材料力學(xué)-劉鴻文第二章2-2

1、力學(xué)性能指材料受力時在強度和變形方面表現(xiàn)出來的性能。 塑性變形又稱永久變形或殘余變形 彈性變形塑性變形變形塑性材料：斷裂前產(chǎn)生較大塑性變形的材料,如低碳鋼 脆性材料：斷裂前塑性變形很小的材料，如鑄鐵、石料 24 24 材料拉伸的機械性材料拉伸的機械性能能材料的機械性質(zhì)通過試驗測定，通常為常溫材料的機械性質(zhì)通過試驗測定，通常為常溫靜載試驗。試驗方法應(yīng)按照國家標準進行。靜載試驗。試驗方法應(yīng)按照國家標準進行。國家標準規(guī)定金屬拉伸試驗方法（GB2282002)GB2282002)LL=10d L=5d對圓截面試樣：對矩形截面試樣：0011.3lA005.65lA 國家標準不僅規(guī)定了試驗方法，對試件的形

2、國家標準不僅規(guī)定了試驗方法，對試件的形式也作了詳細規(guī)定式也作了詳細規(guī)定當當 l=10d 時的試件稱為時的試件稱為長試件長試件，為，為推薦尺寸推薦尺寸當當 l=5d 時的試件稱為時的試件稱為短試件短試件，為材料尺寸不，為材料尺寸不足時使用足時使用標準試件液壓式材料液壓式材料試驗試驗機機材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能在材料試驗機上在材料試驗機上進行測試。材料進行測試。材料試驗機的式樣有試驗機的式樣有很多，但大多為很多，但大多為機械傳動或液壓機械傳動或液壓傳動。傳動。電子拉力試驗機電子拉力試驗機20kN試驗機10kN試驗機電子拉力試驗機電子拉力試驗機PP拉伸圖：拉伸圖：P L 曲線曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線：應(yīng)

3、力應(yīng)變曲線： s e 曲線曲線L0PLs P /A0e L / L0一、低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能一、低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能 O名義應(yīng)力名義應(yīng)力(Nominal stress)比例極限比例極限P彈 性 階 段Elastic stage彈性極彈性極限限eBA屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力sC真應(yīng)力真應(yīng)力(True stress)F局 部 化 階 段Localization stage斷裂斷裂E強化階段Hardening stage強度極限強度極限bD屈 服 階 段Yielding stageOs%eaPsbescSsdbs彈性階段彈性階段ps s 比例極限比例極限es s 彈性極限彈性極限e es sE 虎克定律

4、虎克定律 tgE 彈性摸量彈性摸量Pss（）時成立屈服階段屈服階段 ss s 屈服極限屈服極限強化階段強化階段bs s 強度極限強度極限局部變形階段局部變形階段e塑性材料的卸載塑性材料的卸載(unloading)過程過程O殘余殘余( (塑性塑性) )應(yīng)變應(yīng)變重 新 加 載重 新 加 載(reloading)彈性回復(fù)彈性回復(fù)卸載卸載卸載卸載加載加載加載加載lPspsesssbpeeeeseabcdefseeeepe卸載定律卸載定律 冷作硬化冷作硬化 材料在卸載過程中應(yīng)力與應(yīng)變成線形關(guān)系。稱為：卸載定律 。 在常溫下把材料冷拉到強化階段，然后卸載，當再次加載時，材料的比例極限提高而塑性降低。這種現(xiàn)

5、象稱為冷作硬化冷作硬化。延伸率 (Percent elongation)1100%LLL截面收縮率(Percent reduction in area)1100%AAA 與與 表征材料破壞后的塑性變形程度表征材料破壞后的塑性變形程度。 與試件的原始尺寸與試件的原始尺寸L/d有關(guān)；有關(guān)； 與與試件的原始尺寸無關(guān)。試件的原始尺寸無關(guān)。塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料 5% 5% 5% ( (b b) )t t幾種非金屬材料的力學(xué)性能混凝土混凝土木材木材123三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖，用這三種材料制成同尺寸拉桿，請回答如下問題：哪種強度最好？哪種強度最好？哪種剛度最好？哪種剛度最好？哪種塑性最好？

6、哪種塑性最好？請說明理論依據(jù)？請說明理論依據(jù)？se塑性材料冷作硬化后，材料的力學(xué)性能發(fā)生了變化。試判斷以下結(jié)論哪一個是正確的：（A）屈服應(yīng)力提高，彈性模量降低；（B）屈服應(yīng)力提高，塑性降低；（C）屈服應(yīng)力不變，彈性模量不變；（D）屈服應(yīng)力不變，塑性不變。正確答案是（ ）低碳鋼材料在拉伸實驗過程中，不發(fā)生明顯的塑性變形時，承受的最大應(yīng)力應(yīng)當小于的數(shù)值，有以下4種答案，請判斷哪一個是正確的：（A）比例極限；（B）屈服極限；（C）強度極限；（D）彈性極限。正確答案是（ ）BB根據(jù)圖示三種材料拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線，得出如下四種結(jié)論，請判斷哪一個是正確的：（A）強度極限 （1）（2） （3）； 彈性模量

7、 E（1） E（2） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ；（B）強度極限 （2） （1） （3）； 彈性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ；（C）強度極限 （3）（1） （2）； 彈性模量 E（3） E（1） E（2）； 延伸率 （3） （2） （1） ； （D）強度極限 （1）（2） （3）； 彈性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （2） （1） （3）；正確答案是（ ）B關(guān)于低碳鋼試樣拉伸至屈服時，有以下結(jié)論，請判斷哪一個是正確的：（A）應(yīng)力和塑性變形很快增加，因而認為材料失效；（B）應(yīng)力和塑性變形雖然很快增加，但不意味著材料失效；

8、（C）應(yīng)力不增加，塑性變形很快增加，因而認為材料失效；（D）應(yīng)力不增加，塑性變形很快增加，但不意味著材料失效。正確答案是（ ）C關(guān)于 有如下四種論述，請判斷哪一個是正確的：（A）彈性應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力值；（B）總應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力值；（C）塑性應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力值；（D）塑性應(yīng)變?yōu)?.2時的應(yīng)力值。正確答案是（ ）2 . 0s sC低碳鋼加載卸載 再加載路徑有以下四種，請判斷哪一個是正確的：（A）OAB BC COAB ；（B）OAB BD DOAB ；（C）OAB BAOODB；（D）OAB BD DB。正確答案是（ ）D關(guān)于材料的力學(xué)一般性能，有如下結(jié)論，請判斷哪一個是正確的：

9、（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗壓能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其抗壓能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗壓能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗壓能力。正確答案是（ ）A2、 高溫、常時工作的構(gòu)件，會產(chǎn)生高溫、常時工作的構(gòu)件，會產(chǎn)生蠕變?nèi)渥兒秃退沙谒沙趲讉€概念：幾個概念：1、 高溫對材料的力學(xué)性能有影響高溫對材料的力學(xué)性能有影響4、松弛、松弛(Relaxation)：應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨時間：應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨時間增加而降低的現(xiàn)象增加而降低的現(xiàn)象3、蠕變、蠕變(Creep)：應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時間增加：應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時間增加而增加的現(xiàn)象而增加的現(xiàn)象2 26 6 * *溫度和時

10、間對材料力學(xué)性能的影響溫度和時間對材料力學(xué)性能的影響一、應(yīng)力速率對材料力學(xué)性能的影響一、應(yīng)力速率對材料力學(xué)性能的影響dtde ee e時時稱稱為為動動載載 3e e2低碳鋼低碳鋼Ose1靜荷載靜荷載動荷載動荷載0 20 40 60 80 100320300280260240220200應(yīng)力速率與屈服極限的關(guān)系應(yīng)力速率與屈服極限的關(guān)系ss (MPa)s (MPa/s)總趨勢總趨勢: :溫度升高溫度升高, ,E、s sS 、s sb 下降，下降， 、 增大增大溫度下降溫度下降, , s sb增大增大 、 減小減小)( C)MPa(s)GPa(E0 100 200 300 400 500216177

11、137700600500400300200100100908070605040302010(%),ESsbs溫度對低碳鋼力學(xué)性能的影響溫度對低碳鋼力學(xué)性能的影響二、短期靜載下溫度對材料力學(xué)性能的影響二、短期靜載下溫度對材料力學(xué)性能的影響藍脆點20001750150012501000 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 )MPa(s)( Cbs2 . 0s80706050403020100(%)溫度對鉻錳合金力學(xué)性能的影響溫度對鉻錳合金力學(xué)性能的影響溫度降低，塑性降低，強度極限提高溫度降低，塑性降低，強度極限提高 P(

12、kN)-0 5 10 15 302010 0C20C196C253 l(mm)純鐵-0 5 10 15 302010 0C20C196C253 P(kN) l(mm)中碳鋼 溫度降低，溫度降低，s sb增大，為什么結(jié)構(gòu)會發(fā)生低溫脆斷？增大，為什么結(jié)構(gòu)會發(fā)生低溫脆斷？三、高溫、長期靜載下材料的力學(xué)性能三、高溫、長期靜載下材料的力學(xué)性能金屬材料的高溫蠕變金屬材料的高溫蠕變(Creep)(Creep)（碳鋼（碳鋼350C350C以上）以上）BACDtO構(gòu)件的工作段不能超過穩(wěn)定階段構(gòu)件的工作段不能超過穩(wěn)定階段 e tOABCDE不穩(wěn)定不穩(wěn)定階段階段穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段加速階段加速階段破壞破壞階段階段 e0

13、材料的蠕變曲線材料的蠕變曲線溫度越高蠕變越快溫度越高蠕變越快應(yīng)力越高蠕變越快應(yīng)力越高蠕變越快s1s2s3s4溫度不變1234ssss應(yīng)力不變4321TTTTe2e1e3初應(yīng)力越大初應(yīng)力越大松弛的初速率越大松弛的初速率越大初始彈性應(yīng)變不變321TTTT1T3T2溫度越高溫度越高松弛的初速率越大松弛的初速率越大蠕變示意圖蠕變示意圖P伸長量伸長量時間時間0t0 隨時間增加，伸長量在不變的載荷作用下繼隨時間增加，伸長量在不變的載荷作用下繼續(xù)增加的現(xiàn)象。續(xù)增加的現(xiàn)象。靜載靜載P作用下的作用下的伸長量：伸長量：0 一細金屬線預(yù)先有應(yīng)一細金屬線預(yù)先有應(yīng)變后保持不變，應(yīng)力隨時變后保持不變，應(yīng)力隨時間增加而降低的現(xiàn)象。間增加而降低的現(xiàn)象。StressTime0t0Wire松弛示意圖松弛示意圖四、沖擊荷載下材料力學(xué)性能四、沖擊荷載下材料力學(xué)性能 沖擊韌度沖擊韌度轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 溫度降低，溫度降低，s sb增大，結(jié)構(gòu)反而還發(fā)生低溫脆斷增大，結(jié)構(gòu)反而還發(fā)生低溫脆斷原因何在？原因何在？ 溫度降低，溫度降低，s sb 增大，增大， 但材料的沖擊韌性下降但材料的沖擊韌性下降且抗斷裂能力基本不變，所以，結(jié)構(gòu)易發(fā)生低溫且抗斷裂能力基本不變，所以