抗拉強度
關注創建者：劉嫣然 創建時間：2020-06-10
抗拉強度的視頻教程
abaqus巴西劈裂試驗仿真
劈裂試驗是在圓柱體試件（巖石、混凝土等脆性材料）的直徑方向上放入上下兩根墊條，施加相對的線性荷載，使之沿試件直徑向破壞，測得試件的抗拉強度。 劈裂試驗，最早由巴西人提出，所以也叫巴西劈裂試驗，呈常用于測試巖石、混凝土等脆性材料的抗拉強度。 很多土木有關專業的本科生做畢設的時候， 會被老師要求做巴西劈裂試驗的仿真。 也有一些研究生做研究的時候，也會用到巴西劈裂的仿真。
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TC4鈦合金細長軸超聲振動車削仿真
然而，該類零件的加工過程面臨雙重技術挑戰：一方面，TC4 鈦合金作為典型難加工材料，其低導熱系數（約 6.7 W/(m·K)）導致切削區熱量積聚，且較高的材料強度（抗拉強度達 900 MPa 以上）會顯著增加切削力；另一方面，細長軸結構（長徑比通常大于 20）的低剛度特性，易在切削力作用下產生彎曲變形與振動，導致加工精度難以控制。
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抗拉強度的實例教程
1 引言
在一般的巖石邊坡分析和設計中，我們通常假定巖石不抗拉，即巖石的抗拉強度為0. 不過對于由非完全貫通節理組成的巖體(巖橋破壞，step-path failure), 這樣的假定可能給出過于保守的設計，特別是在可靠性分析和傾倒破壞【巖石邊坡傾倒破壞之塊體傾倒(Block Toppling)數據集】中。這個筆記簡要回顧了文獻[1]的研究結果---抗拉強度對巖石邊坡穩定性的影響。
巖石力學---從物理試驗到數值試驗
巖體和混凝土強度與變形模量的直接關系
屈曲傾倒破壞(flexural toppling failure)
IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(1)
連續屈服節理模型(continuously yielding joint)
2 抗拉強度對巖石邊坡穩定性的影響
這項研究的重點是探討巖石邊坡過程和機制，模擬巖體內部的損傷過程，捕捉邊坡坡不穩定的抗拉強度退化效應。主要回答了以下問題：
(1) 抗拉強度對邊坡不穩定有何影響？
(2) 是否有這樣一類問題，當邊坡運動有額外的自由度才能發生破壞？
(3) 抗拉強度或摩擦力是否控制巖石邊坡的不穩定？
(4) 支護對邊坡行為過程有何影響？
巖石邊坡的穩定性通常被認為是破裂表面(rupture surface)剪切強度的函數。在天然形成的邊坡上，破裂表面通常是不連續的，斷裂和節理斷續地分離了大的巖塊。破裂表面的強度由抗拉強度、粘結力和摩擦力三個分量組成。雖然大量的研究集中在剪切強度、粘結力和內摩擦角對邊坡穩定性的影響，但對抗拉強度在邊坡穩定性中的作用的研究卻很少。這項研究分析了抗拉強度和抗拉壓裂對巖石邊坡傾倒的影響。
展開 （1）通過抗拉強度Su 估算103次循環載荷的應力幅S1000
對于彎曲載荷，S1000的值約等于抗拉強度Su的90%；對于軸向拉伸載荷，S1000的值約等于抗拉強度Su的75%；對于扭轉載荷，主要承受剪切力，S1000的值約等于剪切強度Sus的90%。
不同的材料剪切強度差異很大，鋼材的剪切強度約為抗拉強度的80%，有色金屬的剪切強度約為抗拉強度的70%，鑄鐵的剪切強度約為抗拉強度的130%。
將以上數據總結列表顯示如下所示：
材料類型
載荷類型
S1000
所有材料
彎曲
0.9×Su
所有材料
軸向
0.75×Su
鋼
扭轉
0.9×Sus = 0.72×Su
有色金屬
扭轉
0.9×Sus = 0.63×Su
鑄鐵
扭轉
0.9×Sus = 1.17×Su
（2）通過抗拉強度Su 估算疲勞極限的應力幅Sbe
由于循環載荷的作用，微裂紋將在材料晶粒內成核，并增長到一個晶粒大小的量級，此時晶界勢壘會阻礙微裂紋的生長。如果晶界勢壘不夠強，微裂紋將擴展為宏觀裂紋，導致構件失效。如果晶界勢壘足夠強，微裂紋將被阻止并形成一個不可擴展的裂紋，使微裂紋不再繼續擴展的最小應力幅稱為材料的疲勞極限，此時材料理論上擁有無限循環壽命。
由于不能無限次的測試循環壽命，對于鋼材，將106次循環載荷的應力幅認為是疲勞極限，對于鋁合金，將5×108次循環載荷的應力幅作為疲勞極限，對于鑄鐵，將5×107次循環載荷的應力幅作為疲勞極限。
對于中、高強度鋼，疲勞極限Sbe會隨著抗拉強度Su的增加而線性增加，即：Sbe/ Su = 常數。
展開 圖5 高速相機拍攝畫面
結果分析
5.1 拉伸載荷-位移曲線及粘接強度
對接樣品在不同溫度以及拉伸速率下的載荷-位移曲線如圖7~9所示，曲線的斜率代表了對接樣品的整體剛度，由膠粘劑的拉伸模量、被粘基板的拉伸剛度、粘接面積等因素決定，可以看到，曲線初始階段力值隨位移緩慢增加，隨后曲線斜率增大，圖7（a）（b）（c），圖8（a）（c）更為明顯，這與如圖10所示高速相機拍攝的拉伸過程對應。
大部分測試樣品力值在達到峰值后迅速下降，少量樣品力值下降速度較平緩，如圖9（a）（c），這主要是因為到達載荷峰值后上下基板未完全分離，還伴隨著膠粘劑本體的變形，如圖11所示。提取曲線峰值，按照公式（1）計算膠粘接頭的抗拉強度，結果如表2和圖12所示，相同測試溫度下，隨著拉伸速率的減小，抗拉強度逐漸減小，12000mm/s到200mm/s的強度降幅較大，200mm/s和120mm/s的強度相差較小，高溫下接頭抗拉強度對拉伸速率更為敏感，從12000mm/s到200mm/s的抗拉強度下降了約62%，而相同速率變化，常溫和低溫抗拉強度則分別下降了31%和22%。相同拉伸速率下，常溫下的接頭粘接性能最好，低溫和高溫環境中接頭抗拉強度均有不同程度的降低。
展開 電池包仿真行業內，如隨機振動仿真常用材料抗拉強度的1/5或屈服強度的1/3做為安全閾值，李某人參加過多次行業峰會，曾與從電池包行業十幾年的仿真專家和高校教授交流過，這個判斷標準的依據是什么？出自何處？答案都是判斷標準是行業經驗，通過大量的實驗驗證和修正得到，已經找不到出處源頭。對此李某人保持懷疑態度，直到開始研究疲勞仿真后，李某人才豁然開朗，從理論上找到了各個工況判斷標準的依據。
隨機振動
行業內常用標準：材料抗拉強度的1/5、屈服強度的1/3
工況解讀：隨機振動仿真模擬的是電池包長期服役工況，需滿足整車生命周期（10~20年）范圍內正常使用
如上圖，假設某一材料抗拉強度為200MPa，屈服強度為120MPa，則材料抗拉強度的1/5和屈服強度的1/3都為40MPa，該應力狀態下，材料可承受10^7次拉伸，此時材料具有無限壽命。以此特例說明，其實電池包中使用的大部分材料的抗拉強度的1/5≈屈服強度的1/3，且其應力值都≤10^7對應的應力值。也就是說當隨機振動的材料抗拉強度的1/5或屈服強度的1/3時，材料具有無限壽命，能夠滿足整車生命周期（10~20年）范圍內正常使用
因此，材料抗拉強度的1/5或屈服強度的1/3為安全閾值的判斷標準，無論是行業經驗，還是理論推理，其核心思想都是使材料能夠長期服役，具備“無限壽命”。
機械沖擊
行業內常用標準：材料的屈服強度、屈服強度+2%塑性應變、抗拉強度
工況解讀：機械沖擊仿真是模擬整車行駛過程中遇到的溝坎等偶發瞬時載荷，需滿足整車生命周期（10~20年）范圍內正常使用
相比于隨機振動的持續性，機械沖擊具有偶發性、瞬時性，機械沖擊發生后電池包需要繼續正常工作。
展開 圖4 和圖5 分別為不同鍛造溫度下，試樣的抗拉強度和室溫延伸率趨勢圖，由圖可以看出，室溫抗拉強度與鍛造溫度成正比。隨著鍛造溫度的升高，室溫抗拉強度有明顯的升高，高溫抗拉強度隨著鍛造溫度的升高也在逐漸提升。當鍛造溫度高于1120℃時，高溫抗拉強度沒有明顯的提升。鍛造溫度對試塊室溫延伸率以及700℃高溫延伸率影響不明顯。850℃高溫延伸率波動明顯，延伸率最高達30%，延伸率最低為4%。本次試驗鍛造的TiAl4822 合金力學性能高于原始鑄錠。
圖4 不同鍛造溫度下的抗拉強度
圖5 不同鍛造溫度下的延伸率
⑵不同鍛造應變速率對力學性能的影響。
根據前期試驗結果，調整鍛造工藝參數，并對不同應變速率下鍛造的TiAl4822 鈦合金試塊進行力學性能分析，并與原始的鑄錠性能進行比較。在φ260mm的棒料上切取35mm×75mm×75mm試料若干，在鍛造溫度1150℃，變形量為40%、不同的應變速率(10-1、4×10-3、10-3)下進行近等溫鍛造，鍛后爐冷至室溫。按1240℃、保溫2h 后爐冷熱處理后加工成拉伸試樣，在拉伸試驗機上測試試樣室溫和高溫拉伸性能。
圖6 為不同應變速率下試樣的抗拉強度，圖7 為不同應變速率下試樣的延伸率，由圖可以看出，隨著鍛造應變速率的增大，TiAl4822 合金室溫抗拉強度降低；鍛造應變速率對高溫抗拉強度、室溫延伸率以及700℃高溫延伸率影響不明顯；850℃高溫延伸率波動明顯，延伸率最高達29%，延伸率最低為3%。本次試驗鍛造的TiAl4822 合金力學性能高于原始鑄錠。
圖6 不同應變速率下的抗拉強度
圖7 不同應變速率下的延伸率
⑶不同鍛造變形量對力學性能的影響。
根據前期試驗結果，調整鍛造工藝參數，并對不同變形量鍛造的TiAl4822 合金試塊進行力學性能分析。
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抗拉強度的最新內容
抗拉強度是材料應力值的極限點，超過此值材料即被判定破壞失效。斷裂延伸率則是抗拉強度所對應的應變值，塑性應變值超過斷裂延伸率時，材料同樣被視為失效。
圖2 應力應變曲線
1.2 獲取途徑
工程應力應變曲線的獲取主要有三種途徑，各有優劣。
材質建議選用QT600及以上等級球墨鑄鐵，抗拉強度達600MPa，沖擊韌性≥15J/cm2，比HT300材質承重能力提升40%，可有效抵御瞬時沖擊載荷。結構上采用“加厚邊框+高密度十字筋板+箱型封閉框架”一體化鑄造，進一步提升平臺剛性，彌補單純厚度不足的短板，實現“厚度合理、結構補強、承重拉滿”的效果。
好T型槽地軌均采用高強度灰鑄鐵HT200-300或球墨鑄鐵QT600打造，其中灰鑄鐵工作面硬度可達HB170-240，球墨鑄鐵抗拉強度≥600MPa，從原料源頭保障了地軌的剛性與耐磨性。鑄造過程中采用砂型鑄造工藝，搭配型砂、粘土砂等好造型材料，經過嚴格的溫控處理，讓鑄件質地致密、無砂眼、無裂紋，從根本上杜絕了因材質缺陷導致的承重隱患。
其中，HT250材質可穩定承載3-10噸重量，QT600球墨鑄鐵的抗拉強度更是可達600MPa以上，承重能力可突破50-100噸，遠超普通材質地軌的承載上限。</p><p>更為關鍵的是，好地軌都會經過“高溫時效+自然時效”雙重處理，去除90%以上的內應力，避免后期使用中因應力釋放導致的變形、開裂，確保在長期重載下依然保持結構穩定，為承重能力提供持久保障。
預防與解決方法：
采購時要求提供材質報告（抗拉強度等指標），HT200為經濟型，HT250/HT300更優-1-5。
收貨時檢查外觀，用探傷儀檢測內部是否有縮孔、裂紋-1。
選擇有資質、信譽好的正規廠家-2-5。
在相同厚度下，鋼板的抗拉強度和抗沖擊能力遠高于鑄鐵。如果你要組裝一臺幾十噸甚至上百噸的重型設備，或者經常要吊運重物磕碰平臺，鋼板平臺比較安全，因為它不會像鑄鐵那樣脆裂，比較多是變形。
耐磨性：鑄鐵平臺表面的石墨本身是一種固體潤滑劑，加上其硬度和金相組織，使得它非常耐磨。鋼板平臺雖然硬，但在長期摩擦下容易拉傷、起毛。
3.
抗拉強度更高，硬度也更高，耐磨性更好。適用于精度要求高、承載較大的檢驗和試驗平臺。
球墨鑄鐵：牌號如QT500、QT600。其強度和韌性遠優于灰口鑄鐵，接近于鋼，但保留了鑄鐵的減震性。特別適合需要承受劇烈沖擊、重載或動態載荷的場合，比如重載裝配平臺和動態試驗平臺。
總結一下關鍵區別：
想要高精度測量？ 選檢驗平臺（0級或1級）。
需要承受巨大重量？
</p><p>★ 7系強度王者但焊接性差，7075極限抗拉強度達550MPa。
這里先回顧下最常用的四大強度理論：（假設材料的許用應力是最易查到標準拉伸屈服強度或抗拉強度）
第一強度理論：最大拉應力強度理論，即當結構件的最大拉應力大于材料測試的拉應力限值時就判斷的結構會失效。適用材料：脆性材料（如鑄鐵等）。只提取仿真結果的第一主應力與材料應力標準值進行比較。
核心參數與規格選擇
選擇地軌時，需重和點確認以下參數，不同應用場景的精度和承載要求差異很大：
材質與處理：
灰鑄鐵：常規場景選用 HT250 或 HT300，抗拉強度高。
球墨鑄鐵：重載或復雜環境選 QT500-7 或 QT600-3，耐磨性和抗變形能力更優。
關鍵處理：必和須經過兩次人工退火（約600-700℃）或2-3年自然時效，這是消除內應力、保證長期不變形的核心。
