尼龙件弯曲时发生塑性变形是因为弯曲强度不够吗

jody.jiang

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小弟在大学里也是学机械的，但后来读商科以后转做项目管理好几年了，对机械、力学方面的一些东西也已经生疏了不少；现在在做一个6Sigma黑带项目，涉及到一些力学方面的问题不太清楚，想向各位大侠请教一下。

先说一下这个项目的背景：我们公司是做尼龙拉带的（绑扎线），但有一款产品它的棘齿根部绞链很容易失力不能回弹（即在拉紧拉带时，棘齿因为被线上的定位齿不断地顶起，棘齿根部铰链需弯曲一个固定的角度，然后回弹回来；大家如果用过绑扎线，应该很容易理解它的工作状态）；经分析，这个失力是因为铰链部位在被顶起弯曲时发生了塑性变形。

我们公司在讨论这个问题的时候，基本上都认为这是因为绞链强度不够所造成的；但我觉得没这么简单，好像不是强度这个概念，以下是我自己的一些看法，不知道是否正确，请大家帮忙分析指正一下：（为了便于理解下面问题的描述，大家可以参考如下的示意应力-应变曲线）

1.
+ N( t5 S8 d% v+ P6 V/ I0 P强度应该是属于应力的范筹，在塑性变形或破坏之前能承受多大的力；但在这个问题里，我们主要应该关心的是应变，即棘齿在达到固定的弯曲角度时，还未达到塑性变形的屈服点，至于在这个位置时，它的应力是多大，而不是主要关心的（能达到一个基本的能弹回的值即可）；即如图所示，我不关心A点的高度（强度），更关心A点的左右位置，最终目地是要使A点处于弯曲的固定角度β右侧。就如一张纸，强度很低，但是可以卷起来。所以我觉得这个不是强度的概念，这个看法是否正确?

2.
+ O4 o8 Z( W' s如果不是强度的范筹的话，那该用一个什么物理量来表征这个问题呢？看起来几个主要的物理量都不适合，比如强度，剪切模量，韧性，脆性。

3.
8 f  f) @" W2 Y2 H1 t$ W; d如果没有一个物理量直接来衡量的话，我觉得是不是可以综合强度及剪切模量来表征；即基于相同的剪切模量下，强度越大越好；或基于相同的强度下，剪切模量越小越好；但单独考虑它们两者之一都是无意义的。该条是否正确？

4.
% I( E* o3 W) V3 C+ B如果上述第三条正确，那么剪切模量与强度会如下表所示共同影响最终结果，共分八种情况，前面6条好理解，问题在于后面两条，无法定性分析最终结果是怎么样的。

3 \5 L2 J  f7 S( v2 l	剪切模量（a线的斜率） / M0 m8 _; i) j" M9 [/ b. G' i; N; U	强度（强度线的高低）	定性分析不会发生塑性变形的能力（a线与强度线的交点A向右偏离β线的距离，越远越不会发生塑性变形）
1 ' n2 k" I- D0 F; N% z8 q/ M2 M	-   |& V- q( K7 L* ^: s	↓	↓
2 3 l7 l( \0 C$ m/ W8 y2 I	-	↑	↑
3 ) z. _9 ]3 o* p# `	↓ + A" X7 I5 V4 \) R	-	↑ 6 B0 o* d: x' {8 L% A3 c
4	↑	-	↓
5	↓ . i* e' V" Q" J1 [) ~$ }	↑	↑↑ , B& p6 G$ _' i0 P8 ^% C$ j
6	↑ , L; J+ M0 ]& C0 m9 ^9 ^& l" D	↓	↓↓ ; [( f, S! X: S5 k
7	↑ , w6 m6 ~$ }8 I- O	↑	？ . Z# G/ d+ \% [# o- ^0 M' B
8	↓	↓ , G- f/ j2 o2 o/ H3 I4 K) B: r	？

那么请问7和8会出现什么情况？

剪切模量和强度的相关关系是什么？

5.
上述第4点只是一个定性分析时遇到问题，如果能定量分析的话还是可以算出最终结果的，但请问一下强度的试验方法是什么？我们试验室只能测它的断裂强度，我查了很多书也只有介绍怎么测断裂强度；但在这里，我关心的主要是A点，即发生塑性形变时的强度，需要怎么样测试呢？

( |# C7 J8 r: z! n2 N. ~4 M

djiazi

一、屈服强度（yield strength ）

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）。

　　首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）

　　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-塑性状态过渡，它标志着宏观塑性变形的开始。

二、屈服强度标准

　　建设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Rel表示。应力超过Rel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Rp0.2。

三、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。

四、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。