為了讓大家對一些有限元計(jì)算中基本概念有一個(gè)深入的認(rèn)識，特計(jì)劃按期給大家介紹，本期給大家介紹一下屈服強(qiáng)度，后面擇機(jī)介紹屈服準(zhǔn)則，歡迎大家關(guān)注。

1.屈服強(qiáng)度

定義是金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，亦即抵抗微量塑性變形的應(yīng)力。對于屈服現(xiàn)象明顯的材料，屈服強(qiáng)度就是在屈服點(diǎn)在應(yīng)力（屈服值），如下圖所示。

對于無明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度。大于此極限的外力作用，將會使零件永久失效，無法恢復(fù)。

有些金屬材料沒有明顯的屈服點(diǎn)，究其原因是多晶體金屬塑性變形存在非同時(shí)性。多晶體金屬變形的一個(gè)重要特點(diǎn)是由無數(shù)同相晶?；虿煌嗑Я?gòu)成。由于各晶粒的取向不同，在外力作用下，它們的變形不可能同時(shí)開始，而是那些滑移面陽適宜滑動(dòng)的晶粒最先開始發(fā)生塑性變形，因此變形總是從那些比較弱的晶粒率先開始。多晶體金屬還存在變形不均一性特點(diǎn)。它不僅體現(xiàn)在同一組成相的不同晶粒之間，也表現(xiàn)在不同組成相的不同晶粒之間。

2.工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)

① 比例極限應(yīng)力-應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力，國際上常采用σp表示，超過σp時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服。②彈性極限 試樣加載后再卸載，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標(biāo)準(zhǔn)，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國際上通常以Rel表示。應(yīng)力超過Rel時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服。③ 屈服強(qiáng)度 以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，如通常以0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，符號為Rp0.2。

3.影響屈服強(qiáng)度的因素

① 影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素有：結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。如將金屬的屈服強(qiáng)度與陶瓷、高分子材料比較可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看，可以有四種強(qiáng)化機(jī)制影響金屬材料的屈服強(qiáng)度，這就是：(1)固溶強(qiáng)化；(2)形變強(qiáng)化；(3)沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化；(4)晶界和亞晶強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化是工業(yè)合金中提高材料屈服強(qiáng)度的最常用的手段。在這幾種強(qiáng)化機(jī)制中，前三種機(jī)制在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，也降低了塑性，只有細(xì)化晶粒和亞晶，既能提高強(qiáng)度又能增加塑性。② 影響屈服強(qiáng)度的外在因素有：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的增高,材料的屈服強(qiáng)度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應(yīng)變速率特別敏感，這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強(qiáng)度是反映材料的內(nèi)在性能的一個(gè)本質(zhì)指標(biāo)，但應(yīng)力狀態(tài)不同，屈服強(qiáng)度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強(qiáng)度一般是指在單向拉伸時(shí)的屈服強(qiáng)度

4.屈服強(qiáng)度的工程意義

傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對塑性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=σys/n，安全系數(shù)n一般取2或更大，對脆性材料，以抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=σb/n，安全系數(shù)n一般取6。需要注意的是，按照傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，必然會導(dǎo)致片面追求材料的高屈服強(qiáng)度，但是隨著材料屈服強(qiáng)度的提高，材料的抗脆斷強(qiáng)度在降低，材料的脆斷危險(xiǎn)性增加了。屈服強(qiáng)度不僅有直接的使用意義，在工程上也是材料的某些力學(xué)行為和工藝性能的大致度量。例如材料屈服強(qiáng)度增高，對應(yīng)力腐蝕和氫脆就敏感；材料屈服強(qiáng)度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服強(qiáng)度是材料性能中不可缺少的重要指標(biāo).

5.屈服強(qiáng)度參數(shù)在有限元計(jì)算中的使用

該參數(shù)并不參與有限元計(jì)算，只用于評價(jià)金屬材料構(gòu)件的強(qiáng)度。如下圖所示的ANSYS Workbench自帶的結(jié)構(gòu)鋼材料，該材料的拉伸屈服強(qiáng)度為250Mpa。