抗拉強(qiáng)度的案例
抗拉強(qiáng)度對巖石邊坡穩(wěn)定性的影響(Effect of tensile strength on the stability)
1 引言
在一般的巖石邊坡分析和設(shè)計(jì)中，我們通常假定巖石不抗拉，即巖石的抗拉強(qiáng)度為0. 不過對于由非完全貫通節(jié)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(shè)計(jì)，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(shù)據(jù)集】中。這個(gè)筆記簡要回顧了文獻(xiàn)[1]的研究結(jié)果---抗拉強(qiáng)度對巖石邊坡穩(wěn)定性的影響。
巖石力學(xué)---從物理試驗(yàn)到數(shù)值試驗(yàn)
巖體和混凝土強(qiáng)度與變形模量的直接關(guān)系
屈曲傾倒破壞(flexural toppling failure)
IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構(gòu)模型(1)
連續(xù)屈服節(jié)理模型(continuously yielding joint)
2 抗拉強(qiáng)度對巖石邊坡穩(wěn)定性的影響
這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是探討巖石邊坡過程和機(jī)制，模擬巖體內(nèi)部的損傷過程，捕捉邊坡坡不穩(wěn)定的抗拉強(qiáng)度退化效應(yīng)。主要回答了以下問題：
(1) 抗拉強(qiáng)度對邊坡不穩(wěn)定有何影響？
(2) 是否有這樣一類問題，當(dāng)邊坡運(yùn)動有額外的自由度才能發(fā)生破壞？
(3) 抗拉強(qiáng)度或摩擦力是否控制巖石邊坡的不穩(wěn)定？
(4) 支護(hù)對邊坡行為過程有何影響？
巖石邊坡的穩(wěn)定性通常被認(rèn)為是破裂表面(rupture surface)剪切強(qiáng)度的函數(shù)。在天然形成的邊坡上，破裂表面通常是不連續(xù)的，斷裂和節(jié)理斷續(xù)地分離了大的巖塊。破裂表面的強(qiáng)度由抗拉強(qiáng)度、粘結(jié)力和摩擦力三個(gè)分量組成。雖然大量的研究集中在剪切強(qiáng)度、粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角對邊坡穩(wěn)定性的影響，但對抗拉強(qiáng)度在邊坡穩(wěn)定性中的作用的研究卻很少。這項(xiàng)研究分析了抗拉強(qiáng)度和抗拉壓裂對巖石邊坡傾倒的影響。
展開 通過材料抗拉強(qiáng)度擬合S-N曲線
（1）通過抗拉強(qiáng)度Su 估算103次循環(huán)載荷的應(yīng)力幅S1000
對于彎曲載荷，S1000的值約等于抗拉強(qiáng)度Su的90%；對于軸向拉伸載荷，S1000的值約等于抗拉強(qiáng)度Su的75%；對于扭轉(zhuǎn)載荷，主要承受剪切力，S1000的值約等于剪切強(qiáng)度Sus的90%。
不同的材料剪切強(qiáng)度差異很大，鋼材的剪切強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的80%，有色金屬的剪切強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的70%，鑄鐵的剪切強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的130%。
將以上數(shù)據(jù)總結(jié)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(zhuǎn)
0.9×Sus = 0.72×Su
有色金屬
扭轉(zhuǎn)
0.9×Sus = 0.63×Su
鑄鐵
扭轉(zhuǎn)
0.9×Sus = 1.17×Su
（2）通過抗拉強(qiáng)度Su 估算疲勞極限的應(yīng)力幅Sbe
由于循環(huán)載荷的作用，微裂紋將在材料晶粒內(nèi)成核，并增長到一個(gè)晶粒大小的量級，此時(shí)晶界勢壘會阻礙微裂紋的生長。如果晶界勢壘不夠強(qiáng)，微裂紋將擴(kuò)展為宏觀裂紋，導(dǎo)致構(gòu)件失效。如果晶界勢壘足夠強(qiáng)，微裂紋將被阻止并形成一個(gè)不可擴(kuò)展的裂紋，使微裂紋不再繼續(xù)擴(kuò)展的最小應(yīng)力幅稱為材料的疲勞極限，此時(shí)材料理論上擁有無限循環(huán)壽命。
由于不能無限次的測試循環(huán)壽命，對于鋼材，將106次循環(huán)載荷的應(yīng)力幅認(rèn)為是疲勞極限，對于鋁合金，將5×108次循環(huán)載荷的應(yīng)力幅作為疲勞極限，對于鑄鐵，將5×107次循環(huán)載荷的應(yīng)力幅作為疲勞極限。
對于中、高強(qiáng)度鋼，疲勞極限Sbe會隨著抗拉強(qiáng)度Su的增加而線性增加，即：Sbe/ Su = 常數(shù)。
展開 金屬圓棒膠粘接頭在高拉伸速率下的抗拉強(qiáng)度評價(jià)方法
圖5 高速相機(jī)拍攝畫面
結(jié)果分析
5.1 拉伸載荷-位移曲線及粘接強(qiáng)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(jī)拍攝的拉伸過程對應(yīng)。
大部分測試樣品力值在達(dá)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?yàn)榈竭_(dá)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(jì)算膠粘接頭的抗拉強(qiáng)度，結(jié)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(qiáng)度逐漸減小，12000mm/s到200mm/s的強(qiáng)度降幅較大，200mm/s和120mm/s的強(qiáng)度相差較小，高溫下接頭抗拉強(qiáng)度對拉伸速率更為敏感，從12000mm/s到200mm/s的抗拉強(qiáng)度下降了約62%，而相同速率變化，常溫和低溫抗拉強(qiáng)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(huán)境中接頭抗拉強(qiáng)度均有不同程度的降低。
展開 【實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)】動力電池行業(yè)振動/沖擊/擠壓等工況安全閾值（判斷標(biāo)準(zhǔn)）的進(jìn)階理解
電池包仿真行業(yè)內(nèi)，如隨機(jī)振動仿真常用材料抗拉強(qiáng)度的1/5或屈服強(qiáng)度的1/3做為安全閾值，李某人參加過多次行業(yè)峰會，曾與從電池包行業(yè)十幾年的仿真專家和高校教授交流過，這個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)是什么？出自何處？答案都是判斷標(biāo)準(zhǔn)是行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和修正得到，已經(jīng)找不到出處源頭。對此李某人保持懷疑態(tài)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(gè)工況判斷標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。
隨機(jī)振動
行業(yè)內(nèi)常用標(biāo)準(zhǔn)：材料抗拉強(qiáng)度的1/5、屈服強(qiáng)度的1/3
工況解讀：隨機(jī)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(nèi)正常使用
如上圖，假設(shè)某一材料抗拉強(qiáng)度為200MPa，屈服強(qiáng)度為120MPa，則材料抗拉強(qiáng)度的1/5和屈服強(qiáng)度的1/3都為40MPa，該應(yīng)力狀態(tài)下，材料可承受10^7次拉伸，此時(shí)材料具有無限壽命。以此特例說明，其實(shí)電池包中使用的大部分材料的抗拉強(qiáng)度的1/5≈屈服強(qiáng)度的1/3，且其應(yīng)力值都≤10^7對應(yīng)的應(yīng)力值。也就是說當(dāng)隨機(jī)振動的材料抗拉強(qiáng)度的1/5或屈服強(qiáng)度的1/3時(shí)，材料具有無限壽命，能夠滿足整車生命周期（10~20年）范圍內(nèi)正常使用
因此，材料抗拉強(qiáng)度的1/5或屈服強(qiáng)度的1/3為安全閾值的判斷標(biāo)準(zhǔn)，無論是行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，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(jī)械沖擊
行業(yè)內(nèi)常用標(biāo)準(zhǔn)：材料的屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度+2%塑性應(yīng)變、抗拉強(qiáng)度
工況解讀：機(jī)械沖擊仿真是模擬整車行駛過程中遇到的溝坎等偶發(fā)瞬時(shí)載荷，需滿足整車生命周期（10~20年）范圍內(nèi)正常使用
相比于隨機(jī)振動的持續(xù)性，機(jī)械沖擊具有偶發(fā)性、瞬時(shí)性，機(jī)械沖擊發(fā)生后電池包需要繼續(xù)正常工作。
展開 
TiAl4822 合金鍛造工藝參數(shù)的研究
圖4 和圖5 分別為不同鍛造溫度下，試樣的抗拉強(qiáng)度和室溫延伸率趨勢圖，由圖可以看出，室溫抗拉強(qiáng)度與鍛造溫度成正比。隨著鍛造溫度的升高，室溫抗拉強(qiáng)度有明顯的升高，高溫抗拉強(qiáng)度隨著鍛造溫度的升高也在逐漸提升。當(dāng)鍛造溫度高于1120℃時(shí)，高溫抗拉強(qiáng)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(dá)30%，延伸率最低為4%。本次試驗(yàn)鍛造的TiAl4822 合金力學(xué)性能高于原始鑄錠。
圖4 不同鍛造溫度下的抗拉強(qiáng)度
圖5 不同鍛造溫度下的延伸率
⑵不同鍛造應(yīng)變速率對力學(xué)性能的影響。
根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整鍛造工藝參數(shù)，并對不同應(yīng)變速率下鍛造的TiAl4822 鈦合金試塊進(jìn)行力學(xué)性能分析，并與原始的鑄錠性能進(jìn)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(yīng)變速率(10-1、4×10-3、10-3)下進(jìn)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(yàn)機(jī)上測試試樣室溫和高溫拉伸性能。
圖6 為不同應(yīng)變速率下試樣的抗拉強(qiáng)度，圖7 為不同應(yīng)變速率下試樣的延伸率，由圖可以看出，隨著鍛造應(yīng)變速率的增大，TiAl4822 合金室溫抗拉強(qiáng)度降低；鍛造應(yīng)變速率對高溫抗拉強(qiáng)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(dá)29%，延伸率最低為3%。本次試驗(yàn)鍛造的TiAl4822 合金力學(xué)性能高于原始鑄錠。
圖6 不同應(yīng)變速率下的抗拉強(qiáng)度
圖7 不同應(yīng)變速率下的延伸率
⑶不同鍛造變形量對力學(xué)性能的影響。
根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整鍛造工藝參數(shù)，并對不同變形量鍛造的TiAl4822 合金試塊進(jìn)行力學(xué)性能分析。
展開 abaqus脆性材料設(shè)置方法
分割程度跟品質(zhì)會嚴(yán)重的影響到玻璃的整體的強(qiáng)度。因?yàn)樗谇懈畹臅r(shí)候表面會產(chǎn)生一些裂隙。這個(gè)裂隙如果只要被沒有被研磨掉，在承受這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，就很容易會因?yàn)檫@個(gè)裂隙，馬上迅速的延伸到整個(gè)玻璃，所以它的斷裂情況會是很迅速的。
先依據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，來算一下材料的elastic modules，跟破壞時(shí)的抗拉強(qiáng)度。這個(gè)公式基本上是在網(wǎng)絡(luò)上可以很容易的找到，這里就不做說明。直接把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入這個(gè)公式里面，然后去計(jì)算出他的楊氏模量以及抗拉強(qiáng)度，因?yàn)榍懊嬗刑岬剿幸恍┳儺愋源嬖冢灾苯影堰@五個(gè)sample 都去取一個(gè)平均值。所以取得結(jié)果是楊氏模量在75.8Gpa，抗拉強(qiáng)度是57Mpa。
上方跨距下壓的時(shí)候，如果他在量測δ的時(shí)候，δ有時(shí)候可能不是很容易量取，所以這邊提供另外一個(gè)計(jì)算公式給各位做參考。
借由這個(gè)前面算出來的抗拉強(qiáng)度57Mpa以及E值，就可以知道最大彈性應(yīng)變是數(shù)值是7.5E-4，因?yàn)檫@個(gè)玻璃材料我們前面有講說他是脆性的破壞，只要它一達(dá)到抗拉強(qiáng)度之后，它可以承受的這個(gè)應(yīng)變也是非常非常的小，所以把這個(gè)應(yīng)變量假設(shè)成e-5。意思就是說這個(gè)應(yīng)力應(yīng)變圖只要達(dá)到一個(gè)抗拉強(qiáng)度之后，它只能承受一點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)變量，它就會迅速的整個(gè)破壞。
在設(shè)定材料時(shí)候，一開始就是基本的這個(gè)密度以及elastic 這個(gè)材料。這個(gè)大概大家應(yīng)該不會有什么問題，那主要楊氏模量的地方，就是按照前面所設(shè)定的75.8Gpa，然后設(shè)置poisson ratio為0.24。
brittle cracking的地方它主要設(shè)定了就是四個(gè)參數(shù)。可以把它想象成是我們前面以前在做plastic 時(shí)候一樣，它的應(yīng)力跟應(yīng)變。應(yīng)力前面算出來的平均值是抗拉強(qiáng)度是57MPa，那應(yīng)變就設(shè)成零。
展開 噴丸強(qiáng)化表面的疲勞過程
裂紋萌生期依賴于抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度增加可使裂紋萌生時(shí)間增加，這種關(guān)系也適合于低溫的情況，但裂紋產(chǎn)生后，并不穩(wěn)定擴(kuò)展。這是由于隨著表面層殘余應(yīng)力的增加，裂紋的擴(kuò)展可被推遲到Ng(該點(diǎn)定義為裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展至斷裂時(shí)的壽命)。隨著壓應(yīng)力的增加，裂紋遲緩(Ng-Ni)增加，循環(huán)到斷裂的周次Nf也增加。Ni為裂紋萌生時(shí)的循環(huán)周次，Nf為循環(huán)至斷裂的周次。
同一表面處理狀態(tài)下，增加抗拉強(qiáng)度，疲勞壽命增加。同一抗拉強(qiáng)度下，預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的疲勞壽命增加。
疲勞壽命受臨界裂紋長度ac的限制，而臨界裂紋長度依賴于抗拉強(qiáng)度和溫度。降低溫度和增加抗拉強(qiáng)度都使臨界裂紋長度減少，當(dāng)然，臨界裂紋長度也受加載水平影響。
對不同抗拉強(qiáng)度、試驗(yàn)溫度和表面處理試樣疲勞后，試樣力學(xué)性能的變化(由疲勞加載所引起)如表4所示。
展開 李小剛，等：基于離散元法的壓裂裂縫特征研究
3.3 層理抗拉強(qiáng)度的影響
在數(shù)值模擬中層理強(qiáng)度通常由抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度共同表征，為了探究層理抗拉強(qiáng)度對裂縫擴(kuò)展的影響，設(shè)置抗拉強(qiáng)度分別為 1、3、5、7 MPa，其他參數(shù)保持一致，模擬結(jié)果見圖11—圖13。
從圖 11 可知，在不同層理抗拉強(qiáng)度下，裂縫形態(tài)無明顯變化，說明層理抗拉強(qiáng)度對裂縫形態(tài)無顯著影響。隨著層理抗拉強(qiáng)度增大，水力裂縫和天然裂縫面積增大，層理面積減小，其幅度均不超過8 %，說明層理抗拉強(qiáng)度影響裂縫擴(kuò)展，但非主要因素（圖12）。考慮到實(shí)驗(yàn)過程中開啟的天然裂縫與層理連通，設(shè)置一組對照實(shí)驗(yàn)，對照實(shí)驗(yàn)不考慮天然裂縫，且其他條件與上述實(shí)驗(yàn)保持一致，繪制層理破裂云圖（圖13）。從圖13可知，天然裂縫存在時(shí)，層理破裂類型以剪切破裂為主；反之，層理破裂類型以拉張破裂為主，說明天然裂縫促使層理破裂類型傾向于剪切破裂。因此，對于連通天然裂縫的層理，抗剪強(qiáng)度是影響層理開啟的主要強(qiáng)度因素，而非抗拉強(qiáng)度。
3.4 天然裂縫內(nèi)聚力的影響
天然裂縫內(nèi)聚力是表征其抵抗外來剪切作用的重要參數(shù)。為了研究天然裂縫內(nèi)聚力對裂縫擴(kuò)展的影響，設(shè)置內(nèi)聚力分別為 1、3、5、7 MPa，其他參數(shù)保持一致，模擬結(jié)果見圖14和圖15。
從圖14可知，不同天然裂縫內(nèi)聚力情況下，模型均開啟兩條天然裂縫，且裂縫形態(tài)一致，說明內(nèi)聚力與天然裂縫開啟數(shù)量和裂縫形態(tài)無關(guān)。從圖15 可知，天然裂縫內(nèi)聚力從1 MPa 增加到7 MPa，水力裂縫面積增長4 %，層理面積增長1 %，天然裂縫面積減小55 %，說明天然裂縫內(nèi)聚力主要影響天然裂縫開啟，對水力裂縫和層理作用不明顯。
展開 現(xiàn)代公司開發(fā)新型高強(qiáng)度控制臂用鋼
雖然取得較高的抗拉強(qiáng)度和出色的擴(kuò)孔性能異常關(guān)鍵，但是對冷卻方式的控制也非常困難。現(xiàn)代制鐵另覓蹊徑開發(fā)了新的材料，其做法是采用普通的冷卻方式將精細(xì)的納米級金屬顆粒析出到單相鐵素體基體中。
這種高強(qiáng)度、高擴(kuò)孔鋼的化學(xué)組成與日本JFE鋼鐵公司開發(fā)的鋼材非常相似。不同的是，JFE公司的研究方向是鈦析出物，而現(xiàn)代制鐵研究重點(diǎn)是鈦和鈮析出物。高擴(kuò)孔鋼的基體為軟性鐵素體，包含精細(xì)的鈦和鈮析出相。
研究人員準(zhǔn)備了四個(gè)實(shí)驗(yàn)用鋼錠對其展開測試。鋼錠首先放入1200℃高溫熔爐中，然后鍛造成50mm厚的鋼板。
鋼板然后再切割成200mm寬、120mm長的鋼片。鋼片再加熱到1250℃，然后熱軋成厚度為4.0mm的片材。熱軋結(jié)束時(shí)溫度控制在900℃。在熱軋工藝后，鋼板在室溫下冷卻，然后在高溫爐中保持600℃，用于模擬熱卷工藝，然后保持在爐中在室溫下冷卻。抗拉強(qiáng)度測試采用JIS 5號樣品以橫向方式進(jìn)行，擴(kuò)孔率根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則進(jìn)行對比測試。
測試結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)用材料的抗拉強(qiáng)度為800MPa，擴(kuò)孔率為65%。熱帶軋機(jī)上產(chǎn)品預(yù)備材料的抗拉強(qiáng)度為839MPa，擴(kuò)孔率亦為65%。
用于汽車件
現(xiàn)代制鐵開發(fā)了一款全新的高擴(kuò)孔TS/780MPa熱軋先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，平衡了延伸率（EL）、擴(kuò)孔率（λ）和降伏比（YS/TS）等參數(shù)，并將該材料應(yīng)用于一款中型車輛底盤上的前下控制臂。
該部件由現(xiàn)代制鐵與其供應(yīng)商聯(lián)合開發(fā)。之前車型采用的是一塊3.5mm厚、抗拉強(qiáng)度為590MPa的主板，外加一塊2.3mm厚、440MPa級的加強(qiáng)板。不過，如果在新款車型上采用厚度為3.5mm、抗拉強(qiáng)度為780MPa的材料，現(xiàn)代制鐵研究人員認(rèn)為可以放棄使用加強(qiáng)板。
展開 Abaqus在汽車支架結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用實(shí)例
Abaqus在汽車支架結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用實(shí)例
前言：
汽車支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是汽車行業(yè)在可靠性設(shè)計(jì)中所關(guān)心的最基本的問題，通過CAE仿真指出支架在不同工況下受到的最大應(yīng)力等，為進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，為汽車行業(yè)在提高可靠性、降低產(chǎn)品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
概述：
針對某款支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，旨在確保產(chǎn)品在不同工況下不會受到破壞，確保安全。在分析過程中，發(fā)現(xiàn)加載300N的力后，最大應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度，支架會發(fā)生破壞，本著讓產(chǎn)品更加優(yōu)秀的原則，我司對產(chǎn)品進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)并再次分析，結(jié)果小于其抗拉強(qiáng)度，使其破壞風(fēng)險(xiǎn)降低。
使用軟件：
Hypermsh,Abaqus/standard
分析結(jié)果：
修改前的應(yīng)力云圖：
加載300N，最大應(yīng)力達(dá)到80Mpa，大于抗拉強(qiáng)度，支架會發(fā)生斷裂。斷裂位置為支架上部分與下部分連接處。
最大總體位移13.42mm。
優(yōu)化后的分析結(jié)果：
加載300N，最大應(yīng)力61.85Mpa，小于其抗拉強(qiáng)度80Mpa，破壞風(fēng)險(xiǎn)低。最大應(yīng)力位于背部加強(qiáng)筋處。
最大總體位移8.923mm。
結(jié)論：
修改后最大應(yīng)力61.85Mpa，小于其抗拉強(qiáng)度。修改后模型強(qiáng)度較改前好。修改后總體位移8.923mm，其剛度較修改前好。
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展開 一種新型高強(qiáng)度低溫?zé)岢尚弯?/span>
這些結(jié)果表明，當(dāng)罩退退火溫度在570-630℃之間時(shí)，鋼的抗拉強(qiáng)度超過1400MPa，總伸長率為9%。在690℃以上，拉伸強(qiáng)度和總伸長率明顯下降。這些惡化的力學(xué)性能可以歸因于先前的奧氏體粒尺寸和板條馬氏體分?jǐn)?shù)的增加。
Keywords: Low temperature hot forming; Medium-Mn; Microstructure; Mechanical characteristics
1. Introduction
目前，由于汽車車身輕量化和提高被動安全性的需求，促使汽車行業(yè)持續(xù)開發(fā)新的材料和制造工藝。熱沖壓是一種結(jié)合了成型和淬火工藝，用以生產(chǎn)超高強(qiáng)度汽車結(jié)構(gòu)件的創(chuàng)新且有效方法，如汽車A柱、B柱、車頂梁、保險(xiǎn)杠等 [1,2]。在熱沖壓生產(chǎn)過程中，將硼鋼放到800-950℃的加熱爐中保溫3-10分鐘，使其充分奧氏體化，然后迅速轉(zhuǎn)移到模具中，成形和淬火同時(shí)進(jìn)行，并最終獲得具有超高抗拉強(qiáng)度的全馬氏體組織構(gòu)件[3,4]。22MnB5（抗拉強(qiáng)度在1300MPa以上）是近幾十年來在熱沖壓生產(chǎn)中最常用的硼鋼。近年來，一種抗拉強(qiáng)度超過1800 MPa的新型熱沖壓鋼被開發(fā)出來，用以取代部分傳統(tǒng)的熱沖壓鋼。
熱成形鋼在模具中淬火冷卻成形獲得全馬氏體結(jié)構(gòu)是其重大特點(diǎn)。 然而較高的熱處理溫度導(dǎo)致氧化皮嚴(yán)重，同時(shí)需要較高的冷卻能力，導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)制造成本較高，影響傳統(tǒng)熱成形鋼的應(yīng)用，近年來低溫?zé)釠_壓成形技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)，中錳成分可降低奧氏體化溫度，同時(shí)對冷卻能力要求低，最終性能優(yōu)異[5, 6].
2.
展開 
機(jī)械干了一輩子 螺栓上的4.8、8.8是什么意思
鋼結(jié)構(gòu)連接用螺栓性能等級分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余個(gè)等級，其中8.8級及以上螺栓材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火、回火），通稱為高強(qiáng)度螺栓，其余通稱為普通螺栓。螺栓性能等級標(biāo)號有兩部分?jǐn)?shù)字組成，分別表示螺栓材料的公稱抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比值。例如：
性能等級4.6級的螺栓，其含義是：
螺栓材質(zhì)公稱抗拉強(qiáng)度達(dá)400MPa級；
螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為0.6；
螺栓材質(zhì)的公稱屈服強(qiáng)度達(dá)400×0.6=240MPa級。
性能等級10.9級高強(qiáng)度螺栓，其材料經(jīng)過熱處理后，能達(dá)到：
螺栓材質(zhì)公稱抗拉強(qiáng)度達(dá)1000MPa級；
螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為0.9；
螺栓材質(zhì)的公稱屈服強(qiáng)度達(dá)1000×0.9=900MPa級。
螺栓性能等級的含義是國際通用的標(biāo)準(zhǔn)，相同性能等級的螺栓，不管其材料和產(chǎn)地的區(qū)別，其性能是相同的，設(shè)計(jì)上只選用性能等級即可。
強(qiáng)度等級所謂8.8級和10.9級是指螺栓的抗剪切應(yīng)力等級為8.8GPa和10.9GPa
8.8 公稱抗拉強(qiáng)度800N/MM2 公稱屈服強(qiáng)度640N/MM2
一般的螺栓是用"X.Y"表示強(qiáng)度的，X*100=此螺栓的抗拉強(qiáng)度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服強(qiáng)度（因?yàn)榘礃?biāo)識規(guī)定：屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度=Y/10）
如4.8級，則此螺栓的抗拉強(qiáng)度為：400MPa；屈服強(qiáng)度為：400*8/10=320MPa。
另：不銹鋼螺栓通常標(biāo)為A4-70，A2-70的樣子，意義另有解釋。
展開 ANSYS鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂計(jì)算介紹 附ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例下載
7、給混凝土指定合理的抗拉強(qiáng)度（通過混凝土材料），可以極大地提高收斂性。
8、為了得到一個(gè)好的結(jié)果，在結(jié)構(gòu)主要受彎厚度方向單元不要太少，不要少于4層，8層以上比較好（如本例為8層）。
用SOLID65模擬混凝土，BEAM188單元模擬鋼筋，混凝土給定抗拉強(qiáng)度0.1MPa，對前述算例進(jìn)行開裂分析，并進(jìn)行比較。
3.1．SOLID65開裂靜力分析
圖14為計(jì)算模型，鋼筋節(jié)點(diǎn)與混凝土節(jié)點(diǎn)之間建立位移約束方程，梁端部建立剛性區(qū)來施加載荷。圖15為鋼筋分布圖，混凝土采用透明來直觀顯示結(jié)構(gòu)。
圖16為載荷達(dá)到1500N時(shí)混凝土梁軸向正應(yīng)力，固端紅色區(qū)域中除了小部分為小于抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)外，大部分為開裂區(qū)。圖17為相應(yīng)的鋼筋正應(yīng)力。受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力為-0.78MPa，受壓鋼筋應(yīng)力為-3.60MPa，受拉鋼筋應(yīng)力為15.7MPa， 拉裂區(qū)應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)。與前面CivilFEM的計(jì)算結(jié)果比較可以看出，二者是非常接近的，雖然本例中混凝土指定了0.1MPa的抗拉強(qiáng)度，但由于抗拉強(qiáng)度很小，所以計(jì)算結(jié)果變化不大，但抗拉強(qiáng)度的存在卻可以大大提高SOLID65的收斂性而且更接近實(shí)際。
圖18為載荷達(dá)到-1500N時(shí)混凝土梁軸向正應(yīng)力，圖19為相應(yīng)的鋼筋正應(yīng)力。受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力為-0.89MPa，受壓鋼筋應(yīng)力為-3.62MPa，受拉鋼筋應(yīng)力為23.4MPa， 拉裂區(qū)應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)。計(jì)算結(jié)果同樣與CivilFEM非常接近。
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7、給混凝土指定合理的抗拉強(qiáng)度（通過混凝土材料），可以極大地提高收斂性。
8、為了得到一個(gè)好的結(jié)果，在結(jié)構(gòu)主要受彎厚度方向單元不要太少，不要少于4層，8層以上比較好（如本例為8層）。
用SOLID65模擬混凝土，BEAM188單元模擬鋼筋，混凝土給定抗拉強(qiáng)度0.1MPa，對前述算例進(jìn)行開裂分析，并進(jìn)行比較。
3.1．SOLID65開裂靜力分析
圖14為計(jì)算模型，鋼筋節(jié)點(diǎn)與混凝土節(jié)點(diǎn)之間建立位移約束方程，梁端部建立剛性區(qū)來施加載荷。圖15為鋼筋分布圖，混凝土采用透明來直觀顯示結(jié)構(gòu)。
圖16為載荷達(dá)到1500N時(shí)混凝土梁軸向正應(yīng)力，固端紅色區(qū)域中除了小部分為小于抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)外，大部分為開裂區(qū)。圖17為相應(yīng)的鋼筋正應(yīng)力。受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力為-0.78MPa，受壓鋼筋應(yīng)力為-3.60MPa，受拉鋼筋應(yīng)力為15.7MPa， 拉裂區(qū)應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)。與前面CivilFEM的計(jì)算結(jié)果比較可以看出，二者是非常接近的，雖然本例中混凝土指定了0.1MPa的抗拉強(qiáng)度，但由于抗拉強(qiáng)度很小，所以計(jì)算結(jié)果變化不大，但抗拉強(qiáng)度的存在卻可以大大提高SOLID65的收斂性而且更接近實(shí)際。
圖18為載荷達(dá)到-1500N時(shí)混凝土梁軸向正應(yīng)力，圖19為相應(yīng)的鋼筋正應(yīng)力。受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力為-0.89MPa，受壓鋼筋應(yīng)力為-3.62MPa，受拉鋼筋應(yīng)力為23.4MPa， 拉裂區(qū)應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)。計(jì)算結(jié)果同樣與CivilFEM非常接近。
圖20為載荷1500N 時(shí)開裂計(jì)算得到的Y向位移圖，梁端最大為0.0062m，圖21為不考慮開裂的Y向位移圖，梁端為0.0017m（將抗拉強(qiáng)度設(shè)置為無窮大即可不考慮開裂），結(jié)果與CivilFEM相同，開裂使得位移增加了很多。
SOLID65單元可以繪圖表示開裂區(qū)，圖22、23為載荷1500N和-1500N 時(shí)開裂區(qū)分布。
展開 實(shí)例講解：如何解決缸體力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)、滲漏、夾渣等缺陷？
采用濕法分析鐵液成分，10 t萬能強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)檢測抗拉強(qiáng)度，布氏硬度計(jì)檢測硬度，金相顯微鏡檢查金相組織。
2試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1爐料配比
根據(jù)我廠的實(shí)際條件，我們對不同的爐料配比進(jìn)行了試驗(yàn)，具體的爐料配比見表2。并且在同一種爐料配比方案中同時(shí)采用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑兩種孕育劑進(jìn)行孕育處理。
2.2 試生產(chǎn)抽查結(jié)果
2.2.1
力學(xué)性能和金相組織采用不同的爐料配比方案一和方案二，用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑分別進(jìn)行孕育處理，其力學(xué)性能和金相組織呈現(xiàn)出不同的結(jié)果，表3為兩種孕育劑孕育處理后的化學(xué)成分，表4為兩種孕育劑孕育處理后的力學(xué)性能和金相組織。
2.2.2鑄件質(zhì)量變化情況
采用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑分別進(jìn)行孕育處理,鑄件質(zhì)量發(fā)生了相應(yīng)的變化。用鍶硅孕育劑處理的鑄件，夾渣、滲漏、縮松等缺陷得到了明顯下降，具體統(tǒng)計(jì)情況見表5。
2.3 試生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析
從表3和表4可以看出，碳當(dāng)量在3.90%~ 4.10%范圍內(nèi)，使用鍶硅孕育劑不但可以獲得較高的力學(xué)性能，而且金相組織比使用硅鈣孕育劑的效果要好得多。當(dāng)采用第二種方案時(shí)，碳當(dāng)量在3.99%~ 4.10%范圍，也可獲得較高的抗拉強(qiáng)度值。當(dāng)碳當(dāng)量達(dá)到4.10%時(shí)，抗拉強(qiáng)度仍能達(dá)到260 MPa以上，而同爐采用硅鈣孕育劑孕育后的抗拉強(qiáng)度值在240-260 MPa范圍，比鍶硅孕育劑孕育處理的抗拉強(qiáng)度值要低20 MPa左右。
從表4可以看出，采用鍶硅孕育劑的石墨均為A型和少量C型，長度在5~6級范圍;而采用硅鈣孕育劑的石墨長度都在4~5級，隨著碳當(dāng)量的增高，石墨長度也在增長，有時(shí)還會出現(xiàn)F型石墨。用鍶硅孕育劑進(jìn)行處理的鐵液的共晶團(tuán)數(shù)量比使用硅鈣孕育劑處理的鐵液的共晶團(tuán)數(shù)量要少一些。
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