《金屬材料受力》課件

金屬材料受力本課件將帶您深入了解金屬材料在各種受力情況下的行為，從應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系到疲勞損傷，以及影響材料性能的關(guān)鍵因素，幫助您在工程設(shè)計中更好地應(yīng)用金屬材料。課程大綱金屬材料基本性質(zhì)應(yīng)力和應(yīng)變拉伸試驗變形機(jī)理金屬材料基本性質(zhì)1強(qiáng)度：抵抗外力破壞的能力2硬度：抵抗表面壓痕的能力3塑性：承受變形而不破壞的能力4韌性：吸收能量而不破壞的能力應(yīng)力和應(yīng)變的定義應(yīng)力：作用在材料截面上的外力除以截面面積應(yīng)變：材料變形量除以原長度應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系描述材料在受力情況下變形和失效之間的關(guān)系包括彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段彈性模量和泊松比1彈性模量：衡量材料抵抗彈性變形的剛度2泊松比：衡量材料在拉伸方向上變形時橫向收縮的程度金屬材料的拉伸試驗通過對試樣施加拉力，測量其在不同負(fù)荷下的變形和最終斷裂應(yīng)力-應(yīng)變曲線1彈性階段：應(yīng)力與應(yīng)變成正比2屈服階段：材料開始發(fā)生永久變形3強(qiáng)化階段：材料抵抗變形的能力增強(qiáng)4頸縮階段：材料截面開始縮小，最終斷裂屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度：材料開始發(fā)生永久變形時的應(yīng)力抗拉強(qiáng)度：材料在拉伸試驗中所能承受的最大應(yīng)力工程應(yīng)力和真實應(yīng)力工程應(yīng)力：基于試樣原始截面計算的應(yīng)力真實應(yīng)力：基于試樣實際截面計算的應(yīng)力工程應(yīng)變和真實應(yīng)變工程應(yīng)變：基于試樣原始長度計算的應(yīng)變真實應(yīng)變：基于試樣實際長度計算的應(yīng)變變形機(jī)理和加工硬化滑移1孿生2晶界滑移3變形程度的描述1冷變形在室溫下進(jìn)行變形2熱變形在高溫下進(jìn)行變形塑性變形與應(yīng)變能塑性變形：材料在受力后發(fā)生永久變形應(yīng)變能：材料在變形過程中吸收的能量壓縮試驗和剪切試驗壓縮試驗通過對試樣施加壓力，測量其在不同負(fù)荷下的變形和最終破壞剪切試驗通過對試樣施加剪切力，測量其在不同負(fù)荷下的變形和最終破壞三軸應(yīng)力狀態(tài)1σxx方向應(yīng)力2σyy方向應(yīng)力3σzz方向應(yīng)力水合相當(dāng)應(yīng)力和vonMises應(yīng)力1水合相當(dāng)應(yīng)力反映三軸應(yīng)力狀態(tài)下材料的等效應(yīng)力2vonMises應(yīng)力用于預(yù)測材料的屈服和失效疲勞損傷和分析循環(huán)次數(shù)應(yīng)力幅S-N曲線和Goodman圖S-N曲線：描述材料在交變應(yīng)力作用下疲勞壽命與應(yīng)力幅的關(guān)系Goodman圖：用于預(yù)測材料在靜應(yīng)力與交變應(yīng)力共同作用下的疲勞壽命沖擊試驗和韌性評估1沖擊試驗：通過高速沖擊試樣，測量材料的斷裂韌性2韌性評估：根據(jù)沖擊試驗結(jié)果判斷材料的脆性或韌性Charpy和Izod沖擊試驗Charpy沖擊試驗：采用懸臂梁式試樣Izod沖擊試驗：采用懸臂梁式試樣缺口應(yīng)力集中效應(yīng)1材料在缺口處應(yīng)力集中，導(dǎo)致局部應(yīng)力大幅度增加2應(yīng)力集中會降低材料的強(qiáng)度和韌性斷裂力學(xué)基本概念裂紋擴(kuò)展理論：分析裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)展規(guī)律斷裂韌性：衡量材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力應(yīng)力強(qiáng)度因子和臨界值應(yīng)力強(qiáng)度因子：反映裂紋尖端應(yīng)力的強(qiáng)度臨界值：材料發(fā)生斷裂時的應(yīng)力強(qiáng)度因子斷裂韌性和臨界裂紋長度斷裂韌性：材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，用Kc表示臨界裂紋長度：材料發(fā)生斷裂時的裂紋長度疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律裂紋萌生1裂紋擴(kuò)展2最終斷裂3應(yīng)力腐蝕和環(huán)境影響1應(yīng)力腐蝕材料在應(yīng)力作用下，在腐蝕環(huán)境中發(fā)生開裂2環(huán)境影響溫度、濕度、化學(xué)物質(zhì)等環(huán)境因素會影響材料的性能鍍層和表面處理工藝電鍍在金屬表面覆蓋一層金屬鍍層噴涂在金屬表面噴涂一層保護(hù)涂層材料性能的影響因素1成分：化學(xué)元素的含量2組織：材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)3加工工藝：熱處理、冷變形等材料熱處理及強(qiáng)化1退火：降低材料硬度，提高塑性2淬火：提高材料硬度，降低塑性3回火：降低材料脆性，提高韌性晶體結(jié)構(gòu)與相變晶體結(jié)構(gòu)：材料內(nèi)部原子的排列方式相變：材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)在溫度、壓力等條件變化下發(fā)生變化金屬材料的組織演變鑄造：從液態(tài)金屬凝固形成的組織熱處理：通過加熱和冷卻改變材料的組織冷變形：通過塑性變形改變材料的組織材料失效和失效分析斷裂失效：材料發(fā)生斷裂塑性失效：材料發(fā)生過大的永久變形疲勞失效：材料在反復(fù)應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂腐蝕失效：材料在腐蝕環(huán)境中發(fā)生破壞工程師設(shè)計中的考慮1材料的選擇：根據(jù)應(yīng)用環(huán)境選擇合適的金屬材料2結(jié)構(gòu)設(shè)計：合理設(shè)計結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中3加工工藝：選擇合適的加工工藝，控制材料的性能課程小結(jié)與展望本課