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注意沖擊和碰撞的方向應(yīng)是6個(gè)面,而不是X、Y、Z 三方向。

在環(huán)境試驗(yàn)中,振動、沖擊和碰撞是有共通點(diǎn)的:這三種試驗(yàn)都是可以作為對產(chǎn)品本身機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的一種有效檢驗(yàn)手段。

但是振動試驗(yàn)講究持續(xù)性,疲勞性。像產(chǎn)品在運(yùn)輸過程或者一些發(fā)動機(jī)上的元件在運(yùn)行時(shí)都是一個(gè)長期的過程。

沖擊試驗(yàn)是瞬間性的,破壞性的。理論上跌落試驗(yàn)也算是沖擊的一種,一般沖擊試驗(yàn)機(jī)是將物品固定在平臺上,然后將平臺上升,利用重力加速度沖擊,沖擊波形有半正弦波、梯形波、三角波。

碰撞試驗(yàn)可以看做重復(fù)性的沖擊累加。但是碰撞試驗(yàn)一般是利用物體動能來測試的,碰撞試驗(yàn)有平面的,也有斜面的。

根據(jù)試樣形狀和破斷方式,沖擊試驗(yàn)分為彎曲沖擊試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)和拉伸沖擊試驗(yàn)三種。橫梁式彎曲沖擊試驗(yàn)法操作簡單,應(yīng)用最廣,其試驗(yàn)原理見圖1。

沖擊試樣 世界各國常用的彎曲沖擊試樣如圖2所示。中國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用橫梁式試驗(yàn)法,所用標(biāo)準(zhǔn)試樣以U形缺口試樣和V形缺口試樣為主。

沖擊試樣所消耗的功,稱為沖擊功Ak。將Ak除以缺口處橫截面積F,則得沖擊韌度ak,單位為J/cm2。ak值沒有明確物理意義,因?yàn)闆_擊功并非沿著缺口處截面積均勻消耗。因此,ak值不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算。同一種金屬材料,缺口越尖越深,則塑性變形體積愈小,吸收功也愈小,材料的韌性也就愈低。因此,對于不同尺寸和缺口的試樣,所得結(jié)果不能互相換算和比較。

彎曲沖擊試驗(yàn) 是20世紀(jì)初夏比(G.Charpy)提出的,以后獲得廣泛使用。在工程上主要是用它評定冶金質(zhì)量和加工工藝質(zhì)量,以及測定韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度。如試樣上預(yù)制疲勞裂紋,用示波圖或其他方法求出載荷-時(shí)間曲線和載荷-位移曲線,還可測得動態(tài)開裂發(fā)生的斷裂韌度KId和已擴(kuò)展裂紋停止擴(kuò)展的斷裂韌度KIA等(見金屬的強(qiáng)化)。

韌性-脆性轉(zhuǎn)變 是金屬材料隨溫度降低由韌性狀態(tài)過渡到脆性狀態(tài)致使沖擊韌度急劇降低的現(xiàn)象。金屬材料典型的沖擊功與溫度的關(guān)系曲線見圖3。從韌性角度選材,最重要的是要知道韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度Tk(℃)。Tk通常是根據(jù)沖擊功(或沖擊韌度)、斷口形貌特征、變形特征與溫度的關(guān)系求得。其方法是:①選取一定沖擊功所對應(yīng)的溫度為Tk;②若用夏比V形缺口試樣,則對應(yīng)于沖擊功為15英尺-磅(20.34J)的Tk用V15TT表示;③或用斷口面積上出現(xiàn)50%結(jié)晶狀斷口時(shí)的溫度為Tk,以50%FATT表示;④還有以沖擊功曲線開始上升的溫度來定義Tk,為零塑性轉(zhuǎn)變溫度,用NDT表示。顯然,Tk因選用標(biāo)準(zhǔn)不同而異,使用Tk時(shí),一定要注意定義Tk的標(biāo)準(zhǔn)。

其他試驗(yàn) 傳統(tǒng)的彎曲沖擊試樣過小,不能反映實(shí)際構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài),所以不能滿足特殊要求。50年代起,先后提出了落錘試驗(yàn)和動態(tài)撕裂試驗(yàn)等方法,實(shí)際上都是使用大型夏比試樣的彎曲沖擊試驗(yàn)。落錘試驗(yàn)(DWT)主要用于測定金屬鋼板的NDT,試樣的厚度與實(shí)際使用的板厚相同,并且寬度加大。動態(tài)撕裂試驗(yàn)(DT)用來測定動態(tài)撕裂功和NDT。

根據(jù)落錘試驗(yàn)和動態(tài)撕裂試驗(yàn)求得的NDT,可以建立表征應(yīng)力、缺陷和工作溫度關(guān)系的斷裂分析圖(FAD)。