金属脆性材料和塑性材料及其许用切应力和许用挤压应力的计算

一、    塑性材料和脆性材料的划分：

一般来说，我们把延伸率大于5%的金属材料称为塑性材料，比如：低碳钢、非淬硬中碳钢、退火球墨铸铁、铜和铝等；把延伸率小于5%的金属材料称为脆性材料，如淬硬的工具钢、灰口铸铁、陶瓷等。

对于塑性材料来说，其抗拉与抗压强度基本相等；对于脆性材料来说，其抗拉强度一般小于其抗压强度。

塑性材料失效一般用屈服强度衡量；脆性材料失效一般用抗拉强度衡量。

二、    剪切与挤压强度的计算

1、    剪切力的计算

一般情况下，受剪切构件中的变形及其受力情况极为复杂，剪切面上的应力分布规律是难以用理论方法计算的，所以工程上一般采用实用的计算方法，即假设应力在剪切面内是均匀分布的情况下加以计算。

于是，平均切应力（或称名义切应力）τ=F_Q/A；其中，F_Q为外加载荷力，A为构件的横截面面积。

当载荷F_Q加大到破坏载荷F_b时，其切应力则被称为极限切应力τ_b；现在我们将τ_b除以安全系数n，即得许用切应力[τ_b]，[τ_b]= τ_b/n。

       这样一来，剪切计算成立的强度条件即可表示为：τ= F_Q/A≤[τ_b]。

2、     挤压强度计算

与上面计算抗剪切强度的方法相似，构件的名义挤压应力建立的条件是：

σ_bs=F_bs/A_bs≤[σbs]；其中A_bs为挤压面积，等于实际挤压面的投影的面积（即直径面积），σ_bs为挤压应力，[σ_bs]为许用挤压应力。

3、     许用应力通常是依据实际工作条件（比如：材料、连接方式和载荷情况等），在设计规范中差得的。一般来说，许用切应力[τ]要比同样材料的许用应力[σ]要小，而许用挤压应力[σ_bs]要比许用应力[σ]要大。

对于塑性材料：[τ]=(0.6～0.8) ×[σ]；[σ_bs]=（1.5～2.5）×[σ]。

对于脆性材料：[τ]=(0.8～1.0) ×[σ]；[σ_bs]=（0.9～1.5）×[σ]。

【附1】其他资料推荐的许用许用应力与许用切应力和许用挤压应力的关系（注意：使用符号与前述有所区别）：

1、许用切应力：塑性材料[τ]=(0.5～0.7) ×[σ]，脆性材料[τ]=(0.8～1) ×[σ]

2、许用挤压应力: 塑性材料[β]=(1.5～2.5) ×[σ], 脆性材料 [β]=(0.9～1.5) ×[σ]

【附2】安全系数n的选择：

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