弹簧力学性能测试标准

弹簧钢丝和弹性合金丝(上)

东北特殊钢集团大连钢丝制品公司 徐效谦

弹性材料是机械和仪表制造业广泛采用的制作各种零件和元件的基础材料，它在各类机械和仪表中的主要作用有：通过变形来吸收振动和冲击能量，缓和机械或零部件的震动和冲击；利用自身形变时所储存的能量来控制机械或零部件的运动；实现介质隔离、密封、软轴连接等功能。还可以利用弹性材料的弹性、耐蚀性、导磁、导电性等物理特性，制成仪器、仪表元件，将压力、张力、温度等物理量转换成位移量，以便对这些物理量进行测量或控制。 1 弹性材料的分类 1.1 按化学成分分类

弹性材料可分为：碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢、铁基弹性合金、镍基弹性合金、钴基弹性合金等。 1.2 按使用特性分类

根据弹性材料使用特性，可作如下分类： 1.2.1 通用弹簧钢

(1)形变强化弹簧钢：碳素弹簧钢丝。 (2)马氏体强化弹簧钢：油淬火回火钢丝。 (3)综合强化弹簧钢：沉淀硬化不锈钢丝 1.2.2 弹性合金 (1)耐蚀高弹性合金 (2)高温高弹性合金 (3)恒弹性合金

(4)具有特殊机械性能、物理性能的弹性合金 2 弹簧钢和弹性合金的主要性能指标 2.1 弹性模量

钢丝在拉力作用下产生变形，当拉力不超过一定值时

基于ANSYS WORKBENCH的钢板弹簧力学性能分析

摘要：汽车钢板弹簧刚度和静负荷弧高是保证汽车行驶平顺性的重要性能指标，采用有限元分析软件模拟实验加载情况，得出板簧变形及应力情况，再与实际试验结果进行比较，为板簧的开发在设计阶段提供理论支持。

关键词：板簧；刚度；静负荷弧高；有限元分析

引言

汽车板簧是重要的高负荷安全部件。实际工作中，钢板弹簧同时存在大变形、预应力和各叶片间的接触等多种非线性响应。传统的设计计算方法，是基于材料力学线性梁理论，设计计算中进行了过多的简化，不能确切地反映其力学本质。板簧刚性试验可分为控制载荷和控制受压拱高两种方法。本文模拟的是控制载荷的刚性检测方法中的单点方式。

1.前处理

1.1.建立3D模型及材料定义 本文选用的某重型卡车所应用的少片簧式板簧，用UG建立3D模型，如图1所示，模型尽量简化，以后续分析时间，但是弹簧片两侧圆角不能简化掉，按矩形断面来计算惯性矩、断面系数和断面积，结果都偏大。[1] 弹簧材料为50CrVA，材料力学性能在此不再多述。

1.2.设置接触及网格划分 将3D模型转入ansys workbench，设置各簧片与垫片间设置接触，实际工作过程中，各簧片之间存在着复杂的接触和摩擦

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能拉伸实验室是测定材料力学性能的最常用的一 种方法。

一、拉伸试样按国标GB6397—86《金属材料试验试样》规 定，拉伸试样分为比例试样和定标距试样两种。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能1、比例计算 (1)比例计算的标距和横截面面积之间存在 如下比例关系，即

L0 K S0其中L0为试样标距，S0为试样横截面面积，比 例系数 K,一般取5.65或11.3,前者称短试样， 后者称长试样。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能(2)对于圆截面试样，短长比例试样的标距 分别取 5d 0和 10d0。(3)圆截面试样的形状如图所示，它分为三个 部分。

工作部分长度 L,一般不小于 L d0 。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能2、定标距试样定标距试样的原始标距与横截面间无比例关 系，一般 L0取100mm ,200mm 。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能二、拉伸图及应力—应变图下图为低碳钢的拉伸图和应力—应变图。

P l 由于 , 而均为常量，故两图 A0 l 形形状相同。

§ 4.2 金属材料拉伸时的力学性能三、力学性能测试(一)

专业实验（1）

八：金属材料拉伸实验讲义

一、 金属拉伸实验目的

金属力学性能是承受外载荷而不发生失效的能力，力学性能的判据是表征和判定金属力学性能所用的指标和依据，而其高低表征材料抵抗外力作用的能力水平，是评定金属测量质量的重要依据。金属拉伸实验是金属材料力学性能测试中最重要的方法之一。通过拉伸实验，可以测定材料的强度和弹性、塑性参数，为材料评价和选材提供了依据。同时熟练掌握电子万能材料实验机的使用和操作，帮助进一步理解金属材料的强度及弹性塑性性能参数的含义及测试方法。

二、 预习要求

要求学生实验前，认真阅读实验讲义以及相关参考资料，认真撰写预习报告。预习报告不合格的学生不允许参与实验。

三、 实验所需仪器设备

万能材料试验机

四、 金属拉伸试验原理

单向拉伸试验是研究材料机械性能最基本、应用最广泛的试验。由于试验方法简单且易于得到较可靠的试验数据，一般工厂中都广泛利用其试验结果来检验材料的机械性能。试验提供的弹性模量、屈服强度、断裂强度、断裂总伸长率和断面收缩率等指标是评定材质和进行强度和刚度计算的重要依据。金属材料出厂时一般都要提供上述指标以供使用和参考。

进行单向拉伸试验时，外力必须通过试样轴线以确保材料处于单向应力状态。一般试验机

王丽 复旦大学

材料基本力学性能试验—拉伸和弯曲

一、 实验原理

拉伸实验原理

拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉 至断裂为止，通过记录的力——位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。

对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图 1 所示，

图 1 金属试样拉伸示意图

则样品中的应力为

其中A 为样品横截面的面积。应变定义为

其中△l 是试样拉伸变形的长度。

典型的金属拉伸实验曲线见图 2 所示。

王丽 复旦大学

图3 金属拉伸的四个阶段

典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图 3(a)-(d)所示。直线部分的斜率E 就是杨氏模量、σs 点是屈服点。金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩 现象，接着产生强化后最终断裂。 弯曲实验原理

可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实 验结果测定材料弯曲力学性能。为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。

三点弯曲的示意图如图 4 所示。

王丽 复旦大学

图4 三点弯曲试验示意图

据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C 点的总挠度和力F 之间的关系是

?

其中I 为试样截面的惯性矩，E 为杨氏模量。?

弯曲弹性模量的测定

将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施

《混凝土结构设计原理》 基本概念自测复习题

第一部分 绪论及材料力学性能 一、选择题

1．图1所示为一素混凝土梁，这种简图是否现实。（ b ）

A．现实； B．不现实。

2-1 素混凝土梁图2-12．截面尺寸和混凝土强度等级相同的钢筋混凝土梁与纯混凝土梁相比，其承载能力：c

A．有所提高 B．有所降低 C．提高很多 D．相同

3．截面尺寸和混凝土强度等级相同的钢筋混凝土梁与纯混凝土梁相比，其抵抗开裂的能力：c A．有所提高 B．有所降低 C．提高很多 D．相同

4．混凝土组成成分中最薄弱的环节是：

A．水泥石的抗拉强度 B．砂浆的抗拉强度

C．水泥石与骨料间的粘结 D．砂浆与骨料间的粘结

5．混凝土力学指标的基本代表值是：a

A．立方体抗压标准强度 B．轴

心受压设计强度

C．轴心抗压标准强度 D．立方体抗压平均强度

7．钢筋混凝土最主要的缺点是：c

A．使用荷载下带

单晶硅纳米力学性能的测试

　　　　　　　　　OpticsandPrecisionEngineering　　　　　　　

2009年7月　　　Jul.2009

文章编号　10042924X(2009)0721602207

第17卷　第7期

　光学精密工程

Vol.17　No.7

单晶硅纳米力学性能的测试

赵宏伟1,杨柏豪2,赵宏健3,黄　虎1

(1.吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130022;2.北京航天计量测试技术研究所力学室,北京100076;

3.浙江大学材料与化学工程学院,浙江杭州310027)

摘要:对材料纳米力学性能测试手段进行了研究,着重分析了纳米压痕技术的原理和方法。结合纳米压痕技术,采用尖端四面体Vickers型单晶金刚石压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕实验测试。实验发现,在载荷为1000mN时,晶体硅出现了明显的裂纹和脆性断裂;而在载荷低于80mN的情况下,晶体硅则表现出延性特性,在不同载荷条件下对晶体硅的硬度进行了实验测试,测试结果发现,,认为导致这种差异的原因在于压痕区域晶体硅所受压力不同,,为15.7GPa。

关　键　词:单晶硅薄片;纳米力学;纳米压痕;硬度;中图分类号:TN304.07　　文献标识码propertiesofsin

王丽 复旦大学

材料基本力学性能试验—拉伸和弯曲

一、 实验原理

拉伸实验原理

拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉 至断裂为止，通过记录的力——位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。

对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图 1 所示，

图 1 金属试样拉伸示意图

则样品中的应力为

其中A 为样品横截面的面积。应变定义为

其中△l 是试样拉伸变形的长度。

典型的金属拉伸实验曲线见图 2 所示。

王丽 复旦大学

图3 金属拉伸的四个阶段

典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图 3(a)-(d)所示。直线部分的斜率E 就是杨氏模量、σs 点是屈服点。金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩 现象，接着产生强化后最终断裂。 弯曲实验原理

可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实 验结果测定材料弯曲力学性能。为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。

三点弯曲的示意图如图 4 所示。

王丽 复旦大学

图4 三点弯曲试验示意图

据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C 点的总挠度和力F 之间的关系是

?

其中I 为试样截面的惯性矩，E 为杨氏模量。?

弯曲弹性模量的测定

将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施

质量检测人员考核试题（钢筋力学性能检验部分）

一、名词解释（20分）

1、 比例试样：试样原始标距与原始横截面积有L0=k（S0）-1关系者称为比例试样。 2、 平行长度：试样两头部或两夹持部分（不带头试样）之间平行部分的长度。 3、 机械连接：通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另

一根钢筋的连接方法。

4、热影响区 ：焊接或热切割过程中，钢筋母材因受热的影响（但未熔化），使金属组织和力学性能发生变化的区域。

5、最大力伸长率：最大力时原始标距的伸长与原始标距之比的百分率。 二、填空（20分）

1、按化学成分分类，钢可分为 碳素钢 和 合金钢 两类。低碳钢的含碳量小于 0.25% 。

2、钢筋混凝土结构用钢筋主要有 热轧带肋 、 热轧光圆、低碳钢圆盘条 、冷轧带肋、冷轧扭钢筋等 。 3、HRB335为 II 级钢，标准规定，该牌号的钢σs应不小于 335 （MPa），σb应不小于 490（MPa）。

δ5应不小于 16% 。

4、低碳钢热轧圆盘条取样数量为拉伸 1 根，弯曲 2 根。试件应从 2 根钢筋中截取，距钢筋端头应

不小于 500 mm。

5、钢材的力学性能试件取

《材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能

1、 解释下列名词。

1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。

3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。

8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。

9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶