材料力学第二章机械性质精选文档.ppt

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1、材料力学第二章机械性质本讲稿第一页，共四十四页材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定金属拉伸试验方法（GB2282002)GB2282002)LL=10d L=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：本讲稿第二页，共四十四页 国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定也作了详细规定当当 l=10d 时的试件称为时的试件称为长试件长试件，为，为推荐尺寸推荐尺寸当当 l=5d 时的试件称为时的试件称为短试件短试件，为材料尺寸不足

2、时，为材料尺寸不足时使用使用标准试件本讲稿第三页，共四十四页液压式材料液压式材料试验机试验机材料的力学性能在材料的力学性能在材料试验机上进行材料试验机上进行测试。材料试验机测试。材料试验机的式样有很多，但的式样有很多，但大多为机械传动或大多为机械传动或液压传动。液压传动。本讲稿第四页，共四十四页电电子子拉拉力力试试验验机机本讲稿第五页，共四十四页20kN试验机10kN试验机电电子子拉拉力力试试验验机机本讲稿第六页，共四十四页PP拉伸图：拉伸图：P L 曲线曲线应力应变曲线：应力应变曲线：s e 曲线曲线L0PLs=P/A0e=L/L0本讲稿第七页，共四十四页一、低碳钢拉伸时的力学性能一、低碳钢

3、拉伸时的力学性能 O名义应力名义应力(Nominal stress)比例极限比例极限P弹 性 阶 段Elastic stage弹弹性性极极限限eBA屈服应力屈服应力sC真应力真应力(True stress)F局 部 化 阶 段Localization stage断裂断裂E强化阶段Hardening stage强度极限强度极限bD屈 服 阶 段Yielding stage本讲稿第八页，共四十四页Oabcd弹性阶段弹性阶段 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限虎克定律虎克定律弹性摸量弹性摸量屈服阶段屈服阶段 屈服极限屈服极限强化阶段强化阶段 强度极限强度极限局部变形阶段局部变形阶段e本讲稿第九页，共

4、四十四页塑性材料的卸载塑性材料的卸载(unloading)过程过程O残余残余(塑性塑性)应变应变重重 新新 加加 载载(reloading)弹性回复弹性回复卸载卸载卸载卸载加载加载加载加载本讲稿第十页，共四十四页Pabcdef卸载定律卸载定律 冷作硬化冷作硬化 材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。称为：卸载定律。在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现象称为冷作冷作硬化硬化。本讲稿第十一页，共四十四页延伸率(Percent elongation)截面收缩率(Percent reduction in area)与与 表征材料破坏后的塑性变形程度

5、表征材料破坏后的塑性变形程度。与试件的原始尺寸与试件的原始尺寸L/d有关；有关；与与试件的原始尺寸无关。试件的原始尺寸无关。塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料 5%5%5%(b b)t t本讲稿第二十页，共四十四页几种非金属材料的力学性能混凝土混凝土本讲稿第二十一页，共四十四页木材木材本讲稿第二十二页，共四十四页机械性能思考题机械性能思考题机械性能思考题机械性能思考题123三种材料的应力应变曲线如图，用这三种材料制成同尺寸拉杆，请回答如下问题：哪种强度最好？哪种强度最好？哪种刚度最好？哪种刚度最好？哪种塑性最好？哪种塑性最好？请说明理论依据？请说明理论依据？se本讲稿第二十三页，共四十四页塑性材

6、料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的：（A）屈服应力提高，弹性模量降低；（B）屈服应力提高，塑性降低；（C）屈服应力不变，弹性模量不变；（D）屈服应力不变，塑性不变。正确答案是（）低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：（A）比例极限；（B）屈服极限；（C）强度极限；（D）弹性极限。正确答案是（）BB本讲稿第二十四页，共四十四页根据图示三种材料拉伸时的应力应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：（A）强度极限 （1）（2）（3）；弹性模量 E（1）E（2）E（3）；延伸率

7、（1）（2）（3）；（B）强度极限 （2）（1）（3）；弹性模量 E（2）E（1）E（3）；延伸率 （1）（2）（3）；（C）强度极限 （3）（1）（2）；弹性模量 E（3）E（1）E（2）；延伸率 （3）（2）（1）；（D）强度极限 （1）（2）（3）；弹性模量 E（2）E（1）E（3）；延伸率 （2）（1）（3）；正确答案是（）B本讲稿第二十五页，共四十四页关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：（A）应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（B）应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；（C）应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（D）应力不增加，

8、塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。正确答案是（）C关于 有如下四种论述，请判断哪一个是正确的：（A）弹性应变为0.2%时的应力值；（B）总应变为0.2%时的应力值；（C）塑性应变为0.2%时的应力值；（D）塑性应变为0.2时的应力值。正确答案是（）C本讲稿第二十六页，共四十四页低碳钢加载卸载 再加载路径有以下四种，请判断哪一个是正确的：（A）OAB BC COAB；（B）OAB BD DOAB；（C）OAB BAOODB；（D）OAB BD DB。正确答案是（）D关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的：（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其

9、抗压能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。正确答案是（）A本讲稿第二十七页，共四十四页2、高温、常时工作的构件，会产生高温、常时工作的构件，会产生蠕变蠕变和和松弛松弛几个概念：几个概念：1、高温对材料的力学性能有影响高温对材料的力学性能有影响4、松松弛弛(Relaxation)：应应变变保保持持不不变变，应应力力随随时时间间增加而降低的现象增加而降低的现象3、蠕蠕变变(Creep)：应应力力保保持持不不变变，应应变变随随时时间间增增加加而而增加的现象增加的现象226*6*温度和时间对材料力学性能的影响温度和时间对材料力学性能的影响本讲稿第二十八页

10、，共四十四页一、应力速率对材料力学性能的影响一、应力速率对材料力学性能的影响2低碳钢低碳钢Ose1静荷载静荷载动荷载动荷载0 20 40 60 80 100320300280260240220200应力速率与屈服极限的关系应力速率与屈服极限的关系ss(MPa)s (MPa/s)本讲稿第二十九页，共四十四页总趋势总趋势:温度升高温度升高,E、S、b 下降，下降，、增大增大温度下降温度下降,b增大增大 、减小减小0 100 200 300 400 500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed温度对低碳钢力学性能的影响温度对低碳钢力

11、学性能的影响二、短期静载下温度对材料力学性能的影响二、短期静载下温度对材料力学性能的影响蓝脆点本讲稿第三十页，共四十四页20001750150012501000 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 d80706050403020100温度对铬锰合金力学性能的影响温度对铬锰合金力学性能的影响本讲稿第三十一页，共四十四页温度降低，塑性降低，强度极限提高温度降低，塑性降低，强度极限提高 P(kN)-0 5 10 15 302010 0 Dl(mm)纯铁-0 5 10 15 302010 0 P(kN)Dl(mm)中碳钢 本

12、讲稿第三十二页，共四十四页温度降低，温度降低，b增大，为什么结构会发生低温脆断？增大，为什么结构会发生低温脆断？本讲稿第三十三页，共四十四页三、高温、长期静载下材料的力学性能三、高温、长期静载下材料的力学性能金属材料的高温蠕变金属材料的高温蠕变(Creep)(Creep)（碳钢（碳钢350350C C以上）以上）BACDtO本讲稿第三十四页，共四十四页构构件件的的工工作作段段不不能能超超过过稳稳定定阶阶段段 e tOABCDE不稳定不稳定阶段阶段稳定阶段稳定阶段加速阶段加速阶段破坏破坏阶段阶段 e0材料的蠕变曲线材料的蠕变曲线本讲稿第三十五页，共四十四页温度越高蠕变越快温度越高蠕变越快应力越高

13、蠕变越快应力越高蠕变越快s1s2s3s4温度不变应力不变T1T2T3T4本讲稿第三十六页，共四十四页三、三、应力松弛（应力松弛（stress relaxationstress relaxation）在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小小 称为应力松弛称为应力松弛 本讲稿第三十七页，共四十四页温度不变e2e1e3初应力越大初应力越大松弛的初速率越大松弛的初速率越大初始弹性应变不变T1T3T2温度越高温度越高松弛的初速率越大松弛的初速率越大本讲稿第三

14、十八页，共四十四页蠕变示意图蠕变示意图P伸长量伸长量时间时间0t0 随随时时间间增增加加，伸伸长长量量在在不不变变的的载载荷荷作作用用下下继继续续增增加加的的现象。现象。静静载载P作作用用下下的的伸长量：伸长量：0本讲稿第三十九页，共四十四页 一一细细金金属属线线预预先先有有应应变变后后保保持持不不变变，应应力力随随时时间间增增加加而而降降低的现象。低的现象。StressTime0t0Wire松弛示意图松弛示意图本讲稿第四十页，共四十四页四、冲击荷载下材料力学性能四、冲击荷载下材料力学性能 冲击韧度冲击韧度转变温度转变温度 温度降低，温度降低，b增大，结构反而还发生低温脆断增大，结构反而还发生

15、低温脆断原因何在？原因何在？温度降低，温度降低，b 增大，增大，但材料的冲击韧性下降但材料的冲击韧性下降且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温脆断脆断本讲稿第四十一页，共四十四页试件试件1.冲击试验试件冲击试验试件40554055101010102R 0.52R1V型切口试样型切口试样U型切口试样型切口试样本讲稿第四十二页，共四十四页“U”型口试件的冲击韧性：型口试件的冲击韧性：“V”型口试件的冲击韧性：型口试件的冲击韧性：冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆本讲稿第四十三页，共四十四页习习 题题2-13，预习“材料力学实验讲义”本讲稿第四十四页，共四十四页