第二章-金屬的力學(xué)性能-化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)

1、第二章 金屬的力學(xué)性能 1桿件變形的基本形式234桿的受力簡(jiǎn)圖為一、變形和內(nèi)力拉伸和壓縮的彈性形變：作用在桿件上的外力合力的作用線與桿件軸線重合，桿件變形是沿軸線方向的伸長(zhǎng)或縮短。增大外力，變形增加;減少外力,變形減少；去掉外力，恢復(fù)變形。FF拉伸FF壓縮 第一節(jié) 彈性體的變形和內(nèi)力5內(nèi)力的概念 金屬在外力作用下發(fā)生變形，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)位置要發(fā)生改變，伴隨這種改變，各質(zhì)點(diǎn)間原有的相互作用力也必然發(fā)生改變。 這種由于外力作用而引起的各質(zhì)點(diǎn)間相互作用力的改變量，稱為“附加內(nèi)力”，簡(jiǎn)稱內(nèi)力。6FF二 直桿受拉（壓）時(shí)的內(nèi)力mm切: 假想沿m-m橫截面將桿切開1、截面法求內(nèi)力留: 留下左半段或右

2、半段FF代: 將拋掉部分對(duì)留下部分的作用用內(nèi)力代替 FNFN平: 對(duì)留下部分寫平衡方程求出內(nèi)力的值73、軸力正負(fù)號(hào)： 拉為正、壓為負(fù)。 4、軸力圖： 軸力沿桿件軸線的變化。FFmmFFFNFN2、軸力：橫截面上的內(nèi)力 直桿受拉（壓）時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力。8已知F1=10kN；F2=20kN； F3=35kN；F4=25kN;試畫出圖示桿件的軸力圖。11FN1F1解：1、計(jì)算各段的軸力。F1F3F2F4ABCDAB段BC段2233FN3F4FN2F1F2CD段2、繪制軸力圖。9PQ(a)P-29(b)P/Q/QP10三 受拉（壓）直桿內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)力的概念 工程上通常稱內(nèi)力分布集度為應(yīng)力，即應(yīng)力是指作用在單

3、位面積上的內(nèi)力值，它表示內(nèi)力在某點(diǎn)的集度。 一般來說，桿件橫截面上的應(yīng)力不一定是均勻分布的，為了表示截面上某點(diǎn)C的應(yīng)力，圍繞點(diǎn)C取一微面積 ，如下圖所示： 11平均應(yīng)力：應(yīng)力：應(yīng)力單位：Pa或MPa （1N/m2）12現(xiàn)象：橫向線1-1與2-2仍為直線，且仍然垂直于桿件軸線，只是間距增大，分別平移至圖示1-1與2-2位置。平面假設(shè)：桿件變形前為平面的橫截面在變形后仍為平面，且仍然垂直于變形后的軸線 FFF13FFF推論：當(dāng)桿件受到軸向拉伸(壓縮)時(shí)，自桿件表面到內(nèi)部所有縱向纖維的伸長(zhǎng)（縮短）都相同。結(jié)論：應(yīng)力在橫截面上是均勻分布的(即橫截面上各點(diǎn)的應(yīng)力大小相等)，應(yīng)力的方向與橫截面垂直，即為正

4、應(yīng)力 14受拉（壓）直桿內(nèi)的正應(yīng)力15簡(jiǎn)單拉伸直桿斜面上作用的應(yīng)力1617縱向變形EA為抗拉剛度虎克定律線應(yīng)變E為彈性模量,材料抵抗彈性變形的能力 第二節(jié) 材料的力學(xué)性能18橫向變形泊松比橫向線應(yīng)變鋼材的E 約為2105MPa，約為0.250.3319一 拉伸實(shí)驗(yàn)常溫、靜載2-41 試件的準(zhǔn)備和試件的進(jìn)行2021明顯的四個(gè)階段1、彈性階段ob比例極限彈性極限2、屈服階段bc（失去抵抗變形的能力）屈服極限3、強(qiáng)化階段ce（恢復(fù)抵抗變形的能力）強(qiáng)度極限4、頸縮階段ef2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理22由-曲線定義若干重要的比例極限 p： =E -關(guān)系是線性、彈性的。材料性能和指標(biāo) ：彈性模量 (Elastic

5、 Modulus) ： 斜率,反映材料抵抗彈性變形的能力。23彈性極限e：彈性，ab段為非線性。 e與p數(shù)值相近。 屈服極限或屈服強(qiáng)度s： 材料是否出現(xiàn)塑性變形的重要強(qiáng)度指標(biāo)。反映材料是否破壞的重要強(qiáng)度指標(biāo)。強(qiáng)度極限b：24“材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)室”電子拉力試驗(yàn)機(jī)25延性和脆性：延伸率n:面縮率：度量材料塑性性能的重要指標(biāo)。5%, 如低碳鋼、低合金鋼、青銅等.延性材料：脆性材料：5%, 如鑄鐵、硬質(zhì)合金、石料等。低碳鋼，約25%左右，約為60%。sopesybk頸縮ke1A1A026材料的力學(xué)性能（或機(jī)械性能）指標(biāo)為：彈性指標(biāo)：彈性模量E: 材料抵抗彈性變形的能力強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度s - 材料發(fā)

6、生屈服強(qiáng)度極限b -材料發(fā)生破壞延性指標(biāo)：延伸率 和/或面縮率。2728 不同材料的拉伸曲線脆性材料無s, 無頸縮， 強(qiáng)度指標(biāo)b。彈性階段-間也可有非線性關(guān)系。延性材料可以沒有屈服平臺(tái)，名義屈服極限0.2為產(chǎn)生0.2%塑性應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力。(%)se0(MPa)10 20500200A3鋼(Q235)16Mn 500se0(%)(MPa)20010.5灰鑄鐵玻璃鋼se0(%)(MPa)20050020鋁合金球墨鑄鐵青銅29常溫、靜載二 壓縮實(shí)驗(yàn)30屈服極限比例極限彈性極限 拉伸與壓縮在屈服階段以前完全相同。E - 彈性模量1 塑性材料（低碳鋼）的壓縮實(shí)驗(yàn)31 脆性材料的抗拉與抗壓性質(zhì)不完全相同 壓

7、縮時(shí)的強(qiáng)度極限遠(yuǎn)大于拉伸時(shí)的強(qiáng)度極限2 脆性材料（鑄鐵）的壓縮實(shí)驗(yàn)32低碳鋼壓縮, 愈壓愈扁鑄鐵壓縮, 約45開裂33三 溫度對(duì)材料的力學(xué)性能的影響 1 溫度對(duì)短時(shí)靜載實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的影響 材料的塑性指標(biāo),隨溫度降低而減少，E、b、s 隨溫度降低而升高構(gòu)件低溫脆斷低溫壓力容器（溫度低于-20）342 高溫時(shí)的蠕變與應(yīng)力松弛 蠕變現(xiàn)象：金屬試件在高溫下承受某已固定的應(yīng)力時(shí)，試件會(huì)隨著時(shí)間的延續(xù)而不斷發(fā)生緩慢增長(zhǎng)的塑性形變。 蠕變極限n：在某高溫下，為使試件在10萬小時(shí)內(nèi)的塑性應(yīng)變值不超過1%，允許試件能夠承受的最高應(yīng)力值，單位MPa。 持久強(qiáng)度（D ）：試件在某高溫下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不斷裂所允許試

8、件承受的最高應(yīng)力，單位MPa 。 35應(yīng)力松弛：總變形量保持不變，初始的彈性變形隨時(shí)間的推移逐漸轉(zhuǎn)化為塑性變形并引起構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力減小的現(xiàn)象 36材料塑性隨溫度降低而下降材料對(duì)微觀缺性的敏感性：材料或構(gòu)件中的微觀缺陷對(duì)構(gòu)件出現(xiàn)脆性斷裂的影響 四 金屬的缺口沖擊實(shí)驗(yàn)37 將帶有缺口具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的長(zhǎng)方形試件放在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上,利用擺錘下落時(shí)的沖擊力,將試件沖斷的一種試驗(yàn)金屬的缺口沖擊試驗(yàn)38沖擊功Akv ：擺錘沖斷試件所消耗的功 材料的沖擊韌性akv= Akv /F(J/cm2）39 冷脆現(xiàn)象：溫度降低， Akv , akv值下降脆性轉(zhuǎn)變溫度：防止材料出現(xiàn)脆性斷裂，對(duì)明顯冷脆現(xiàn)象的材料規(guī)定的溫度。40五. 硬度的概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好；綜合性能指標(biāo)。41 常用硬度指標(biāo)： 布氏硬度（HBS); 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC); 硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系： 如：低碳鋼b36HBS