钢锯锯断铁管的物理原理是什么

物理是个锅，什么都能放进去，但其实用钢锯锯铁管是个机械问题。这种类型的锯切与钢锯的机械性能有很大关系，但另一个重要因素在于两者的相对运动速度。请跟随我的思路，一起理解骨折的神奇。

1.断裂的类型有哪些？

和人的直观理解一样，一个物体由于外力作用被分成两个或两个以上的部分，这就是断裂。学者们根据应力形式的不同，将裂纹分为三种类型，即张开型、交错型和撕裂型。世界上所有的骨折类型无非就是这三种。铁管钢锯的断裂是第二种类型，交错裂纹。

2.为什么钢锯铁管是交错的？

在上图中，我们可以清楚地看到裂纹表面与外部载荷之间的关系。对于交错裂纹，载荷方向与裂纹面平行，裂纹扩展方向与载荷方向相同。在钢锯铁管，的过程中，锯齿来回摩擦铁管的表面，铁管的表面磨损后，形成一个凹槽。如下图所示。

从图中可以看出，锯齿对铁管，表面层施加力，锯齿的三个表面(底面和两个侧面)与铁管接触，形成三个裂纹面。在这个载荷的作用下，面铁随载荷方向移动，裂纹也向同一个方向扩展，从而形成沟槽。可以看出，载荷方向与裂纹面平行，裂纹扩展方向与载荷方向相同，属于典型的交错断裂。

3.不同的材料对骨折有什么影响？

锯片能够切割铁管的最重要因素是锯片的材料，其具有较高的表面硬度，因此具有较好的耐磨性。它还具有很强的刚性，所以不容易变形。一般钢锯用高速钢制成，含碳量为0.7 ~ 1.65%，含钨量为5.5 ~ 19%。在600工作时，硬度可保持在HRC60以上，说明其具有良好的耐磨性。用弹性模型测量高速钢的刚度，其值约为200GPa。事实上，锯铁的锯条必须由至少相同种类的铁制成。显然，尽管存在锯齿，软橡胶材料不能有效地切断铁管

4.锯片齿数如何影响锯切性能？

常识告诉我们，对于容易切割的材料，如木材、塑料等，可以选择少齿的锯片，而对于难切割的硬质材料，如铁等，则需要细齿的锯片。为什么会这样？

这应该从锯齿的应力开始。仔细观察锯齿，每颗牙齿都是交错排列的，而不是在同一个平面上，这样才能充分发挥每颗锯齿的作用，否则隐藏在后面的锯齿基本上是“无用”的。锯片较薄时，交错排列的锯齿容易折断。如果是齿数少的锯片，其锯齿形状必然会变大。在锯切过程中，交错排列的锯齿有侧向力，对大齿不利，会造成较大的扭矩，从而使锯齿折断。对于难锯的硬质材料，侧向力较大，必须使用细齿。此外，细齿前进方向的力较小，便于操作。

4.锯齿的速度如何影响锯切效果？

速度是影响锯切效果的另一个因素。用一个静力和一个动力，同样的左右用另一个物体，其效果完全不同。锯齿的运动改善了锯齿材料的力学性能。

有一种效应，在力学上叫做“应变率效应”。也就是说，在动载荷下，材料会很硬。学过材料力学的同学都知道，应力-应变曲线基本上可以用来描述材料的力学性能。然而，通常的应力-应变曲线是在准静态载荷下获得的。如果加载速度增加，曲线会升高，表现出硬脆的特点。上图。

纸本来是一种很弱的材料，但是做成圆形放在电钻上，一张高速运动的纸很容易把板子切下来，这就是速度的影响。

5.两者相互作用。为什么铁管被锯掉了，锯齿没有磨掉？

看到这里，可能有同学要问，如果是两种相同的材料，一种是锯片，一种是锯。力学性能完全一样，而且是手锯，加载速度可以忽略不计。按照前面的分析，应该是无法判断谁被谁锯断的。所以前面锯齿形状的分析是缺失的。

这其实就是专注力的作用。锯齿尖尺寸小，作用在物体上后，物体受到集中力。在集中力的作用下，作用点附近的应力急剧增大，迅速超过材料的承载极限，从而造成损伤。至于锯齿，虽然力属于作用力和反作用力，但这个力就锯齿的大小而言并不是集中力，而是整个齿尖受力，它的应力分布很可能在齿根更大。上图为齿轮受力情况，仅供参考。锯齿的侧向力更大，所以根部的应力可能更大。

6.摘要

根据以上分析，钢锯能切割铁管的原因是：1)钢锯材料的优良力学性能，2)合适的锯齿形状和数量，3)合理的锯片运动速度。