热轧槽钢与冷弯槽钢的应力分析

热轧槽钢与冷弯槽钢的应力分析热轧槽钢与冷弯槽钢的应力分析热轧槽钢与冷弯槽钢的应力分析摘要:本文根据材料力学的理论，分析,热轧槽钢与冷弯槽钢的应力情况及其成型加工方法对其强度的影响，得出了相同截面面积的热轧槽钢比冷弯槽钢具有更高的机械性能的观点( 关键词:应力再结晶晶格纤维组织一、引言机械结构的强度是衡量机构安全性能的一项重要指标，它是指在载荷作用下机构抵抗破坏的能力。在生产实践中，作用于机构上的载荷其形式、大小又是千差万别的。因此，人们常常根据载荷的形式及大小来设计制造适应这种载荷的机构，能使机构满足强度要求而不致于破坏并且能够节省材...

热轧槽钢与冷弯槽钢的应力分析热轧槽钢与冷弯槽钢的应力分析摘要:本文根据材料力学的理论，分析,热轧槽钢与冷弯槽钢的应力情况及其成型加工方法对其强度的影响，得出了相同截面面积的热轧槽钢比冷弯槽钢具有更高的机械性能的观点( 关键词:应力再结晶晶格纤维组织一、引言机械结构的强度是衡量机构安全性能的一项重要指标，它是指在载荷作用下机构抵抗破坏的能力。在生产实践中，作用于机构上的载荷其形式、大小又是千差万别的。因此，人们常常根据载荷的形式及大小来设计制造适应这种载荷的机构，能使机构满足强度要求而不致于破坏并且能够节省材料。构件是构成机构的最基本的形式，构件的材料、截面面积以及截面形状是影响构件强度的主要因素。但具有相同的截面面积及截面形状的同一种材料，其成型加工方法也是影响构件强度的一个重要因素。二、正文热轧槽钢和冷弯槽钢都是对金属进行塑性加工雨成型的。金属受外图,力作用(其内部引起内应力，当内应力增大到超过该金属的屈服极限口，后，外力停止作用，但金属的变形并不消失，这就是塑性变形。其实质就是迫使组成金属的晶粒内部产生滑移，同时晶粒间也产生滑移和移动。热轧槽钢是在金属的再结晶温度以上的变形，即热变形。在变形过程中，金属具有再结晶组织。这种再结晶组织消 , , , 除了塑性变形过程中的晶 , , 格扭瞳。使其得以恢复正常排列，所以也就消除了金属塑性加工留下的内应，力。冷弯槽钢是在金属再结晶温度以下的变形。即 (, 冷变形(在变形过程中无再结晶现象，变形后金属圈, 具有加工硬化组织，内应图,力残留在金属内部。用冷弯成型的方法能使金属获得较高的表面光洁度及硬度( 设槽钢受到外力,的作用(,作用于槽钢的主惯性平面内)。即假设槽钢不受扭转的力矩，如图,所示。一,,— 首羁全国替重技术研讨会论文集其正应力口分布如图,所示。而此时的正应力为:口,,,,盛 (,) 也就是说(对槽钢来讲，其上部受到压应力的作用，且越靠近槽钢中部压应力越来越小(呈直线性递减，中部其值为零，其下部受拉应力作用，变化趋势同上部一样(只是方向相反( 根据图,，槽钢受到的弯曲剪应力为(箭头表示‘剪应力流方向);,,,?,,《,,?, ,,、式中—,为对,轴的静矩—,为剪为,,,,蚴錾,将槽钢翼缘处的静矩,, ,,,,代入(,)式得:,,吨,啪,根据剪应力互等定理: ,’,(((,,,,,,可见槽钢其翼缘处剪应力分布是沿宽度方向按直线规律变化。图,其腹板处剪应力分布规律如下:其静矩:,，,,,,,,，,,,,,,,,,,,),，代入(,)式得: ,，,,,(，,,)〔,,,,,，,,,(,,,,(旷),〕其腹板处剪应力,，沿高度方向按抛物线规律变化。，: 槽钢的剪应力大小分布如图,所示。根据槽钢所受的正应力以及剪应力分布情况，槽钢合理的截面形状应如图,所示。热轧槽钢就是根据槽钢的受力情况而选择了如图,所示截面形状。使得正应力及剪应力较大的地方分布较多的材料以满足强度要求。对冷弯槽钢来讲，其翼缘与腹板厚度一样，材料分布不合理。要满足强度要求必然就会造成材料的浪费，否则就会使槽钢的强度降低。前文讲过(对于热轧槽钢来说，其内部不存在加工后的残余应力，其受正应力及剪应力的情况只考虑本身强 ,圈 ,, 度，不用考虑内应力对其造成的影响。对于冷弯槽钢，其加工后残余的内应力非常复杂，本文在此进行定性分析。，冷弯槽钢其弯曲变形部分是受拉压综合作用而产生塑性变形的(如图,所示。假设冷弯槽钢在弯曲变形时，其弯出部分自由，则冷弯槽钢外弧,，,表面受拉应力作用，晶粒沿拉长方向伸长，且晶格与晶粒均发生扭曲，晶格变松，晶粒之问产生图 ,碎晶，产生塑性变形:由于晶格与晶粒发生扭曲(则必然产生内应力(并且随扭曲程度的增大，内应力也越大)(其内弧，表面受压应力作用而产生塑性变形，品格变密。也存在着内应力(随着变形程度的增加，金属的强度及硬度上升，。而塑性和韧性下降(如图,所示)(其原因是由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈扭一,,一首屠全国稼重援术研讨会论文集曲(增大了滑移阻力，使得继续滑移难于进行。一，,,。。、( 按照理想情况(理想弹塑性材料，与实际材料的拉压变形有一定的差距，但也能够较客观地反映出塑性变形的情况，并不影响对拉压内应力的定性分析)。下产生的塑性变形其口(,曲线如嘲,所示。从图中可以看出对冷弯槽钢其拉压塑性变形过程完全一致，其屈服檬限巳与比例极篓崩重嚣善等霄拍疆限口。相等。槽钢在塑性变形过程中其应力保持不变，所以卸载后，发生的塑性变形部分其内部存在着相对应的拉应力及压应力。对理想弹塑性材料可认为其拉应力及压应力相等。且施加的外力要大于或等于槽钢产生弯曲塑性变形的屈服极限。而当外侧拉应力超过材料的抗拉强度极限，。时，印会造成金属破裂。为防止破裂，要有一个最小弯曲半径,。(一般‰(,,(,,,，,，,为金属板料厚度)。由弯曲而造成的剪应力大致如图,所示。所以对于冷弯槽钢来讲，经过塑性变形后，其内部不仅存在着拉压内应力，而且还存在着剪应力。当槽钢受到外力的作用时，就使得变形部分的工作条件变得恶化，特别是当其受到交变力的作用时，就会容易引起塑性变形部分(此部分是最薄弱环节)的疲劳破坏(如断裂)。如能在弯曲变形后进行时效处理，如加热时效、振动时效，将金属的品格、晶粒均化，能够提高变形件的使用寿命。此外，槽钢在弯曲时，其弯曲轴线与板料的纤维组织方向的关系也是影响其馒用寿命的一个不可忽略的因素。对于热轧槽钢来说，其热变形不仅能改变金属的机械性能(在变形过程中能获得细化的再结晶组织，同时，将原坯料中的气孔、缩松等缺陷压合在一起，使金属更加致密)，而且使其具有良好的纤维组织方向。对于冷弯槽钢来说，弯曲时其弯曲轴线应尽可能与坯料方向垂直，便弯曲方向与其纤维组织方向一致，这样能使其具有良好的机械性能。若弯曲轴线与纤维组织方向平行，则容易发生破裂( ，。?(三、结论，，, 图, 综上所述，笔者认为对于应用于受力结构件中的槽钢来讲，热轧槽。钢应当比冷弯槽钢具有更合理的截面尺寸形状及加工成型方法，这在生产实践中已经得到了验证。、’ 【参考文献, ( ,、刘鸿丈，材料力学，高等教育出版社，,,,,，,; ,、砰文美，金属工艺学，高等教育出版社，,,,,(,( 一,,—

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