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灰口鑄鐵中的碳大部或全部以片狀石墨形態(tài)存在因此其抗拉強(qiáng)度很低，而抗壓強(qiáng)度和硬度則較高，與相同基體的鋼相近加之其缺口敏感性低，耐磨性、消震性、鑄造加工性和切削加工性均較好，且價(jià)格低廉，故在普通機(jī)器制造中被普遍用作承壓零件的材料如機(jī)床床身、底座、缸體、軸承座及工裝設(shè)備上的各種承壓零件等對(duì)灰口鑄鐵承壓構(gòu)件的強(qiáng)度問(wèn)題，大多沿用非精細(xì)的分析方法一般都將這類構(gòu)件簡(jiǎn)化作桿件，認(rèn)為這類桿件受軸向壓力而突然破壞時(shí)，其破壞斷面與桿件橫截面大致成T為40-45°左右的傾角。其原因是此時(shí)橫截面上的最大工作正應(yīng)力為e而任意斜截面上的正應(yīng)力eT和剪應(yīng)力，顯然，在40-45的斜截面上剪應(yīng)力最大，其值正是此最大剪應(yīng)力使桿件沿其作用面發(fā)生了破壞(剪斷工若設(shè)材料的許用剪應(yīng)力，上述強(qiáng)度條件在灰口鑄鐵承壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)和計(jì)算問(wèn)題中廣泛應(yīng)用。但大量工程實(shí)例表明，這一強(qiáng)度條件較為粗糙，且過(guò)份偏于安全這就使制造出來(lái)的零部件尺寸偏大，既占用過(guò)多空間又浪費(fèi)材料求證新的，更準(zhǔn)確、更符合工程實(shí)際的強(qiáng)度條件，則需要采用有限元分析方法。
試驗(yàn)?zāi)康模捍_定灰口鑄鐵試件受軸向壓力破壞時(shí)，其破壞斷面與試件橫截面夾角T的值試驗(yàn)設(shè)備：WE-30r7能試驗(yàn)機(jī)，NB882試件：灰口鑄鐵小圓柱試件，徑長(zhǎng)比為：徑長(zhǎng)比取得較小，以盡可能消除壓彎變形的影響，對(duì)試件上、下端部進(jìn)行了研磨平整，以消除傾斜變形的影響；在試件上、下端部與試驗(yàn)機(jī)砧塊間采用了潤(rùn)滑劑，以減少摩擦力的影響；在部分試件的中段加套了10mm高的松配合鋼套，以減少鼓漲變形的影響。試驗(yàn)結(jié)果如下表：由表可見(jiàn)，破壞斷面與橫截面夾角T為4左右的試件個(gè)數(shù)所占比例很小，僅70X70。而T為50-55左右的試件個(gè)數(shù)所占比例則很大。排除各種非理想隨機(jī)因素以及上面說(shuō)明中注意到的諸影響因素的殘余影響，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)看，可得如下結(jié)論：灰口鑄鐵試件受軸向壓力破壞時(shí)，其破壞斷面與試件橫截面的夾角T一般為50-55左右。
工程上目前普遍認(rèn)定的T應(yīng)為45左右的結(jié)論與上述試驗(yàn)所得T一般為50-55左右的結(jié)果存在很大差異，其原因在于目前所沿用的理論分析方法只考慮了破壞斷面上全應(yīng)力PT的切向分量玩而對(duì)法向分量eT的作用則未予考慮圖偽試件任意斜截面上的應(yīng)力分析圖。設(shè)軸向壓力，橫截面上的正應(yīng)力為e材料的內(nèi)摩擦角為h則任意斜截面上的正應(yīng)力eT和剪應(yīng)力外，尚有摩阻剪應(yīng)力，可見(jiàn)，當(dāng)桿件受軸向壓力時(shí)，如果計(jì)入內(nèi)摩擦力的影響，其最大剪應(yīng)力并非發(fā)生在40-45的斜截面上，而是發(fā)生在斜截面上這就定性地解釋了現(xiàn)行理論分析結(jié)論與上述試驗(yàn)結(jié)果不符的原因。
首先分析內(nèi)摩擦角脆性材料抗剪強(qiáng)度中的內(nèi)摩擦力分量由剪切過(guò)程中顆粒錯(cuò)動(dòng)時(shí)的抗力、顆粒表面摩擦阻力和顆粒間的質(zhì)量力三部分組成這三部分的作用統(tǒng)一由以剪切面為界的兩部分材料組成的摩擦副的摩擦系數(shù)f，反映出來(lái)庫(kù)侖定律認(rèn)為材料的內(nèi)摩擦角是個(gè)常數(shù)但試驗(yàn)表明，h是隨著桿件尺寸和形狀的變化、斜截面上正應(yīng)力的變化以及試驗(yàn)條件的變化而變化的。因此，材料的h值實(shí)際上應(yīng)為一范圍，先考慮h注意到材料的抗剪強(qiáng)度由粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力兩部分組成，當(dāng)單獨(dú)考慮內(nèi)摩擦力的作用時(shí)，在極限情況下可以粗略地認(rèn)為沿剪切面兩部分材料之間的粘結(jié)力為零。據(jù)此，用圖示的簡(jiǎn)單裝置對(duì)多組表面情況各異的“灰口鑄鐵一灰口鑄鐵”摩擦副進(jìn)行了測(cè)量測(cè)得在無(wú)潤(rùn)滑情況下，其靜滑動(dòng)摩擦角的最小值。顯然，從工程應(yīng)用的角度來(lái)考慮，可以認(rèn)為此即為灰口鑄鐵內(nèi)摩擦角，再考慮h由摩擦的分子理論可得摩擦系數(shù)f的計(jì)算公式為f=f/P。其中f為微粘結(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度，Pc為摩擦副中較軟材料的屈服壓強(qiáng)對(duì)各向同性材料，當(dāng)發(fā)生粘著摩擦?xí)r，由屈服條件中無(wú)與e的關(guān)系可得摩擦系數(shù)的最大值，這就從理論上定量地說(shuō)明了灰口鑄鐵試件受軸向壓力破壞時(shí)，其破壞斷面與試件橫截面夾角T一般為50-55左右的原因。
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