尼龍件彎曲時發生塑性變形是因為彎曲強度不夠嗎

jody.jiang

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小弟在大學里也是學機械的，但后來讀商科以后轉做項目管理好幾年了，對機械、力學方面的一些東西也已經生疏了不少；現在在做一個6Sigma黑帶項目，涉及到一些力學方面的問題不太清楚，想向各位大俠請教一下。

先說一下這個項目的背景：我們公司是做尼龍拉帶的（綁扎線），但有一款產品它的棘齒根部絞鏈很容易失力不能回彈（即在拉緊拉帶時，棘齒因為被線上的定位齒不斷地頂起，棘齒根部鉸鏈需彎曲一個固定的角度，然后回彈回來；大家如果用過綁扎線，應該很容易理解它的工作狀態）；經分析，這個失力是因為鉸鏈部位在被頂起彎曲時發生了塑性變形。

我們公司在討論這個問題的時候，基本上都認為這是因為絞鏈強度不夠所造成的；但我覺得沒這么簡單，好像不是強度這個概念，以下是我自己的一些看法，不知道是否正確，請大家幫忙分析指正一下：（為了便于理解下面問題的描述，大家可以參考如下的示意應力-應變曲線）

1.
  R, J3 V# z  n& v: H7 T6 `' h強度應該是屬于應力的范籌，在塑性變形或破壞之前能承受多大的力；但在這個問題里，我們主要應該關心的是應變，即棘齒在達到固定的彎曲角度時，還未達到塑性變形的屈服點，至于在這個位置時，它的應力是多大，而不是主要關心的（能達到一個基本的能彈回的值即可）；即如圖所示，我不關心A點的高度（強度），更關心A點的左右位置，最終目地是要使A點處于彎曲的固定角度β右側。就如一張紙，強度很低，但是可以卷起來。所以我覺得這個不是強度的概念，這個看法是否正確?

2.
如果不是強度的范籌的話，那該用一個什么物理量來表征這個問題呢？看起來幾個主要的物理量都不適合，比如強度，剪切模量，韌性，脆性。

3.
% j5 J& f! u8 {0 B% O( r) Z如果沒有一個物理量直接來衡量的話，我覺得是不是可以綜合強度及剪切模量來表征；即基于相同的剪切模量下，強度越大越好；或基于相同的強度下，剪切模量越小越好；但單獨考慮它們兩者之一都是無意義的。該條是否正確？

4.
如果上述第三條正確，那么剪切模量與強度會如下表所示共同影響最終結果，共分八種情況，前面6條好理解，問題在于后面兩條，無法定性分析最終結果是怎么樣的。

P3 ?, ]& H6 j: L	剪切模量（a線的斜率）	強度（強度線的高低） $ M- f% W' L! C% [* B1 A	定性分析不會發生塑性變形的能力（a線與強度線的交點A向右偏離β線的距離，越遠越不會發生塑性變形）
1	-	↓ # J3 T' d$ p& e, ~3 Y0 f# t: u	↓ ' b% b* [" B7 U2 R% @- L$ B( W
2	- ; I. w. `& I4 R" v	↑ ) E, X3 g! S; i8 `. D7 {	↑ ( j0 X+ [7 I2 w# Z4 k/ {
3	↓ 9 }* E) |- _3 O: K	-	↑
4	↑ 3 U& e6 S5 V, |7 J. l" r	- 6 Y& N7 }2 v) P/ k	↓ 9 C% R( D) ^% P( q
5	↓	↑ 6 ]3 D! e' v2 T3 B* ]	↑↑
6	↑	↓ - C$ Q$ L! H) s/ {6 n& {) ]" Z	↓↓
7 ! ]8 H1 v) T4 e/ h! w	↑	↑ " ?* b! y  S8 t( I5 C' M	？
8 . d0 M( \7 ~8 I) \" p	↓	↓	？

那么請問7和8會出現什么情況？

剪切模量和強度的相關關系是什么？

5.
上述第4點只是一個定性分析時遇到問題，如果能定量分析的話還是可以算出最終結果的，但請問一下強度的試驗方法是什么？我們試驗室只能測它的斷裂強度，我查了很多書也只有介紹怎么測斷裂強度；但在這里，我關心的主要是A點，即發生塑性形變時的強度，需要怎么樣測試呢？

) V+ |; k, S& Y9 B6 P  E4 s( e

djiazi

一、屈服強度（yield strength ）

又稱為屈服極限 ，常用符號δs，是材料屈服的臨界應力值。

　（1）對于屈服現象明顯的材料，屈服強度就是屈服點的應力（屈服值）；

  （2）對于屈服現象不明顯的材料，與應力-應變的直線關系的極限偏差達到規定值（通常為0.2%的永久形變）時的應力。通常用作固體材料力學機械性質的評價指標，是材料的實際使用極限。因為在應力超過材料屈服極限后產生頸縮，應變增大，使材料破壞，不能正常使用。

　　當應力超過彈性極限后，進入屈服階段后，變形增加較快，此時除了產生彈性變形外，還產生部分塑性變形。當應力達到B點后，塑性應變急劇增加，應力應變出現微小波動，這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力分別稱為上屈服點和下屈服點。由于下屈服點的數值較為穩定，因此以它作為材料抗力的指標，稱為屈服點或屈服強度(ReL或Rp0.2)。

　　有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象，通常以發生微量的塑性變形(0.2％)時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度（yield strength）。

　　首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形（外力撤銷后可以恢復原來形狀）和塑性變形（外力撤銷后不能恢復原來形狀，形狀發生變化，伸長或縮短）

　　建筑鋼材以 屈服強度 作為設計應力的依據。

　　所謂屈服，是指達到一定的變形應力之后，金屬開始從彈性狀態非均勻的向彈-塑性狀態過渡，它標志著宏觀塑性變形的開始。

二、屈服強度標準

　　建設工程上常用的屈服標準有三種：

　　1、比例極限 應力-應變曲線上符合線性關系的最高應力，國際上常采用σp表示，超過σp時即認為材料開始屈服。

　　2、彈性極限 試樣加載后再卸載，以不出現殘留的永久變形為標準，材料能夠完全彈性恢復的最高應力。國際上通常以Rel表示。應力超過Rel時即認為材料開始屈服。

　　3、屈服強度 以規定發生一定的殘留變形為標準，如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度，符號為Rp0.2。

三、影響屈服強度的因素

　　影響屈服強度的內在因素有：

　　結合鍵、組織、結構、原子本性。如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結合鍵的影響是根本性的。從組織結構的影響來看，可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度，這就是：(1)固溶強化；(2)形變強化；(3)沉淀強化和彌散強化；(4)晶界和亞晶強化。沉淀強化和細晶強化是工業合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中，前三種機制在提高材料強度的同時，也降低了塑性，只有細化晶粒和亞晶，既能提高強度又能增加塑性。

　　影響屈服強度的外在因素有：

　　溫度、應變速率、應力狀態。隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感，這導致了鋼的低溫脆化。應力狀態的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內在性能的一個本質指標，但應力狀態不同，屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度。

四、屈服強度的工程意義

　　----傳統的強度設計方法，對塑性材料，以屈服強度為標準，規定許用應力[σ]=σys/n，安全系數n一般取2或更大，對脆性材料，以抗拉強度為標準，規定許用應力[σ]=σb/n，安全系數n一般取6。

　　需要注意的是，按照傳統的強度設計方法，必然會導致片面追求材料的高屈服強度，但是隨著材料屈服強度的提高，材料的抗脆斷強度在降低，材料的脆斷危險性增加了。

　　----屈服強度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強度增高，對應力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強度是材料性能中不可缺少的重要指標。