材料性能學(xué)材料在其他靜載下力學(xué)性能

1、材料性能學(xué)材料在其他靜載下力學(xué)性能材料力學(xué)：任何復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)都可用3個主應(yīng)力 1、 2、 3（ 1 2 3）來表示。最大切應(yīng)力理論：最大正應(yīng)力理論：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 越大，表示切應(yīng)力分量越大，應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料越容易產(chǎn)生塑性變形；（1）三向等拉伸時， 1=2=3， =0應(yīng)力狀態(tài)最硬，脆斷（表現(xiàn)脆性）；（2）單向拉伸， 1，2=3=0，應(yīng)力狀態(tài)較硬， =0.5,適用于塑性材料的試驗。（3）扭轉(zhuǎn)， 1=，2=0，3=-， =0.8（4）單向壓縮，1= 2=0，3=-， =2，應(yīng)力狀態(tài)較軟，適用于脆性材料的試驗，以揭示其塑性性能；（5）三向不等壓縮： 1= =-，2=-2 ， 3=-2 ，材料的硬

2、度試驗屬于三向不等壓縮，應(yīng)力狀態(tài)非常軟，適合各種材料。第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能一、扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo)在與軸線呈45方向上承受最大正應(yīng)力，與試樣軸線平行或垂直方向上承受最大切應(yīng)力。彈性變形階段，切應(yīng)力、切應(yīng)變沿半徑方向呈線性分布。當(dāng)表層產(chǎn)生塑性變形后，切應(yīng)變的分布仍保持線性關(guān)系，切應(yīng)力則呈非線性變化。扭轉(zhuǎn)圖：扭轉(zhuǎn)試驗過程中，扭矩M與扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線扭轉(zhuǎn)圖。扭矩：使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。1 應(yīng)力：切應(yīng)力：=M/W M扭矩 W抗扭截面模量（試樣截面系數(shù)）規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：p= Mp/ W 表示材料對扭轉(zhuǎn)塑性變形的抗力（扭轉(zhuǎn)曲線上對M軸的正切值較直線部分正切值大50%時，該點的扭矩Mp）扭轉(zhuǎn)

3、屈服強(qiáng)度：s = Ms/ WMs殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時的扭矩。（相當(dāng)于拉伸殘余應(yīng)變0.2%） 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限：b = Mb/ WMb扭斷前的最大扭矩故用b = Mb/ W計算的b（按彈性理論） 與真實情況有偏差，故稱條件強(qiáng)度極限（脆性材料相符）Mf為試樣斷裂時的最大扭矩（Nm）為試樣斷裂時單位長度上的相對扭轉(zhuǎn)角，為M- 扭轉(zhuǎn)曲線上f點處的切線相對于軸夾角的正切值（Nm/rad）是在完全理想塑性條件下，第二項則代表存在彈性變形和形變強(qiáng)化時的修正 扭轉(zhuǎn)相對殘余切應(yīng)變 ：a、對于塑性材料，塑性變形很大，彈性切應(yīng)變可以忽略不計，因此求出總切變可看作殘余切應(yīng)變。b、脆性材料，低塑性材料，由于塑性變形

4、很小，彈性變形不能忽略，殘余切應(yīng)變：扭轉(zhuǎn)試驗的特點及應(yīng)用 扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，較高，可用來測定那些在拉伸時呈現(xiàn)脆性的材料（f/c=0.50.8）的強(qiáng)度和塑性。 截面應(yīng)力分布表面最大，心部最低，因此扭轉(zhuǎn)試驗對材料表面強(qiáng)化和表面缺陷的反映十分敏感，適用于表面強(qiáng)化材料的性能檢驗。二、彎曲及其性能指標(biāo)2、彎曲圖：載荷F（或彎矩M）與試樣最大撓度fmax之間的關(guān)系曲線。對于直徑為d0的圓截面試樣：對于寬為b，高為h的矩形截面試樣：W為試樣抗彎截面系數(shù)對于脆性材料，抗彎強(qiáng)度bb：Mb為試樣斷裂時的彎矩（Nm）材料的塑性可用最大彎曲撓度fmax表示， fmax值可由百分表或撓度計直接讀出。彎曲加

5、載時受拉-側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)與靜拉伸基本相同，且不存在拉伸時試樣偏斜對試驗結(jié)果的影響，故彎曲試驗常用于測量硬度很高，難以加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強(qiáng)度，并能顯示出塑性差別。彎曲試驗時，截面上的應(yīng)力分布也是應(yīng)力最大，可靈敏地反映出材料的表面缺陷，因此常用來比較、評定材料表面處理層的質(zhì)量。三、壓縮及其性能指標(biāo)1、壓縮試驗測定的力學(xué)性能指標(biāo)規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力抗壓強(qiáng)度相對壓縮率相對斷面擴(kuò)展率脆性材料的抗壓強(qiáng)度及壓縮塑性指標(biāo)如下：隨著塑性變形逐步向內(nèi)遷移，各應(yīng)力峰不但越來越高，應(yīng)力峰的位置也逐步移向中心。因此，在有缺口存在的條件下，由于出現(xiàn)三向應(yīng)力，使試樣的屈服應(yīng)力高于單向拉伸時的屈服應(yīng)力（塑性變形受到約

6、束），即缺口使塑性材料得到“強(qiáng)化”缺口的第三效應(yīng)。 注意： 應(yīng)用：缺口試樣靜拉伸試驗廣泛用于高強(qiáng)度材料的缺口敏感性，鋼和鈦的氫脆，高溫合金的缺口敏感性等。材料2，在曲線下降部分?jǐn)嗔?，殘余撓度f2較大，表明材料2缺口敏感性低。材料3，試樣彎曲但不發(fā)生斷裂，取相當(dāng)于1/4Fmax處的殘余撓度f3作為其撓度值， f3很大，表明材料對缺口不敏感。 qe2、分類它與材料的強(qiáng)度、塑性有關(guān)（綜合指標(biāo)）。(1)布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計 壓痕相似原理要保持在不同的實驗條件下測得同一材料的布氏硬度值相同必須同時滿足兩個條件：一是使形成的壓入角為常數(shù)，即要獲得幾何形狀相似的

7、壓痕二是保證F/D2為常數(shù)h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計 原理：一定載荷下，以壓頭在材料表面產(chǎn)生壓痕的深度表示材料的硬度。 壓頭：a、圓錐角=120的金剛石壓頭，HRA、HRB、HRC。b、直徑1.588mm、3.175mm的淬火鋼球當(dāng)載荷單位為kgf，壓痕對角線長度單位為mm時：當(dāng)載荷的單位為N時： 特點優(yōu)點（1）由于維氏硬度測試采用了四方角錐體壓頭，在各種載荷作用下所測得的壓痕幾何相似，因此載荷大小可以任意選擇，所得硬度值均相同，不受布氏硬度那種載荷和壓頭的規(guī)定條件的約束。（2）維氏硬度法測量范圍較寬，軟硬材料都可測試，而又不存在洛氏硬度法那種不同標(biāo)尺的硬度無法統(tǒng)一的問題，并且比洛氏硬度法能更好的測定薄件或薄層的硬度，因而常用來測定表面硬化層以及儀表零件等的硬度。（3）由于維氏硬度的壓痕為一輪廓清晰的正方形，其對角線易于精確測量，故精度較布氏硬度高。（4）維氏硬度試驗的另一特點是當(dāng)