第一章工程材料的力学性能精选文档.ppt

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1、第一章工程材料的力学性能本讲稿第一页，共四十二页材料的力学性能材料的力学性能定义定义:材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。指标指标:弹性弹性、刚度、强度、塑性、刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性硬度、冲击韧性、断裂韧度和疲劳强度等。断裂韧度和疲劳强度等。本讲稿第二页，共四十二页第一节第一节 静载时材料的力学性能静载时材料的力学性能*拉伸试验及拉伸曲线*拉伸曲线所确定的力学

2、性能指标及意义一.静拉伸试验本讲稿第三页，共四十二页微机屏显式液压万能试验机微机屏显式液压万能试验机 可用于各种可用于各种金属材料，非金属材料，非金属材料的拉金属材料的拉伸，压缩，弯伸，压缩，弯曲，剪切等力曲，剪切等力学性能试验。学性能试验。本讲稿第四页，共四十二页拉伸试样拉伸试样：GB6397-86GB6397-86规定规定金属拉伸试样金属拉伸试样有：有：圆形、矩形、异型及全截面圆形、矩形、异型及全截面常用标准圆截面试样。常用标准圆截面试样。长试样：长试样：L L0 0=1010d d0 0短试样：短试样：L L0 0=5 5d d0 0本讲稿第五页，共四十二页 低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线

3、拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：拉伸机上，低碳钢缓慢加载单向静拉伸曲线：本讲稿第六页，共四十二页op段：比例弹性变形阶段；pe段：非比例弹性变形阶段；平台或锯齿（s段）：屈服阶段；sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。b点：形成了“缩颈”。bk段：非均匀变形阶段，承载下降，到k点断裂。断裂总伸长为Of，其中塑形变形Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长gf。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp拉伸曲线拉伸曲线本讲稿第七页，共四十二页应力应力：单位面积上试样承受的载荷。这里用试样承受的载荷除以试样的原始横截面积S 0表示:F 载荷载荷(N)=(M pa)S 0

4、 原始横截面积原始横截面积(mm2)应变应变：单位长度的伸长量。这里用试样的伸长量除以试样的原始标距表示:l伸长量(mm)=l 0原始长度原始长度(mm)应力应变曲线应力应变曲线（-曲线曲线）:形状和拉伸曲线相同，单位不同bse应力与应变曲线应力与应变曲线本讲稿第八页，共四十二页二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义1 1刚度和弹性刚度和弹性 刚度刚度材料在受力时，抵抗弹性变形的能力材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。E=/E=/杨氏弹性模量杨氏弹性模量 GPa,MPaGPa,MPa 本质是：反映了材料内部原子结应力的大小，组织本质是：反映了材料内部原子结应

5、力的大小，组织不敏感的力系指标。不敏感的力系指标。弹性弹性：材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最材料不产生塑性变形的情况下，所能承受的最大应力。大应力。比例极限比例极限：p=Fp/Ao p=Fp/Ao 应力应力应变保持线性关应变保持线性关系的极限应力值系的极限应力值 本讲稿第九页，共四十二页2.刚度：刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值弹性模量：弹性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹性变形的能力。表示材料抵抗弹性变形的能力。即：即：E=/材料的材料的E越大，刚度越大；越大，刚度越大；E对组织不敏感；对组织不敏感；零件的刚

6、度主要决定于零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。，也与形状、截面等有关。E=/1.弹性弹性:金属材料受外力作用时产生变形金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。后能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。（一）、弹性与刚度（一）、弹性与刚度本讲稿第十页，共四十二页 弹性极限弹性极限:Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)e=(M pa)S0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)e e本讲稿第十一页，共四十二页（二）强度（二）强度:材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用

7、下抵抗永久变形和破坏的能力。种类种类:抗拉强度、抗拉强度、抗压强度、抗压强度、抗弯强抗弯强 度度、抗剪强度抗剪强度、抗扭强度等。抗扭强度等。1、屈服点屈服点 与与屈服强度屈服强度:产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值.Fs s=(M Pa)S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)s本讲稿第十二页，共四十二页 屈服强度屈服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)0.2：试样产生残余塑性变形：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形本讲稿第十三页，共四十二

8、页 屈服强度屈服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)屈服点屈服点 s、屈服强度、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；也是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。是评定金属强度的重要指标之一。本讲稿第十四页，共四十二页它表示材料抵抗断裂的能力。它表示材料抵抗断裂的能力。是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的是零件设计的重要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。重要指标之一。F b 试样断裂前的最大载荷试

9、样断裂前的最大载荷(N)b=(M Pa)S 0 试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)bse2、抗拉强度：试样在断裂前、抗拉强度：试样在断裂前所能承受的最大应力。所能承受的最大应力。本讲稿第十五页，共四十二页（三）、塑性（三）、塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。1、断面收缩率断面收缩率:是指试样拉断处横截面积的收缩量是指试样拉断处横截面积的收缩量 S与原始横截面积与原始横截面积S0之比。之比。2、伸长率、伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原始与原始标距标距L 0之比。之比。S0-S 1

10、 =-100%S0 l 1-l0 =-100%l0本讲稿第十六页，共四十二页 10%属塑性材料属塑性材料思考思考:同一材料同一材料5 10？ubbseE 塑性指塑性指标标不直接用于不直接用于计计算，但任何零件都需要一定塑性。算，但任何零件都需要一定塑性。防止防止过载过载断裂；塑性断裂；塑性变变形可以形可以缓缓解解应应力集中、削减力集中、削减应应力峰力峰值值。本讲稿第十七页，共四十二页 延伸率延伸率 延伸率与试样尺寸有关；延伸率与试样尺寸有关；5 5、1010(L(L0 0=5d,10d)=5d,10d)思考思考:同一材料同一材料5 5 1010？断面收缩率断面收缩率 时，无颈缩，为脆性材料表征；时，无颈缩，为脆性材料表征；KIC时，裂纹失稳扩展，发生脆断。时，裂纹失稳扩展，发生脆断。KI KIC时，裂纹处于临界状态时，裂纹处于临界状态 K I KIC时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。时，裂纹扩展很慢或不扩展，不发生脆断。KIC可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指可通过实验测得，它是评价阻止裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。是材料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等标。是材料的一种固有特性，与裂纹本身的大小、形状、外加应力等无关，而与材料本身的成分、热处理及加工工艺有关。无关，而与材料本身的成分、热处理及加工工艺有关。本讲稿第四十二页，共四十二页