为什么饮料的凸耳在弯曲时会断裂？

大多数人都曾经历过来回移动铝罐的拉环直到折断的经验。凸耳折断之前，通常只需要完成几个完整的来回运动即可。

带拉手的铝罐

标签页折断的根本原因是什么？

可能的原因似乎是：

疲劳断裂。
金属的应力过大。
塑性变形的结果。

但是是哪一个？

— hazzey
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我很确定这主要是由于材料在循环载荷下的应力-应变响应超过了屈服应力，但是我可能必须在回家的路上买一罐东西来通过实验验证我的想法。

— Trevor Archibald 2015年

Answers:

每次将铝弯曲到低于再结晶温度时，宏观晶粒都会变小：这被称为冷作。凸舌的侧面可以拉伸或压缩。效果与下面的滚动示例相同。这确实是塑性变形：凸耳保持在原位，不会向后弯曲并保持在原位。

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您刚刚要做的是使这些晶粒更难以彼此滑倒，从而使材料更坚硬并提高强度。但是，您也使它的延展性降低了很多（并且变脆了）。如果您将汤匙弯曲，则很难将其弯曲回正确的形状。这是因为该区域已经过冷加工，并且比周围的金属硬。

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铝制卡舌也会发生同样的情况，只是有一个卡住的地方。您可以将其想像为下面的光束：您将其弯曲为具有一定角度θ的固定挠度。在某些时候，当您的延展性下降时，您将超过应变极限，并且会突然变形。

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尽管它看起来似乎很疲劳，但从工程角度来看，它实际上并不是使用的正确术语。疲劳用于描述通常在数千次负载循环后出现的问题。

— 超越乐高
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我想+1，但我认为有一些误解需要解决。（1）晶粒不会变小，体积（塑性变形）得以保留。他们只是改变形状。（2）谷物不会相对滑动。相反，单个晶粒中的原子平原由于位错而滑动。错位随着滑移的进行而累积，导致工作硬化，您应该提到。这导致晶粒形状变化。（3）工作硬化会导致强度增加和延展性降低，请参阅Wiki

— wwarriner

（4）随着塑性变形持续超过金属的抗拉强度，颈缩开始。在微观结构水平上接下来发生什么的背后的理论尚不完全清楚，但是据信随着颈缩的发生，纳米级位错累积到它们开始形成微米级孔和裂纹萌生部位的程度。一旦发生这种情况，孔将充当应力集中器，在孔附近产生进一步的变形，使它们膨胀并最终结合在一起或聚结。随着孔的聚结，形成宏观裂纹。

— wwarriner

随着孔的扩大，较少的材料连接颈缩区域的两侧，并且应力继续集中在剩余的材料上，在恒定力的作用下加速了变形。您实际上可以感觉到这种情况是在标签前后弯曲时发生的。最终，两个部分之间的最后一个连接破裂，导致最终的宏观破裂，并且接头断开。

— wwarriner

疲劳是由于循环载荷而对材料造成的应力。最好的比较是橡皮筋。当您将其拉动时，它会伸展，因为疲劳会导致弹性磨损，并且它会变得越来越可塑性，直到束带断裂。从技术上讲，尽管翼片由于塑性变形而断裂，但疲劳变形会更正确，因为塑性变形不会导致断裂，直到翼片的加载次数大大超过生命周期预期的次数。

— C0V3RT_KN1GHT
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我不同意，当零件持续3个循环时，我认为疲劳并不是真正的考虑因素。循环载荷是一个因素，但更多的是因为在拉环返回其自然位置后仍保留了塑性变形。

— Trevor Archibald 2015年

@TrevorArchibald，我们可能在这里劈头发，但是您所描述的似乎是所谓的“低周期疲劳”。

— 2015年

该链接显示为“低周期疲劳”。是10,000个周期或更少。3实际上少于10,000，但是我仍然认为我们在塑性变形直到断裂之前处于更大的范围。疲劳载荷仍然不会超过UTS或材料的延伸极限，我认为这种失效模式可以。

— Trevor Archibald 2015年

疲劳（据我所知）仅在载荷低于材料的屈服应力时才适用，在这里绝对不是这种情况，因为它在每次弯曲时都会塑性变形。

— BeyondLego 2015年

这种变形的大小与循环加载方案中所期望的大小完全不同。您可以断开选项卡，而无需执行完整的循环。冷加工/温床的答案直接找到了根本原因，不需要特殊的循环载荷，所以我认为这是一个更好的解释。

— 航

几乎每个人都部分正确。您可以在一个“循环”中通过简单的过载使拉环失效，或者在三个或四个循环中累积塑性应变。通常，即使是低周疲劳也不会被认为是这样，但我不知道巴黎法则可以应用多少周有下限。

— rdt2
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