工力章材料的力學性能

工力章材料的力學性能第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料在外載作用下的變形和強度特性。變形彈性變形（外力去除后變形消失）塑性變形（外力去除后變形保留）強度屈服強度斷裂強度（抗拉、抗壓、抗彎強度等）斷裂韌性§10-0緒論

第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料在外載作用下的變形和強度特性。材料在靜載下的力學性能材料在疲勞載荷下的力學性能材料在沖擊載荷下的力學性能金屬材料陶瓷材料高分子材料復合材料材料的常溫力學性能材料的高溫力學性能材料的低溫力學性能第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料力學性能的測試方法加載裝置測試裝置材料試驗機動力源：液壓電動控制部分：開環(huán)控制閉環(huán)控制（負反饋）電測法光測法夾具：拉伸、壓縮、彎曲…機械、液壓、氣動…第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料力學性能的測試方法比例極限屈服強度極限強度o(MPa)fyftedabc0.2%0.2(MPa)o第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料的力學性能指標彈性模量泊松比屈服強度截面收縮率、延伸率抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度各種極限應力指標沖擊吸收功硬度斷裂韌性……第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日應力速率對材料力學性能的影響低碳鋼Ose1靜荷載2動荷載應力速率與屈服極限的關(guān)系020406080100320300280260240220200ss(MPa)s

(MPa/s)·第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日總趨勢:溫度升高,E、S

、b下降；

、增大。溫度下降,b增大；

、減小。0100200300400500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed溫度對低碳鋼力學性能的影響§10-1高溫下材料的力學性能

1、短時高溫下的力學性能：第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日200017501500125010007505002500-200-1000100200300400500600700800d80706050403020100溫度對鉻錳合金力學性能的影響第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日---

P(kN)------0510153020100

Dl(mm)---0510153020100

P(kN)

Dl(mm)溫度降低，塑性降低，強度極限提高純鐵中碳鋼第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日溫度降低，b增大，為什么結(jié)構(gòu)會發(fā)生低溫脆斷？第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.蠕變：

在一定的高溫下，即使構(gòu)件上的應力不變，塑性變形卻隨時間而緩慢增加，直至破壞。這種現(xiàn)象稱為蠕變。注意：應力沒增加，桿自己在變長！P經(jīng)過較長時間后P加靜載第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日構(gòu)件的工作段不能超過穩(wěn)定階段！

etOABCDE不穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段加速階段破壞階段

e0材料的蠕變曲線第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日交變應力應力不變溫度越高蠕變越快T1T2T3T4s1s2s3s4溫度不變應力越高蠕變越快第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日總復習3.應力松弛：

在一定的高溫下，構(gòu)件上的總變形不變時，彈性變形會隨時間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，從而使?gòu)件內(nèi)的應力變小。這種現(xiàn)象稱為應力松弛。桿也是自己變長了一段！經(jīng)過較長時間后卸載加靜載第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日溫度相同e2e1e3初應變越大，松弛的初速率越大初始彈性應變不變T1T3T2溫度越高，松弛的初速率越大第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日溫度降低，b增大，結(jié)構(gòu)反而還發(fā)生低溫脆斷，原因何在？溫度降低，b增大，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)生低溫脆斷?！?0-2沖擊吸收功第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.沖擊試驗試件交變應力40554055101010102R0.52R1V型切口試樣U型切口試樣試件第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.沖擊試驗交變應力試件第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日①“U”型口試件的沖擊韌性：②“V”型口試件的沖擊韌性：③冷脆：溫度降低，沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為冷脆。交變應力第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日交變應力第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日交變應力：構(gòu)件內(nèi)一點處的應力隨時間作周期性變化，這

種應力稱為交變應力。折鐵絲PP§10-3交變應力下材料的疲勞極限第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日交變應力（AlternatingStress）：構(gòu)件內(nèi)一點處的應力隨時間作周期性變化，稱為交變應力

第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1、交變應力的類型及其應力比平均應力應力幅應力每重復變化一次的過程稱為一個應力循環(huán)。應力循環(huán)中最小應力與最大應力之比，稱為交變應力的應力比，用來表示交變應力的變化特點。第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日分類（1）對稱循環(huán)交變應力

當σmax=-σmin，即r=-1的交變應力稱為對稱循環(huán)交變應力第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日（2）脈動循環(huán)交變應力

當σmax>0、σmin=0（或σmax=0、σmin<0），即r=0（或r=的交變應力稱為脈動循環(huán)交變應力第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、材料在交變應力作用下的破壞特點與在靜應力作用下的破壞相比，金屬材料在交變應力作用下的破壞具有以下特點：（1）抵抗斷裂的極限應力低。（2）破壞有一個過程。（3）材料的破壞呈脆性斷裂。第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日疲勞破壞的發(fā)展過程:(1).亞結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而永久損傷形核。(2).產(chǎn)生微觀裂紋。(3).微觀裂紋長大并合并，形成“主導”裂紋。(4).宏觀主導裂紋穩(wěn)定擴展。(5).結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或完全斷裂。交變應力材料在交變應力下的破壞，習慣上稱為疲勞破壞。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日疲勞破壞的特點:(2).斷裂發(fā)生要經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)(3).破壞均呈脆斷(4).“斷口”分區(qū)明顯。

（光滑區(qū)和粗糙區(qū)）交變應力第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日3、材料疲勞極限：

循環(huán)應力只要不超過某個“最大限度”,構(gòu)件就可

以經(jīng)歷無數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞，這個限度值稱

為“疲勞極限”，用r

表示

—N

曲線（應力—壽命曲線）：N0—循環(huán)次數(shù)A—條件（名義）疲勞極限sN(次數(shù))sANAsrN0r—材料疲勞極限第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日4、影響構(gòu)件疲勞極限的主要因素（1）應力集中的影響（應力集中會顯著降低構(gòu)件的疲勞極限）

k或(kτ

)—有效應力集中系數(shù)(kr>1)：光滑試件的疲勞極限同尺寸具有應力集中的試件的疲勞極限第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日（2）構(gòu)件尺寸的影響（隨著試件橫截面尺寸的增大，疲勞極限會相應地降低）

或(τ

)—尺寸系數(shù)(<1)：第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日（3）構(gòu)件表面質(zhì)量的影響（表面質(zhì)量越高，疲勞極限越高）

—表面質(zhì)量系數(shù)(<1)：第三十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日（4）工作環(huán)境的影響在腐蝕環(huán)境中的構(gòu)件，材料的疲勞極限一般都明顯降低。當鋼的工作溫度在300oC~400oC以下時，溫度對疲勞極限的影響不大，超過400度以后，隨著溫度的升高