航空材料力学性能检测中的柔性系数

1.均匀应力状态

均匀应力状态是指物体内各点的应力状态相同。轴向拉伸状态和纯剪切状态是两种最简单的均匀应力状态，分别如图2-2和图2-3所示，这两种应力状态是构成复杂应力状态的最基本单元。

图2-2 轴向拉伸状态

图2-3 纯剪切状态

2.应力状态柔性系数

不同的加载方式在试验中将产生不同的应力状态。单向静拉伸试验时，垂直截面上正应力最大为σ，45°方向截面的切应力最大为σ/2。对于一般复杂应力状态，其相应的最大正应力和切应力可以根据固体材料力学第二强度理论和第三强度理论求得，即

σ_max=σ₁-ν（σ₂+σ₃） （2-11）

式中 ν——泊松比。(www.xing528.com)

一般用最大切应力与最大正应力之比表示应力状态的柔（软）性系数α，即

该比值是应力状态的一种标志。α≥1，应力状态称为“软”态；α＜1，应力状态称为“硬”态。影响材料断裂的因素很多，如试验温度、加载速度、应力状态等。当温度和加载速度一定时，由于应力状态的不同，可以使材料表现出不同的断裂类型。

金属在变形和断裂过程中，正应力和切应力的作用是不同的。只有切应力才能引起塑性变形和韧性断裂，而正应力一般只能引起脆性断裂。因此可以根据金属材料受力的应力状态柔性系数α来分析金属的塑性变形和断裂类型，α值越大，最大切应力分量越大，金属越容易发生塑性变形，导致韧性断裂；反之，金属容易发生脆性断裂。

不同的试验加载方式，材料所处的应力状态不同。合理选择不同材料的力学性能测试项目，以正确评定材料的力学性能指标。例如，对于低塑性和脆性材料，单向拉伸试验不能较好地测定它们的塑性和强度指标，需要选用α较大的加载试验来评定材料的力学性能指标，用作设计和选材的依据。常见几种加载方式下的应力状态柔性系数α见表2-1。

表2-1 常见几种加载方式下的应力状态柔性系数α值（ν=0.25）

由表2-1可见，单向拉伸的应力状态较硬，正应力分量较大，切应力分量较小，故一般适用于那些塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料的试验。对于那些正断抗力较低的所谓脆性材料（如淬火并低温回火的高碳钢、灰铸铁及某些铸造合金），在这种加载方式下进行试验，金属将产生脆性正断，难以反映表征这类材料塑性变形能力的塑性指标，不能观察到它们在韧性状态下所表现的各种力学行为。为了研究化学成分、组织结构对这类金属材料力学性能的影响，就必须在扭转、单向压缩等应力状态较“软”的加载方式下观察其力学行为，以揭示那些客观存在而在单向拉伸下不能反映的塑性性能。