材料力学课件.pptx
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1、主 要 内 容v第六章 强度计算v第七章 刚度计算v第九章 能量法和简单超静定问题v第八章 轴心压杆的稳定性计算v第十章 动荷载作用下的动应力计算第1页/共58页6-1 6-1 材料拉压时的力学性质材料拉压时的力学性质力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所表现出的力学性能表现出的力学性能一一 试试件件和和实实验验条条件件常常温温、静静载载第2页/共58页材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质第3页/共58页 材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低低碳碳钢钢的的拉拉伸伸第4页/共58页材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低碳
2、钢的拉伸（含碳量低碳钢的拉伸（含碳量0.3%0.3%以下）以下）明显的四个阶段明显的四个阶段1 1、弹性阶段、弹性阶段obob比例极限比例极限弹性极限弹性极限2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc（失去抵抗变（失去抵抗变形的能力）形的能力）屈服极限屈服极限3 3、强化阶段、强化阶段cece（恢复抵抗变形（恢复抵抗变形的能力）的能力）强度极限强度极限4 4、局部径缩阶段、局部径缩阶段efef第5页/共58页材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质二二 低碳钢的拉伸（含碳量低碳钢的拉伸（含碳量0.3%0.3%以下）以下）两个塑性指标两个塑性指标断后伸长率断后伸长率断面收缩率断面收缩率为塑性材料为塑性材
3、料为脆性材料为脆性材料低碳钢的低碳钢的为塑性材料为塑性材料第6页/共58页材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质三三 卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化1 1、弹性范围内卸载、再加载、弹性范围内卸载、再加载2 2、过弹性范围卸载、再加载、过弹性范围卸载、再加载 即材料在卸载过程中应力和应即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系，这就是变是线形关系，这就是卸载定律卸载定律。d d点卸载后，弹性应变消失，遗留点卸载后，弹性应变消失，遗留下塑性应变。下塑性应变。d d点的应变包括两部分。点的应变包括两部分。d d点卸载后，短期内再加载，应点卸载后，短期内再加载，应力应变关系沿卸载时的斜直线变化。力
4、应变关系沿卸载时的斜直线变化。材料的应力应变关系服从胡克定材料的应力应变关系服从胡克定律，即比例极限增高，伸长率降低，律，即比例极限增高，伸长率降低，称之为称之为冷作硬化或加工硬化冷作硬化或加工硬化。第7页/共58页材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质四四 其其它它材材料料拉拉伸伸时时的的力力学学性性质质对于没有明显屈服阶段对于没有明显屈服阶段的塑性材料国标规定：的塑性材料国标规定：可以将产生可以将产生0.2%0.2%塑性应塑性应变时的应力作为屈服指变时的应力作为屈服指标。并用标。并用p0.2p0.2来表示。来表示。第8页/共58页 材料拉伸时的力学性质材料拉伸时的力学性质四四 其它材料拉
5、伸时的力学性质其它材料拉伸时的力学性质 对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%0.5%。为典型。为典型的脆性材料。的脆性材料。btbt拉伸强度极限（约为拉伸强度极限（约为140MPa140MPa）。它是衡量脆性材料（铸）。它是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。铁）拉伸的唯一强度指标。第9页/共58页 材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质一一 试试件件和和实实验验条条件件常常温温、静静载载第10页/共58页材料
6、压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质二二 塑塑性性材材料料（低低碳碳钢钢）的的压压缩缩屈服极限屈服极限比例极限比例极限弹性极限弹性极限 拉压在屈服阶段以前拉压在屈服阶段以前完全相同。完全相同。E E-弹性摸量弹性摸量第11页/共58页材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质三三 脆脆性性材材料料（铸铸铁铁）的的压压缩缩脆性材料的抗拉与抗压性质完全不同脆性材料的抗拉与抗压性质完全不同 对于脆性材料（铸铁），压缩时的对于脆性材料（铸铁），压缩时的应力应变曲线为微弯的曲线，试件压断应力应变曲线为微弯的曲线，试件压断前。出现明显的屈服现象（鼓形），并前。出现明显的屈服现象（鼓形），并沿着与轴线沿着与轴
7、线45455555度的斜面压断。度的斜面压断。bcbc压缩强度极限（约为压缩强度极限（约为800MPa800MPa）。它）。它是衡量脆性材料（铸铁）压缩的唯一强度是衡量脆性材料（铸铁）压缩的唯一强度指标。远大于拉伸时的强度极限指标。远大于拉伸时的强度极限第12页/共58页 其他材料拉伸时力学性能 塑性材料 共同点：延伸率 较大 脆性材料 割线弹性模量衡量指标:强度极限 b名义屈服极限 0.2：对应 s=0.2%时应力第13页/共58页 两种材料力学性能的比较 强度方面塑性材料:屈服前抗拉和抗压性能基本相同，有屈服现象脆性材料:抗压强度高于抗拉强度，无屈服现象变形方面塑性材料:延伸率 和截面收缩
8、率 较大，塑性好脆性材料:和 较小，塑性差第14页/共58页一、材料的破坏形式 无数实验证明，材料的破坏主要有两种形式：a脆性断裂材料破坏时无明显的塑性变形，断口粗糙。脆性断裂是由拉应力所引起的。例如：铸铁试件在简单拉伸时沿横截面被拉断；铸铁试件受 扭时沿 方向破裂破裂面就是最大拉应力作用面。6.2 材料的破坏和强度理论第15页/共58页b塑性流动（剪切型）材料有显著的塑性变形（即屈 服现象），最大剪应力作用面间相互平行滑移使构件丧 失了正常工作的能力。塑性流动主要是由剪应力所引起 的。例如：低碳钢试件在简单拉伸时与轴线成 方向上出现滑 移线就属这类形式。按破坏方向可分为断裂破坏（沿法向）和剪
9、切破坏（沿切向）第16页/共58页 长期以来，人们根据对材料破坏现象的分析，提出过各种各样的假说，认为材料的某一类型的破坏是由某种因素引起的，这种假说就称为强度理论。比如铸铁，其拉伸试样是沿横截面断裂的，扭转圆试样则沿斜截面断裂，两者都是在无明显变形的情况下发生脆性断裂而破坏的。又如低碳试样受拉伸和压缩时，通常会有显著的塑性变形，当构件变形过大时，就失去了正常工作和承载能力。二、强度理论 第17页/共58页 对于低碳钢这类塑性材料，其拉伸和压缩试样都会发生显著的塑性变形，有时并会发生屈服现象，构件也因之而失去正常工作能力，变得失效。由是观之，材料破坏按其物理本质而言，可分为脆断破坏和屈服失效两
10、种类型。同一种材料在不同的应力（受力）状态下，可能发生不同类型的破坏。如有槽和无槽低碳钢圆试样；圆柱形大理石试样有侧压和无侧压下受压破坏。第18页/共58页四种常用的强度理论（一）关于脆性断裂的强度理论 1第一强度理论（最大拉应力理论）这一理论认为最大拉应力是引起材料脆性断裂破坏的主要因素，即不论材料处于简单还是复杂应力状态，只要最大拉应力 达到材料在单向拉伸时断裂破坏的极限应力，就会发生脆性断裂破坏。实践证明，该理论适合脆性材料在单向、二向或三向受拉的情况。此理论不足之处是没有考虑其它二个主应力对材料破坏的影响。第19页/共58页2第二强度理论（最大伸长线应变理论）这一理论认为最大伸长线应变
11、是引起材料脆性断裂破坏的主要因素，即材料在复杂应力状态下，当最大伸长线应变1达到单向拉伸断裂时的最大拉应变时，材料就发生断裂破坏。第20页/共58页 该理论能很好地解释石料或混凝土等脆性材料受轴向压缩时沿横向（裂纹呈竖向）发生断裂破坏的现象。铸铁在 ，且 的情况下，试验结果也与该理论的计算结果相近。第21页/共58页 按照此理论，铸铁在二向拉伸时应比单向拉伸时更安全，这与试验结果不符。同样此理论也不能解释三向均匀受压时，材料不易破坏这一现象。第22页/共58页（二）关于塑性流动的强度理论 1第三强度理论（最大剪应力理论）这一理论认为最大剪应力是引起材料塑性流动破坏的主要因素，即不论材料处于简单
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