朝花夕拾（3）之第二章工程材料中的CAE分析知識

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發(fā)表于 2017-3-14 12:30:19 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

朝花夕拾（1）之機(jī)械行業(yè)知識技術(shù)大綱

朝花夕拾（2）之第一章極限與配合知識回顧

   在學(xué)校期間，當(dāng)工程制圖與公差極限配合學(xué)完后，我們通常會先學(xué)習(xí)工程材料，可見其在機(jī)械行業(yè)的重要性，今天就來回顧下工程材料中的一些基本知識點(diǎn)，以下歸納的知識點(diǎn)會偏重于CAE結(jié)構(gòu)分析使用（全手工打字，非復(fù)制粘貼）。
   工程材料種類很多，用途廣泛，按其性能特點(diǎn)和用途可分為兩大類：一類是結(jié)構(gòu)材料，主要是利用材料的力學(xué)性能來滿足結(jié)構(gòu)上的需求；另一類稱為功能材料，主要利用材料具有光、電、磁、熱等特殊的物理性能。按材料的物質(zhì)屬性的特點(diǎn)將材料劃分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料三種基本類型。工程材料的性能包括工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料使用某種工藝方法進(jìn)行加工的難易程度。使用性能是指金屬材料在正常工作條件下所表現(xiàn)出來的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。
   材料的力學(xué)性能，是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的性能。其主要指標(biāo)有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞、磨損、應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂等。
   強(qiáng)度是指在外力作用下，材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，強(qiáng)度指標(biāo)通常通過抗拉伸試驗測定，其特點(diǎn)與規(guī)律可以畫出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖：

   在看此圖時先了解屈服強(qiáng)度σs，它表示材料從彈性狀態(tài)過渡到塑性狀態(tài)，其中s 點(diǎn)是這個零界點(diǎn)，即彈性變形轉(zhuǎn)為塑料變形；超過這個點(diǎn)材料就要被破壞了。抗拉強(qiáng)度σb，它表示試樣拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值。
   如圖所示當(dāng)應(yīng)力超過屈服極限σs后，隨著應(yīng)力增加，塑性變形逐漸增加；超過抗拉極限σb后均勻塑性變形階段結(jié)束，試樣開始產(chǎn)生不均勻集中塑性變形，產(chǎn)生縮頸，變形量迅速增大至K點(diǎn)而發(fā)送斷裂。因此屈服極限σs常做為結(jié)構(gòu)CAE分析的標(biāo)準(zhǔn)，如HypeWorks；抗拉強(qiáng)度σb常做為沖壓模具鈑金分析的標(biāo)準(zhǔn)，如AuotForm；通過結(jié)果的數(shù)值是否超出標(biāo)準(zhǔn)做為判斷結(jié)構(gòu)是否合理的依據(jù)。
   各名稱對應(yīng)的符號如圖：

   在結(jié)構(gòu)分析時有一重要輸入?yún)?shù)為彈性模量，它是材料在彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，以E表示（單位為Mpa)。彈性模量相當(dāng)于試件產(chǎn)生100%彈性變形所需的應(yīng)力。金屬材料的彈性模量是一個對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，外在因素的變化（如溫度、熱處理等）對它的影響較小。工程中彈性模量E被稱為材料的剛度，表征金屬材料對彈性變形的抗力，其值越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形就越小。比如在分析時：鋁合金彈性模量為70000Mpa，鋼彈性模量為210000Mpa；分析結(jié)果鋼就比鋁合金強(qiáng)很多。
   最后上傳一個有限元分析材質(zhì)屬性表，其中各種材料的都有介紹；當(dāng)在設(shè)計或分析軟件中沒有所需的材料，都可以根據(jù)該表自行創(chuàng)建。

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