沖擊強度

　　金屬材料、機械零件和構(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，沖擊強度計算不易準(zhǔn)確。
　　基本概述
　　（1） 沖擊強度用于評價材料的抗沖擊能力或判斷材料的脆性和韌性程度，因此沖擊強度也稱沖擊韌性。 　　
　　（2） 沖擊強度是試樣在沖擊破壞過程中所吸收的能量與原始橫截面積之比。 　　
　　（3） 沖擊強度根據(jù)試驗設(shè)備不同可分為簡支梁沖擊強度、懸臂梁沖擊強度. 　　
　　(4) 沖擊強度的測量標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO國際標(biāo)準(zhǔn)（GB參照ISO）及美國材料ASTM標(biāo)準(zhǔn)，GB為1943-2007為最新標(biāo)準(zhǔn)，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)為D-256標(biāo)準(zhǔn)，具體區(qū)分如下： 　　
　　GB: 是試件在一次沖擊實驗時，單位橫截面積（m2）上所消耗的沖擊功（J），其單位為MJ/m2。 　　
　　ASTM:它反映了材料抵抗裂紋擴展和抗脆斷的能力,單位寬度所消耗的功，單位為J/m。
　　(5)設(shè)備區(qū)分： 　　
　　懸臂梁沖擊方向中間有撞針，簡支梁沖擊方向垂直面有凹塊，正面形狀為一凹形擺錘。 　　
　　(6)缺口區(qū)分： 　　
　　缺口一般分為四種，有V型口和U型口兩種，每種根據(jù)簡短圓弧半徑又分為兩種。
　　(7)樣條區(qū)分： 　　
　　GB：一般為 80*10mm 樣條 以及63.5*10mm 樣條 缺口為2mm，也有63.8*12.7mm樣條 　ATSM:一般為63.5*12.7mm 缺口剩余寬度為 10.16mm （國內(nèi)有用80*10樣條） 　　
　　(8)測試公式： 　　
　　GB: a=W / (h*d) 單位KJ/m ATSM: a= W /d 單位：J/m 　　
　　a:沖擊強度 　　
　　W :沖擊損失能量 　　
　　h：缺口剩余寬度 　　
　　d：樣條厚度 　　
　　因此，GB與ASTM之間不可以等同測量，但從測量公式可總結(jié)經(jīng)驗公式：GB數(shù)值*10.16或8（錯誤樣條）=ASTM數(shù)值，也可以由實際測量來總結(jié)比值。
　　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絕對剛體，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度計算，比靜載荷作用下的強度計算復(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。 　　
　　研究零件沖擊強度時，要考慮材料在沖擊載荷下機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10-6～10-21/秒時，鋼的機械性能無明顯變化。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。縱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度，僅限于形狀簡單的零件。對于形狀復(fù)雜的零件或受沖擊載荷的整機，可用實驗方法來確定沖擊強度。
　　小能量多次沖擊
　　實際工作中的機械零件和構(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度來確定。在這兩者之間，當(dāng)達到破壞的沖擊次數(shù)增加時，沖擊韌性的影響減小而疲勞強度的影響增加。根據(jù)對鋼試樣進行多次沖擊的試驗結(jié)果可得出結(jié)論：沖沖韌性影響范圍在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度。