材料力學(xué)拉伸與壓縮課件

材料力學(xué)拉伸與壓縮課件匯報人：小無名24目錄拉伸與壓縮基本概念材料拉伸性能及測試方法材料壓縮性能及測試方法拉伸與壓縮過程中微觀組織演變拉伸與壓縮斷裂機(jī)制及斷裂韌性評估工程應(yīng)用案例分析01拉伸與壓縮基本概念當(dāng)外力作用于物體并使其長度增加時，稱為拉伸。拉伸當(dāng)外力作用于物體并使其長度減小時，稱為壓縮。壓縮拉伸與壓縮定義單位面積上的內(nèi)力，表示物體內(nèi)部的受力狀態(tài)。應(yīng)力物體在外力作用下產(chǎn)生的變形程度，表示物體的形狀變化。應(yīng)變在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比；超過彈性范圍后，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系變?yōu)榉蔷€性。應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系彈性變形當(dāng)外力去除后，物體能夠完全恢復(fù)原來的形狀和尺寸，這種變形稱為彈性變形。塑性變形當(dāng)外力去除后，物體不能完全恢復(fù)原來的形狀和尺寸，留下永久性的變形，這種變形稱為塑性變形。彈性極限和屈服點(diǎn)彈性極限是物體開始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力值；屈服點(diǎn)是物體開始產(chǎn)生明顯塑性變形的應(yīng)力值。彈性變形與塑性變形02材料拉伸性能及測試方法靜載拉伸試驗、動載拉伸試驗、高溫拉伸試驗等。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的試樣形狀和尺寸，并進(jìn)行加工和熱處理等預(yù)處理。拉伸試驗方法及試樣制備試樣制備拉伸試驗方法拉伸曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線，反映材料在拉伸過程中的力學(xué)行為。力學(xué)性能指標(biāo)彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率等，用于評價材料的拉伸性能。拉伸曲線及力學(xué)性能指標(biāo)ABCD影響拉伸性能因素化學(xué)成分材料的化學(xué)成分對其拉伸性能有顯著影響，如合金元素含量、雜質(zhì)元素含量等。熱處理工藝不同的熱處理工藝可以改變材料的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，從而影響其拉伸性能。組織結(jié)構(gòu)材料的組織結(jié)構(gòu)如晶粒大小、相組成等也會影響其拉伸性能。加載速率和溫度加載速率和溫度對材料的拉伸性能也有影響，如在高溫下材料的強(qiáng)度和硬度會降低。03材料壓縮性能及測試方法壓縮試驗方法介紹常見的壓縮試驗方法，如單向壓縮、雙向壓縮等，以及試驗過程中的加載方式、加載速率等參數(shù)。試樣制備詳細(xì)闡述試樣制備的過程，包括試樣的選取、加工、尺寸測量等步驟，以確保試樣的代表性和準(zhǔn)確性。壓縮試驗方法及試樣制備壓縮曲線及力學(xué)性能指標(biāo)壓縮曲線描述材料在壓縮過程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，分析曲線的形狀、斜率等特征，以及不同材料間的差異。力學(xué)性能指標(biāo)介紹通過壓縮試驗獲得的力學(xué)性能指標(biāo)，如抗壓強(qiáng)度、壓縮模量、泊松比等，以及這些指標(biāo)在工程應(yīng)用中的意義。材料成分與組織分析材料成分和組織結(jié)構(gòu)對壓縮性能的影響，如合金元素、晶粒大小、相組成等。溫度探討溫度對材料壓縮性能的影響，包括高溫下的蠕變行為、低溫下的脆性轉(zhuǎn)變等。應(yīng)變速率研究應(yīng)變速率對材料壓縮性能的影響，如高速沖擊下的動態(tài)壓縮行為。環(huán)境因素考慮環(huán)境因素如腐蝕介質(zhì)、輻射等對材料壓縮性能的影響。影響壓縮性能因素04拉伸與壓縮過程中微觀組織演變晶體結(jié)構(gòu)保持完整，原子間距離發(fā)生微小變化，無永久變形。彈性變形階段晶體結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化，位錯開始移動，出現(xiàn)滑移線。屈服階段晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，位錯密度增加，形成位錯纏結(jié)和位錯胞狀結(jié)構(gòu)。強(qiáng)化階段晶體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重畸變，出現(xiàn)大量空位和微裂紋，最終導(dǎo)致材料斷裂。頸縮與斷裂階段晶體結(jié)構(gòu)變化03位錯增殖在位錯運(yùn)動過程中，通過位錯的交割和反應(yīng)產(chǎn)生新的位錯，增加位錯密度。01位錯滑移在外力作用下，位錯沿滑移面進(jìn)行移動，導(dǎo)致晶體產(chǎn)生塑性變形。02位錯交割不同滑移面上的位錯相遇并相互交割，形成固定的位錯結(jié)點(diǎn)，阻礙位錯進(jìn)一步運(yùn)動。位錯運(yùn)動與增殖在拉伸過程中，材料可能經(jīng)歷從一種晶體結(jié)構(gòu)到另一種晶體結(jié)構(gòu)的相變，如從奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變。這種相變通常伴隨著體積變化和力學(xué)性能的改變。拉伸過程中的相變在壓縮過程中，材料也可能發(fā)生相變。例如，某些金屬在高壓下會發(fā)生從一種晶體結(jié)構(gòu)到另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。這種相變對材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性有重要影響。壓縮過程中的相變相變過程05拉伸與壓縮斷裂機(jī)制及斷裂韌性評估脆性斷裂無明顯塑性變形，斷裂面平直且與應(yīng)力方向垂直，斷口呈結(jié)晶狀。疲勞斷裂在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的斷裂，斷口呈平滑的弧線狀。韌性斷裂有明顯塑性變形，斷口呈纖維狀，顏色發(fā)暗。斷裂類型及特征斷裂機(jī)制分析位錯塞積、空穴形核、長大和聚合等導(dǎo)致材料內(nèi)部微裂紋的形成和擴(kuò)展。微觀機(jī)制最大拉應(yīng)力理論、最大伸長線應(yīng)變理論、最大切應(yīng)力理論等解釋了不同受力狀態(tài)下材料的斷裂行為。宏觀機(jī)制應(yīng)力強(qiáng)度因子法通過測量裂紋尖端附近的應(yīng)力場強(qiáng)度來評估材料的斷裂韌性。J積分法通過計算裂紋擴(kuò)展單位面積所釋放的能量來評估材料的斷裂韌性。CTOD法通過測量裂紋尖端張開位移來評估材料的斷裂韌性。斷裂韌性評估方法06工程應(yīng)用案例分析橋梁工程01在橋梁的設(shè)計和建造過程中，金屬材料的拉伸和壓縮性能至關(guān)重要。例如，鋼橋的主梁和支撐結(jié)構(gòu)需要承受拉伸和壓縮應(yīng)力，以確保橋梁的安全性和穩(wěn)定性。航空航天工程02在航空航天領(lǐng)域，金屬材料的輕質(zhì)和高強(qiáng)度是關(guān)鍵因素。拉伸和壓縮測試可用于評估鋁合金、鈦合金等金屬材料的性能，以確保飛機(jī)和航天器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。汽車工程03汽車車身和零部件需要承受各種拉伸和壓縮載荷。通過分析和測試金屬材料的拉伸與壓縮性能，可以優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計，提高安全性和耐久性。金屬材料拉伸與壓縮性能應(yīng)用塑料工程塑料材料在拉伸和壓縮過程中表現(xiàn)出不同的力學(xué)行為。了解這些性能有助于在塑料制品的設(shè)計和生產(chǎn)中實現(xiàn)所需的形狀、強(qiáng)度和耐久性。橡膠工程橡膠材料具有良好的彈性和恢復(fù)性，在拉伸和壓縮過程中能夠吸收能量并恢復(fù)原狀。這些特性使得橡膠在工程應(yīng)用中具有廣泛的用途，如密封件、減震器等。陶瓷工程陶瓷材料具有高硬度、高抗壓強(qiáng)度和低拉伸韌性等特點(diǎn)。通過分析和測試陶瓷的拉伸與壓縮性能，可以為其在工程應(yīng)用中的合理使用提供依據(jù)。非金屬材料拉伸與壓縮性能應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（如碳纖維、玻璃纖維增強(qiáng)塑料）具有優(yōu)異的拉伸和壓縮性能。它們在航空航天、汽車、體育器材等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，以減輕重量并提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。層壓復(fù)合材料層壓復(fù)合材料由多層不同材料疊加而成，通過優(yōu)化各層的材料和結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)優(yōu)異的拉伸和壓縮性能。這類材料在