淺談沖擊試驗

       金屬材料、機(jī)械零件和構(gòu)件抗沖擊破壞的能力。在很短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷，稱沖擊載荷。由沖擊載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)力稱沖擊應(yīng)力。由于沖擊時間極短，加上物體接觸變形等因素影響，沖擊強(qiáng)度計算不易準(zhǔn)確。
    常規(guī)沖擊計算沖擊載荷在零件中產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力除與零件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關(guān)外，還同與其相連接的物體有關(guān)。如與零件相連接的物體是剛體，則沖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,則沖擊能為整個體系所承擔(dān),該零件只承受沖擊能的一部分。此外,沖擊應(yīng)力的大小,還取決于沖擊能量的大小。因此，沖擊載荷作用下的強(qiáng)度計算，比靜載荷作用下的強(qiáng)度計算復(fù)雜得多。在設(shè)計承受沖擊載荷的零件時，須引入一個動載系數(shù)（見載荷系數(shù)）后按靜強(qiáng)度設(shè)計。動載系數(shù)也可用振動理論中求響應(yīng)的方法確定。
       研究零件沖擊強(qiáng)度時，要考慮材料在沖擊載荷下機(jī)械性能的改變和對零件沖擊效應(yīng)的大小。對于結(jié)構(gòu)鋼來說，當(dāng)應(yīng)變速率在10(～10(1／秒時，鋼的機(jī)械性能無明顯變化。但在更高的應(yīng)變速率下，結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度極限和屈服極限隨沖擊速度的增大而提高。且屈服極限比強(qiáng)度極限提高得更快。因此把沖擊載荷當(dāng)作靜載荷來處理對于一般結(jié)構(gòu)鋼來說是偏于安全的。另一方面，沖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。這時把沖擊載荷當(dāng)作靜載荷來處理，就必須提高安全系數(shù)。
       沖擊波零件受沖擊時，其沖擊應(yīng)力和應(yīng)變不可能立即傳至整個零件，而是以應(yīng)力波或應(yīng)變波的形式傳播。根據(jù)零件和加載條件的不同，應(yīng)力波表現(xiàn)為平面形、圓筒形、球形等，并有縱波（正應(yīng)力波）和橫波（切應(yīng)力波）的成分。應(yīng)力波（入射波）在零件中傳播時，遇到自由表面會引起反射，產(chǎn)生反射波?？v波若為垂直于表面的壓縮波，反射波則為拉伸波。兩個以上的應(yīng)力波相遇，將產(chǎn)生復(fù)雜的干涉現(xiàn)象。根據(jù)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(yīng)力。當(dāng)峰值應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限，零件就產(chǎn)生沖擊破壞。根據(jù)應(yīng)力波傳播原理計算沖擊強(qiáng)度，于形狀簡單的零件。對于形狀復(fù)雜的零件或受沖擊載荷的整機(jī)，可用實驗方法來確定沖擊強(qiáng)度。
    小能量多次沖擊實際工作中的機(jī)械零件和構(gòu)件，多數(shù)是承受沖擊能量較小，沖擊次數(shù)較多的小能量多次沖擊載荷。它們的破壞是多次沖擊損傷積累導(dǎo)致裂紋的形成和擴(kuò)展的結(jié)果。材料一次沖擊的破壞抗力，主要由沖擊韌性來決定；但沖擊次數(shù)較多的抗力，主要由材料的疲勞強(qiáng)度來確定。在這兩者之間，當(dāng)達(dá)到破壞的沖擊次數(shù)增加時，沖擊韌性的影響減小而疲勞強(qiáng)度的影響增加。根據(jù)對鋼試樣進(jìn)行多次沖擊的試驗結(jié)果可得出結(jié)論：沖擊韌性影響范圍在100～1000次以下。把多次沖擊試驗的數(shù)據(jù)應(yīng)用于實際的零部件設(shè)計中，需要解決試樣與實物的多次沖擊強(qiáng)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(dāng)沖擊次數(shù)小于1000次時，用一次沖擊的方法計算強(qiáng)度；當(dāng)沖擊次數(shù)大于1000次時，用相似于疲勞的方法計算強(qiáng)度。