哪些 材料在一定温度条件和外力作用下,抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能.锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括:强度、硬度、塑性和韧性等. (1)强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力.强度指标是设计中决定许用应力的重要依据,常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb,高温下工作时,还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD. (2)塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力.塑性指标包括:伸长率δ,即试样拉断后的相对伸长量;断面收缩率ψ,即试样拉断后,拉断处横截面积的相对缩小量;冷弯(角)α,即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度. (3)韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力.韧性常用冲击功Ak和冲击韧性值αk表示.Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外,还对材料的一些缺陷很敏感,能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化.而且Ak对材料的脆性转化情况十分敏感,低温冲击试验能检验钢的冷脆性. 表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ,它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力. (4)硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标.硬度试验的方法较多,原理也不相同,测得的硬度值和含义也不完全一样.最常用的是静负荷压入法硬度试验,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、维氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力.而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验,其值代表金属弹性变形功的大小.因此,硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标. 力学性能主要包括哪些指标 材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征. 性能指标 包括:弹性指标、硬度指标、强度指标、塑性指标、韧性指标、疲劳性能、断裂韧度. 钢材的力学性能是指标准条件下钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性等,也称机械性能. 金属材料的力学性能指标有哪些 一:弹性指标 屈服强度的工程意义：传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。 需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。 屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感;材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。通常采用试验机来测试屈服强度。 抗拉强度的意义：在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力。脆性材料用于产品设计时，其许用应力是以抗拉强度为依据的。抗拉强度对一般的塑性材料有什么意义呢?虽然抗拉强度只代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在材料试验机进行的静拉伸条件下的极限承载能力。对应于抗拉强度σb的外载荷，是试样所能承受的最大载荷，尽管此后颈缩在不断发展，实际应力在不断增加，但外载荷却是在很快下降的。 弹性模量的意义：弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。 静力韧度的意义：材料在用试验机进行静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。严格的说，它应该是真应力-应变曲线下所包围的面积也就是工程上为了简化方便，近似地采取：对塑性材料静力韧度是一个强度与塑性的综合指标。单纯的高强度材料象弹簧钢，其静力韧度不高，而只具有很好塑性的低碳钢也没有高的静力韧度，只有经淬火高温回火的中碳(合金)结构钢才具有最高的静力韧度。 硬度并不是金属独立的基本性能。一般硬度计进行硬度测试。它是指金属在表面上的不大体积内抵抗变形或者破裂的能力。 现在这些表征力学性能的量都可以通过材料试验机进行试验直接得出结果的。比如我们澳珂仪器网站上就有万能材料试验机，液压万能试验机等可以测试这些力学性能的材料试验设备。但是，各种力学性能测试根据不同的标准，不同的试验机得出的数据有所差异。因而在选购试验机的时候要特别注意听专家的意见。应该提供试验规程或标准并获取相应的技术方案较为稳妥。 金属材料的硬度含义 金属材料的硬度含义（如HBS，HB，HR，HK，HRA，HRB，HRC等） HBS（布氏硬度）是硬度指标。布氏硬度是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值，它不适用于测定硬度较高的材料。 布氏硬度＝F（载荷）/A凹（压痕球形表面积） 金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。 A、布氏硬度（HB） 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]=0.6[σ]，求其d：h的合理比值。 1.屈服标准 工程上常用的屈服标准有三种： (1)比例极限应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp 表示，超过σp时即认为材料开始屈服。 (2)弹性极限试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以σel表示。应力超过σel时即认为材料开始屈服。 (3)屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以 0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ 0.2或σys。 2.影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有： 结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是： (1)固溶强化； (2)形变强化； (3)沉淀强化和弥散强化； (4)晶界xx强化。 沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。 影响屈服强度的外在因素有： 温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。 3.屈服强度的工程意义 传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。 需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。 屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。 材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。 4.加工硬化指数n的实际意义 加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。n还决定了材料能够产生的最大均匀应变量，这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否则，在偶然过载的情况下，会产生过量的塑性变形，甚至有局部的不均匀变形或断裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。 形变硬化是提高材料强度的重要手段。不锈钢有很大的加工硬化指数n= 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 τ τ= (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t1＝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： 2 s F F= 销钉横截面上的剪应力为： 3 32 1510 23.9MPa<[] 2(2010) 4 s F A ττ π - ? === ?? 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。 常用金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往妾受到各种形式外力的作托。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用：柴油机上的连杆，在传递动力时.不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。这就要求金属材料必须具有一种弟受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力* 这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。 111 强度 强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为6 单位为 MP 弘 工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。屈服逼度是指金属材料在外力作用下* 产生屈服现象时的应力，或开始岀现塑性变形吋的最低应力值，用％表示?抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用巧表示。 对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是事件逼度设计的依据！对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。 1.1 2 塑性 塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后，断面縮小的面积与原来截面积之比，用甲表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之塑性越差，良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 113 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力? 硬度的测试方法很多，生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神° C- ）布氏硬度试验法 布氏硬度试验法是用一直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头，在载荷 0 的作用下压入被测试金厲表面，保持一定时间后卸载，测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。 布氏硬度指标有 HBS 和 HBW, 前者所用压头为淬火钢球，适坤于布氏硬度值低于仍 0 的金属材料，如艮火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有包金厲等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为 450^650 的金属材料，如悴火钢等。 布氏硬度测试法，因压痕较尢故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。 冲压件对材料的要求 冲压件类型类别 材料力学性能 常用材料机构特点抗拉强度 a b MP / σ S伸长率 (%) δ 硬度 （HRB） 平板冲裁件<637 1~5 84~96 Q195，电工硅钢 冲裁件 弯曲件（以圆角半径 R>2t 作90°垂直于轧制 方向的弯曲） <490 4~14 76~85 Q195，Q275,40,45,65Mn 浅拉深件 成形件 弯曲件（以圆角半径 R>0.5t作90°垂直于轧 制方向的弯曲） <412 13~27 64~74 Q215，Q235,15,20 深拉深件 弯曲件（以圆角半径 R<0.5t作任意方向180° 的弯曲） <363 24~26 52~64 08F,08,10F,10 复杂拉延件 弯曲件（以圆角半径 R<0.5t作任意方向180° 的弯曲） <324 33~45 38~52 08A1,08F 注：表中t为板料厚度。 （需镀膜处理的零件，应选用酸洗钢板） 适用于精充的材料 钢铁非铁金属 普通碳素结构钢： Q195~Q275 优质碳素结构钢： 05,08,10~60（含碳量（质量分数）超过0.4%的碳钢。须经球化退火后在精冲） 低合金钢和合金钢（经球化退火 b σ<588MPa 的均可精冲） 不锈钢和经球化退火的合金工具钢也可精冲黄铜：H62，H68，H70，H80，锡黄铜、铝黄铜、镍黄铜均可进行精冲 青铜：锡青铜，铝青铜，铍青铜都可精冲铜：T1，T2，T3 无氧铜：TU1，TU2 纯铝：1070A~8A06 防锈铝：5A01~5A06，5B05等经淬火时效处理，在时效期内均可精冲 冲裁最小尺寸 材料 b h a s 、d c 、m e 、l 3 190,≥αR R 4 290 ,<αR R 钢b σ>882MPa 1.9t 1.6t 1.3t 1.4t 1.2t 1.1t 0.8t 1.1t 钢b σ=490~882MPa 1.7t 1.4t 1.1t 1.2t 1.0t 0.9t 0.6t 0.9t 钢b σ<490MPa 1.5t 1.2t 0.9t 1.0t 0.8t 0.7t 0.4t 0.7t 黄铜、铜、铝、锌 1.3t 1.0t 0.7t 0.8t 0.6t 0.5t 0.2t 0.5t 注：1、t 为材料厚度。 2、若冲裁件机构无特殊要求，应采用大于表中所列数值。 3、当才用整体凹模时，冲裁件轮廓应避免清角。 冲裁间隙 材料牌号 料厚 /mm 合理间隙 （径向双面） 材料牌号 料厚 /mm 合理间隙 （径向双面） 最小 最大 最小 最大 08 0.05 无 间 隙 08 0.3 无 间 隙 0.1 50 08 0.2 08 0.4 50 65Mn 屈服强度 又称为屈服极限，常用符号δs，是材料屈服的临界应力值。（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(ReL或Rp0.2)。有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。 抗拉强度（tensile strength） 试样拉断前承受的最大标称拉应力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为RM，单位为MPA。抗拉强度的定义及符号表示：试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：σ=Fb/So 式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；So--试样原始横截面积，mm2。抗拉强度（Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。万能材料试验机当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。单位:kn/mm2(单位面积承受的公斤力) 抗拉强度：extensional rigidity. 抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定! 首先，在屈服强度以下的范围内，是弹性变形，钢材没有受到破坏，所以屈服强度是划分钢材等级的标准，所以为了安全方面的考虑，必须要求实测的屈服强度必须大于标准强度。 其次，钢筋屈服以后，产生塑性变形，直至达到断裂，这个屈服点到塑性变形直至断裂的区间，一方面抗拉力减去屈服时的力的空间,可以提高安全系数。另一方面这个区间也起着抗震延性的作用，因为从进入屈服达到断裂的区段(塑性变金属材料的基本知识1有关材料力学机械性能名词1极限强度
材料强度定义
金属材料屈服强度的影响因素
常用材料力学性能.
各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系
剪切计算及常用材料强度
材料力学常用公式.
材料的常用力学性能有哪些
(重)常见材料的力学性能
常用材料
材料强度的分类.
材料的常用力学性能有哪些
屈服强度的工程意义
剪切计算及常用材料强度..
材料的屈服和抗拉强度的区别
剪切计算和常用材料强度
常用金属材料的力学性能一览表
常用材料力学性能
屈服强度