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灰口鑄鐵是一種生產(chǎn)工藝簡單、價格低廉、用途廣泛的金屬材料，灰口鑄鐵是由碳鋼的基體和片狀石墨夾雜物共同組成。在灰口鑄鐵中，由于碳元素是以片狀石墨的形態(tài)存在，所以材料的抗拉強度較低，但抗壓強度和硬度卻很高，與同類基體的碳鋼接近灰口鑄鐵的缺口敏感性較低，疲勞極限不會因表面的外加缺口有明顯降低，具有很好的消震性，這是任何鋼材都不能比擬的，對于提高機床精度、減少噪音，延長受震零件壽命都很有好處，同時還具有良好的耐磨性鑄造加工性和切削加工性因此在機器制造中廣泛應(yīng)用。在分析灰口鑄鐵受壓構(gòu)件的有限元分析時，一般都將其簡為桿件，并認為這類桿件受軸向壓力時，其破壞斷面與桿件橫截面大致成45左右的傾角。其原因是此時橫截面上的最大工作正應(yīng)力為e而在任意斜截面上的正應(yīng)力eT和剪應(yīng)力，在斜截面上剪應(yīng)力最大，其值為e/2正是此最大剪應(yīng)力使桿件沿其作用面發(fā)生了破壞-剪斷。若設(shè)材料的許用剪應(yīng)力，則其強度條件為上述強度條件在灰口鑄鐵受壓構(gòu)件的設(shè)計和計算問題中廣泛應(yīng)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，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為使設(shè)計的機器部件實用、美觀經(jīng)濟，有必要進一步研究受壓灰口鑄鐵構(gòu)件的強度分析。
為了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，在萬能實驗機上對108個徑長比為115的灰口鑄鐵小圓柱試件進行了壓縮試驗試驗中徑長比取得較小，以盡可能消除壓彎變形造成的影響。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，以減少膨脹變形的影響。試驗結(jié)果如表可見，破壞斷面與橫截面夾角T為4C45左右的試件個數(shù)所占比例很小，T為5C55左右的試件個數(shù)所占比例很大，為889%。排除各種非理想隨機因素以及上面提到的諸因素的影響，從實驗力學(xué)的統(tǒng)計觀點看，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5C55左右。
目前工程上普遍認定的T應(yīng)為4C45左右的結(jié)論，與上述試驗所得的T為5C55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的全應(yīng)力PT的切向分量，而對法向分量eT的作用則未予考慮。圖為試件任意斜截面上的應(yīng)力分析，設(shè)軸向壓力為P，橫截面上的正應(yīng)力為e材料的內(nèi)摩擦角為b，則任意斜截面上所示的正應(yīng)力eT和剪應(yīng)力，e和h均為常數(shù)，總剪應(yīng)力f僅為斜截面傾角T的函數(shù)，故破壞可能發(fā)生在能使f取得最大值的T斜截面上為此，將式對Z取導(dǎo)數(shù)并令其等于零，即得破壞斷面與橫截面的夾角T為可見，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(yīng)力并非發(fā)生在4045的斜截面上，而是發(fā)生在毛45+h/2的斜截面上。
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