工力章材料的力學(xué)性能

工力章材料的力學(xué)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(qiáng)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(qiáng)度屈服強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度（抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)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(qiáng)度特性。材料在靜載下的力學(xué)性能材料在疲勞載荷下的力學(xué)性能材料在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬材料陶瓷材料高分子材料復(fù)合材料材料的常溫力學(xué)性能材料的高溫力學(xué)性能材料的低溫力學(xué)性能第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料力學(xué)性能的測試方法加載裝置測試裝置材料試驗(yàn)機(jī)動力源：液壓電動控制部分：開環(huán)控制閉環(huán)控制（負(fù)反饋）電測法光測法夾具：拉伸、壓縮、彎曲…機(jī)械、液壓、氣動…第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日材料力學(xué)性能的測試方法比例極限屈服強(qiáng)度極限強(qiáng)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(xué)性能指標(biāo)彈性模量泊松比屈服強(qiáng)度截面收縮率、延伸率抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度各種極限應(yīng)力指標(biāo)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(yīng)力速率對材料力學(xué)性能的影響低碳鋼Ose1靜荷載2動荷載應(yīng)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(xué)性能的影響§10-1高溫下材料的力學(xué)性能

1、短時高溫下的力學(xué)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(xué)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(qiáng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力應(yīng)力不變溫度越高蠕變越快T1T2T3T4s1s2s3s4溫度不變應(yīng)力越高蠕變越快第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日總復(fù)習(xí)3.應(yīng)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(yīng)力變小。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)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(yīng)變越大，松弛的初速率越大初始彈性應(yīng)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。§10-2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(yàn)試件交變應(yīng)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(yàn)交變應(yīng)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(yīng)力第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日交變應(yīng)力第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時間作周期性變化，這

種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。折鐵絲PP§10-3交變應(yīng)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(yīng)力（AlternatingStress）：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時間作周期性變化，稱為交變應(yīng)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(yīng)力的類型及其應(yīng)力比平均應(yīng)力應(yīng)力幅應(yīng)力每重復(fù)變化一次的過程稱為一個應(yīng)力循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比，稱為交變應(yīng)力的應(yīng)力比，用來表示交變應(yīng)力的變化特點(diǎn)。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(yīng)力

當(dāng)σmax=-σmin，即r=-1的交變應(yīng)力稱為對稱循環(huán)交變應(yīng)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(yīng)力

當(dāng)σmax>0、σmin=0（或σmax=0、σmin<0），即r=0（或r=的交變應(yīng)力稱為脈動循環(huán)交變應(yīng)力第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日2、材料在交變應(yīng)力作用下的破壞特點(diǎn)與在靜應(yīng)力作用下的破壞相比，金屬材料在交變應(yīng)力作用下的破壞具有以下特點(diǎn)：（1）抵抗斷裂的極限應(yīng)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(dǎo)”裂紋。(4).宏觀主導(dǎo)裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展。(5).結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或完全斷裂。交變應(yīng)力材料在交變應(yīng)力下的破壞，習(xí)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(diǎn):(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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力集中的影響（應(yīng)力集中會顯著降低構(gòu)件的疲勞極限）

k或(kτ

)—有效應(yīng)力集中系數(shù)(kr>1)：光滑試件的疲勞極限同尺寸具有應(yīng)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(yīng)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(dāng)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