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灰口鑄鐵中的碳大部或全部以片狀石墨形態(tài)存在因此其抗拉強度很低，而抗壓強度和硬度則較高，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，且價格低廉，故在普通機器制造中被普遍用作承壓零件的材料如機床床身、底座、缸體、軸承座及工裝設備上的各種承壓零件等對灰口鑄鐵承壓構(gòu)件的強度問題，大多沿用非精細的分析方法一般都將這類構(gòu)件簡化作桿件，認為這類桿件受軸向壓力而突然破壞時，其破壞斷面與桿件橫截面大致成T為40-45°左右的傾角。其原因是此時橫截面上的最大工作正應力為e而任意斜截面上的正應力eT和剪應力，顯然，在40-45的斜截面上剪應力最大，其值正是此最大剪應力使桿件沿其作用面發(fā)生了破壞(剪斷工若設材料的許用剪應力，上述強度條件在灰口鑄鐵承壓構(gòu)件的設計和計算問題中廣泛應用。但大量工程實例表明，這一強度條件較為粗糙，且過份偏于安全這就使制造出來的零部件尺寸偏大，既占用過多空間又浪費材料求證新的，更準確、更符合工程實際的強度條件，則需要采用有限元分析方法。
試驗目的：確定灰口鑄鐵試件受軸向壓力破壞時，其破壞斷面與試件橫截面夾角T的值試驗設備：WE-30r7能試驗機，NB882試件：灰口鑄鐵小圓柱試件，徑長比為：徑長比取得較小，以盡可能消除壓彎變形的影響，對試件上、下端部進行了研磨平整，以消除傾斜變形的影響；在試件上、下端部與試驗機砧塊間采用了潤滑劑，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。試驗結(jié)果如下表：由表可見，破壞斷面與橫截面夾角T為4左右的試件個數(shù)所占比例很小，僅70X70。而T為50-55左右的試件個數(shù)所占比例則很大。排除各種非理想隨機因素以及上面說明中注意到的諸影響因素的殘余影響，從統(tǒng)計學的觀點看，可得如下結(jié)論：灰口鑄鐵試件受軸向壓力破壞時，其破壞斷面與試件橫截面的夾角T一般為50-55左右。
工程上目前普遍認定的T應為45左右的結(jié)論與上述試驗所得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力PT的切向分量玩而對法向分量eT的作用則未予考慮圖偽試件任意斜截面上的應力分析圖。設軸向壓力，橫截面上的正應力為e材料的內(nèi)摩擦角為h則任意斜截面上的正應力eT和剪應力外，尚有摩阻剪應力，可見，當桿件受軸向壓力時，如果計入內(nèi)摩擦力的影響，其最大剪應力并非發(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)論與上述試驗結(jié)果不符的原因。
首先分析內(nèi)摩擦角脆性材料抗剪強度中的內(nèi)摩擦力分量由剪切過程中顆粒錯動時的抗力、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，反映出來庫侖定律認為材料的內(nèi)摩擦角是個常數(shù)但試驗表明，h是隨著桿件尺寸和形狀的變化、斜截面上正應力的變化以及試驗條件的變化而變化的。因此，材料的h值實際上應為一范圍，先考慮h注意到材料的抗剪強度由粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力兩部分組成，當單獨考慮內(nèi)摩擦力的作用時，在極限情況下可以粗略地認為沿剪切面兩部分材料之間的粘結(jié)力為零。據(jù)此，用圖示的簡單裝置對多組表面情況各異的“灰口鑄鐵一灰口鑄鐵”摩擦副進行了測量測得在無潤滑情況下，其靜滑動摩擦角的最小值。顯然，從工程應用的角度來考慮，可以認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的計算公式為f=f/P。其中f為微粘結(jié)點的剪切強度，Pc為摩擦副中較軟材料的屈服壓強對各向同性材料，當發(fā)生粘著摩擦時，由屈服條件中無與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明了灰口鑄鐵試件受軸向壓力破壞時，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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