材料力學(xué)性能-第1章

材料力學(xué)性能

徐建林

顧玉芬

材料科學(xué)與工程學(xué)院第一章緒論一、工程背景（一）工程要求1、現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的要求：高性能、經(jīng)濟(jì)、安全2、選材的依據(jù)3、質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)（二）服役條件與性能負(fù)荷→零件→可能產(chǎn)生損傷→（嚴(yán)重時(shí)）失效力學(xué)負(fù)荷（外力作用條件下）→材料內(nèi)部變形方式、應(yīng)力分布狀態(tài)和缺口效應(yīng)熱負(fù)荷（外界高溫條件下）→材料內(nèi)部產(chǎn)生熱沖擊、熱應(yīng)力，T↑→承載能力↓環(huán)境介質(zhì)作用→表面化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕，摩擦與磨損1、力學(xué)負(fù)荷（載荷）（1）分類：靜載荷：如機(jī)器重量對(duì)基礎(chǔ)的作用。動(dòng)載荷：交變載荷（隨時(shí)間做周期變化）；如齒輪傳動(dòng)。沖擊載荷（物體的運(yùn)動(dòng)在瞬時(shí)突變所引起的載荷）；如鍛打。（2）零件在靜載荷下變形的基本形式變形：構(gòu)件在工作時(shí)在外力作用下其幾何形狀和尺寸將發(fā)生改變的現(xiàn)象。①.拉伸和壓縮：②.剪切：③.扭轉(zhuǎn)：4.彎曲：5.組合變形2.熱負(fù)荷溫度因素：高溫、低溫、熱沖擊高溫下服役的零件熱疲勞：溫度反復(fù)急劇變化高溫氧化蠕變現(xiàn)象：溫度上升導(dǎo)致延伸率上升（一般高于0.3T熔顯著）溫度上升導(dǎo)致力學(xué)性能下降：普通鋼材從室溫上升到600°C，強(qiáng)度下降一般很多。：

T>0.3Tm,很小應(yīng)力下的緩慢變形蠕變急熱急冷產(chǎn)生的熱應(yīng)力低溫下的材料脆化3、環(huán)境介質(zhì)的作用①腐蝕：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理溶解②磨擦磨損：接觸零件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生，引起功和能消耗、噪聲等。磨損是零件表面材料的逐漸失去，常見(jiàn)類型有粘著磨損、磨粘磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損。③老化作用：各種環(huán)境因素作用下材料性能的逐漸退化、變壞，最終喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象。輪胎龜裂、發(fā)粘，塑料變硬邊脆。老化的環(huán)境因素：溫度、日光、電、輻射、應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)等。（三）、材料的性能：

是一種參量，用來(lái)表征材料在給定外界條件下的所表現(xiàn)出的行為特征。

外界條件：在不同的外界條件下，相同的材料也會(huì)有不同的性能。

例如：斷裂強(qiáng)度

蠕變斷裂強(qiáng)度----熱學(xué)

疲勞斷裂強(qiáng)度----力學(xué)

應(yīng)力腐蝕斷裂強(qiáng)度----化學(xué)

外界條件———性能————選材

材料的基本性能1、使用性能：物理性能（光、電、磁……）力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、硬度……）

2、加工性能

（可制造性）熱加工：鑄、鍛、焊、熱處理……冷加工：車、銑、磨……特種加工：電火花、激光、離子……

材料的力學(xué)性能:

評(píng)價(jià)材料在變形、損傷和斷裂的抗力和容量的定量指標(biāo)。材料的力學(xué)行為:

是對(duì)材料在外力作用下發(fā)生變形、損傷和斷裂過(guò)程的描述（可用圖、表、解析式）。

服役過(guò)程:

保持設(shè)計(jì)要求的外形和尺寸，保證在服役期內(nèi)安全地運(yùn)行。

生產(chǎn)過(guò)程:

要求材料具有優(yōu)良的加工性能。如壓力加工要求優(yōu)良的塑性和低的塑性變形抗力。彈性:是指材料在外力作用下保持和恢復(fù)固有形狀和尺寸的能力。塑性:是材料在外力作用下發(fā)生不可逆的永久變形的能力．強(qiáng)度:是材料對(duì)變形和斷裂的抗力。壽命:是指材料在外力的長(zhǎng)期或重復(fù)作用下抵抗損傷和失效的能力，使零件在服役期內(nèi)安全運(yùn)行。不同工況下對(duì)各種性能的要求不同（四）、材料的基本力學(xué)性能（五）、材料力學(xué)性能表征1、材料軟硬程度的表征。2、材料脆性的表征。3、材料抵抗外力能力表征。4、材料變形能力的表征。5、含缺陷材料抗斷裂能力的表征。6、材料抵抗多次受力能力的表征。7、新材料及特種材料性能的表征。8、特殊條件下材料性能的表征。（六）、意義1、材料的安全使用（1）防止失效失效形式：過(guò)量變形、斷裂、磨損、腐蝕（2）減少經(jīng)濟(jì)損失美國(guó)：1982年為1190億（占GDP4%）研究認(rèn)為：采用新技術(shù)，可減少1/3損失2、評(píng)價(jià)材料和相關(guān)制備工藝3、合理使用材料二、研究?jī)?nèi)容和研究方法1、研究?jī)?nèi)容：結(jié)合材料的實(shí)際服役條件，研究材料在外力作用下力學(xué)性能變化的情況。2、研究方法（1）簡(jiǎn)單到復(fù)雜——研究典型工況、典型試樣A、光滑試樣：基本力學(xué)性能的測(cè)定，失效機(jī)理與判據(jù)的研究；B、切口試樣：更具實(shí)際性（貼近實(shí)際零部件）C、帶裂紋試樣：具有實(shí)際性（裂紋存在）（2）聯(lián)系實(shí)際情況進(jìn)行研究三、教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容第一部分:第一～七章

闡述材料在一次加載條件下的形變和斷裂過(guò)程。所測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)用于評(píng)價(jià)零件在服役過(guò)程中抗過(guò)載失效的能力或安全性。第二部分:第八～十一章

論述疲勞、蠕變、磨損和環(huán)境效應(yīng)四種常見(jiàn)的與時(shí)間相關(guān)的失效形式。材料對(duì)這四種形式失效的抗力將決定零件的壽命。第三部分:第十二～十四章介紹陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料的力學(xué)性能。四、本課程學(xué)習(xí)注意問(wèn)題：（一）學(xué)習(xí)要求（目的）1、掌握材料基本力學(xué)性能的測(cè)試原理和方法；2、理解材料在外力作用下失效過(guò)程、機(jī)制和力學(xué)模型；3、理解評(píng)價(jià)材料的力學(xué)性能治標(biāo)及評(píng)價(jià)方法；4、理解選優(yōu)材料的指標(biāo)、方法，通過(guò)優(yōu)化工藝改善材料的力學(xué)性能；5、了解新材料、新技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料的力學(xué)性能提出的新的要求；（二）學(xué)習(xí)方法1、加強(qiáng)前后知識(shí)的聯(lián)系：相關(guān)課程：材料力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、金屬熱處理、彈塑性力學(xué)。2、注重實(shí)踐環(huán)節(jié)（1）掌握一些經(jīng)驗(yàn)公式的適用范圍和限制；（2）掌握測(cè)試原理、設(shè)備和方法；（3）理論聯(lián)系實(shí)際:是實(shí)用性很強(qiáng)的一門(mén)課程。某些力學(xué)性能指標(biāo)根據(jù)理論考慮定義,而更多指標(biāo)則按工程實(shí)用要求定義。（4）重視實(shí)驗(yàn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)既可掌握