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衝擊強度,是指金屬材料、機械零件和構件抗衝擊破壞的能力。在很短時間內以較高速度作用於零件上的載荷,稱衝擊載荷。由衝擊載荷作用而產生的應力稱衝擊應力。由於衝擊時間極短,加上物體接觸變形等因素影響,衝擊強度計算不易準確。

  金屬材料、機械零件和構件抗衝擊破壞的能力。在很短時間內以較高速度作用於零件上的載荷,稱衝擊載荷。由衝擊載荷作用而產生的應力稱衝擊應力。由於衝擊時間極短,加上物體接觸變形等因素影響,衝擊強度計算不易準確。
  常規衝擊計算  衝擊載荷在零件中產生的衝擊應力除與零件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關外,還同與其相連接的物體有關。如與零件相連接的物體是絕對剛體,則衝擊能全部為該零件所承受;如與零件相連接的物體剛度為某一值,則衝擊能為整個體系所承擔,該零件只承受衝擊能的一部分。此外,衝擊應力的大小,還取決於衝擊能量的大小。因此,衝擊載荷作用下的強度計算,比靜載荷作用下的強度計算複雜得多。在設計承受衝擊載荷的零件時,須引入一個動載係數(見載荷係數)后按靜強度設計。動載係數也可用振動理論中求響應的方法確定。
  研究零件衝擊強度時,要考慮材料在衝擊載荷下機械性能的改變和對零件衝擊效應的大小。對於結構鋼來說,當應變速率在10-6~10-21/秒時,鋼的機械性能無明顯變化。但在更高的應變速率下,結構鋼的強度極限和屈服極限隨衝擊速度的增大而提高。且屈服極限比強度極限提高得更快。因此把衝擊載荷當作靜載荷來處理對於一般結構鋼來說是偏於安全的。另一方面,衝擊載荷對材料缺口的敏感性比靜載荷對材料缺口的敏感性大。這時把衝擊載荷當作靜載荷來處理,就必須提高安全係數。
  衝擊波  零件受衝擊時,其衝擊應力和應變不可能立即傳至整個零件,而是以應力波或應變波的形式傳播。根據零件和載入條件的不同,應力波表現為平面形、圓筒形、球形等,並有縱波(正應力波)和橫波(切應力波)的成分。應力波(入射波)在零件中傳播時,遇到自由表面會引起反射,產生反射波。縱波若為垂直於表面的壓縮波,反射波則為拉伸波。兩個以上的應力波相遇,將產生複雜的干涉現象。根據入射波和反射波的疊加原理,計算出某一瞬間某一截面的峰值應力。當峰值應力超過材料的強度極限,零件就產生衝擊破壞。根據應力波傳播原理計算衝擊強度,僅限於形狀簡單的零件。對於形狀複雜的零件或受衝擊載荷的整機,可用實驗方法來確定衝擊強度。
  小能量多次衝擊  實際工作中的機械零件和構件,多數是承受衝擊能量較小,衝擊次數較多的小能量多次衝擊載荷。它們的破壞是多次衝擊損傷積累導致裂紋的形成和擴展的結果。材料一次衝擊的破壞抗力,主要由衝擊韌性來決定;但衝擊次數較多的抗力,主要由材料的疲勞強度來確定。在這兩者之間,當達到破壞的衝擊次數增加時,衝擊韌性的影響減小而疲勞強度的影響增加。根據對鋼試樣進行多次衝擊的試驗結果可得出結論:沖沖韌性影響範圍在100~1000次以下。
  把多次衝擊試驗的數據應用於實際的零部件設計中,需要解決試樣與實物的多次衝擊強度的模擬問題,例如尺寸的大小,形狀的改變,材料性能的變化等。在近似計算中,可用下述方法處理:當衝擊次數小於1000次時,用一次衝擊的方法計算強度;當衝擊次數大於1000次時,用相似於疲勞的方法計算強度。
  參考書目
 徐灝:《安全係數和許用應力》,機械工業出版社,北京,1981。
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