淺談沖擊試驗

       金屬材料、機械零件和構件抗沖擊破壞的能力。在很短時間內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生的應力稱沖擊應力。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確。
    常規沖擊計算沖擊載荷在零件中產生的沖擊應力除與零件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關外，還同與其相連接的物體有關。如與零件相連接的物體是剛體，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,該零件只承受沖擊能的一部分。此外,沖擊應力的大小,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雜得多。在設計承受沖擊載荷的零件時，須引入一個動載系數（見載荷系數）后按靜強度設計。動載系數也可用振動理論中求響應的方法確定。
       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的大小。對于結構鋼來說，當應變速率在10(～10(1／秒時，鋼的機械性能無明顯變化。但在更高的應變速率下，結構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。因此把沖擊載荷當作靜載荷來處理對于一般結構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。這時把沖擊載荷當作靜載荷來處理，就必須提高安全系數。
       沖擊波零件受沖擊時，其沖擊應力和應變不可能立即傳至整個零件，而是以應力波或應變波的形式傳播。根據零件和加載條件的不同，應力波表現為平面形、圓筒形、球形等，并有縱波（正應力波）和橫波（切應力波）的成分。應力波（入射波）在零件中傳播時，遇到自由表面會引起反射，產生反射波。縱波若為垂直于表面的壓縮波，反射波則為拉伸波。兩個以上的應力波相遇，將產生復雜的干涉現象。根據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力。當峰值應力超過材料的強度極限，零件就產生沖擊破壞。根據應力波傳播原理計算沖擊強度，于形狀簡單的零件。對于形狀復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件，多數是承受沖擊能量較小，沖擊次數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致裂紋的形成和擴展的結果。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，當達到破壞的沖擊次數增加時，沖擊韌性的影響減小而疲勞強度的影響增加。根據對鋼試樣進行多次沖擊的試驗結果可得出結論：沖擊韌性影響范圍在100～1000次以下。把多次沖擊試驗的數據應用于實際的零部件設計中，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：當沖擊次數小于1000次時，用一次沖擊的方法計算強度；當沖擊次數大于1000次時，用相似于疲勞的方法計算強度。