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在学校期间,当工程制图与公差极限配合学完后,我们通常会先学习工程材料,可见其在机械行业的重要性,今天就来回顾下工程材料中的一些基本知识点,以下归纳的知识点会偏重于CAE结构分析使用(全手工打字,非复制粘贴)。
工程材料种类很多,用途广泛,按其性能特点和用途可分为两大类:一类是结构材料,主要是利用材料的力学性能来满足结构上的需求;另一类称为功能材料,主要利用材料具有光、电、磁、热等特殊的物理性能。按材料的物质属性的特点将材料划分为金属材料、陶瓷材料和高分子材料三种基本类型。工程材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指金属材料使用某种工艺方法进行加工的难易程度。使用性能是指金属材料在正常工作条件下所表现出来的力学性能、物理性能和化学性能。
材料的力学性能,是指材料在外力作用下表现出来的性能。其主要指标有强度、塑性、硬度、韧性、疲劳、磨损、应力腐蚀和氢脆断裂等。
强度是指在外力作用下,材料抵抗塑性变形和断裂的能力,强度指标通常通过抗拉伸试验测定,其特点与规律可以画出应力-应变曲线,如图:
在看此图时先了解屈服强度σs,它表示材料从弹性状态过渡到塑性状态,其中s 点是这个零界点,即弹性变形转为塑料变形;超过这个点材料就要被破坏了。抗拉强度σb,它表示试样拉断前所能承受的最大应力值。
如图所示当应力超过屈服极限σs后,随着应力增加,塑性变形逐渐增加;超过抗拉极限σb后均匀塑性变形阶段结束,试样开始产生不均匀集中塑性变形,产生缩颈,变形量迅速增大至K点而发送断裂。因此屈服极限σs常做为结构CAE分析的标准,如HypeWorks;抗拉强度σb常做为冲压模具钣金分析的标准,如AuotForm;通过结果的数值是否超出标准做为判断结构是否合理的依据。
各名称对应的符号如图:
在结构分析时有一重要输入参数为弹性模量,它是材料在弹性范围内的应力与应变的比值,以E表示(单位为Mpa)。弹性模量相当于试件产生100%弹性变形所需的应力。金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,外在因素的变化(如温度、热处理等)对它的影响较小。工程中弹性模量E被称为材料的刚度,表征金属材料对弹性变形的抗力,其值越大,则在相同应力下产生的弹性变形就越小。比如在分析时:铝合金弹性模量为70000Mpa,钢弹性模量为210000Mpa;分析结果钢就比铝合金强很多。
最后上传一个有限元分析材质属性表,其中各种材料的都有介绍;当在设计或分析软件中没有所需的材料,都可以根据该表自行创建。
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