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《材料力學行為及性能》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、緒論§0.1工程材料工程材料分類(按其應用分)?結構材料聲學材料:隔音層光學材料:玻璃,鏡片電學材料:金屬導線,電子元器件磁學材料:磁頭、磁卡化學材料:高分子材料催化劑生物材料:人工關節(jié)、人工骨骼依靠其力學性能得以發(fā)展和應用的材料。?功能材料利用物質的聲、光、電、磁、化學乃至生物性能得以發(fā)展和應用的材料。(本課程所研究和講述的重點在第一種,尤其是結構材料中的金屬材料)§0.2力學性能材料抵抗外加載荷(不僅指外力和能量的作用,而且還包括環(huán)境因素例如溫度、介質、加載速率等的影響)所引起的變形和斷裂的能力?!?.3研究內(nèi)容研究材料在外力作用下的變形、斷裂和壽命。?彈性生活中常指后者材料
2、在外力作用下保持固有形狀和尺寸的能力;以及在外力去除后恢復固有形狀和尺寸的能力。?塑性材料在外力作用下發(fā)生永久不可逆變形的能力。?強度材料對塑性變形和斷裂的抗力。?壽命材料在外力的長期和重復作用下,或在外力和環(huán)境因素的復合作用下,抵抗失效的能力(時間長短)。(以上只是定性地說明這些力學性能,如果要定量地說明它就必須用一些力學參量(應力、應變、應力場強度因子等)來表示這些力學性能。如果我們說某材料的力學性能好,就是指這些力學參量的值高或低,所以人們通常將力學參量的臨界值或規(guī)定值稱為材料的力學性能指標。81如:強度指標、塑性指標、韌性指標)具體研究涉及的內(nèi)容:?材料(包括金屬材料和非
3、金屬材料)在不同形式外力作用下,或者外力、溫度、環(huán)境等因素的共同作用下,發(fā)生變形、損傷和斷裂的過程、機理和力學模型;?評定力學性能的各項指標的意義(物理意義和工程實用意義)、各指標間的相互關系以及具體的測試技術;?研究力學性能指標機理、影響因素以及改善或提高這些力學性能指標的方法和途徑。(注:材料力學性能的影響因素內(nèi)因:化學成分、組織結構、冶金質量、殘余應力、表面和內(nèi)部缺陷。外因:載荷性質、載荷譜、應力狀態(tài)、溫度、環(huán)境介質等。)§0.4學習和研究材料力學性能的目的和意義機械和工程結構的設計,應當達到所要求的性能,并且在規(guī)定的服役期內(nèi)安全可靠地運行,同時也要具有經(jīng)濟性,即低的設計、
4、制造和維修費用。①達到使用要求;②安全性;③經(jīng)濟性然而,各種機械和結構零部件的使用條件各不相同,因而要選用不同的的材料制成零件,也需要采用不同的工藝手段來完成零件的實際制作。而材料的力學性能及其評定指標,是結構設計時選用材料、制訂加工工藝的主要依據(jù),也是評價結構質量的主要依據(jù)。?在零部件使用中,要求材料具有高的變形和斷裂抗力,使零部件在受外力作用時能保持設計所要求的外形和尺寸,并保證在服役期內(nèi)安全地運行;?在零部件的生產(chǎn)過程中,則要求材料具有優(yōu)良的可加工性。(例如,在金屬的塑性成形中,要求材料具有優(yōu)良的塑性和低的塑性變形抗力)對于學生,必須具有材料力學性能方面的知識,以便在研究新
5、材料和改善材料的過程中,能根據(jù)材料的使用要求,選用合適的現(xiàn)有材料或研制新材料,制訂合適的加工工藝?!?.5研究方法?理論分析?試驗測定?數(shù)值模擬81§0.6課程的內(nèi)容安排?第一部分材料在一次靜加載條件下的形變和斷裂過程、機制和基本理論;試樣有光滑、缺口和含裂紋的;?第二部分論述材料的疲勞、蠕變、環(huán)境效應和磨損;?第三部分簡要介紹復合材料、高分子材料和陶瓷材料的力學性能?!?.7學習要求?注重溫故而知新(和其他課程的關系)?掌握基本概念和基本理論(對公式做理解性記憶)?注重理論和試驗相結合(試驗原理,方法,設備以及結果分析等)?做練習第一章材料在靜拉伸條件下的力學性能拉伸試驗是最簡
6、單,但卻是最重要的力學性能試驗方法,可測定材料的彈性、強度、塑性、應變硬化和韌性等許多重要的力學性能指標。(拉伸性能)§1.1拉伸試驗室溫大氣中,在緩慢施加(1~10MPa/s)的單向拉伸載荷作用下,用光滑試件測定材料力學性能的方法。GB/T228-2010<20MPa/s<0.0025/s<10mm/min標準圓棒形拉伸標準板狀拉伸試樣81比例試樣退火低碳鋼的拉伸圖①彈性變形②屈服③均勻塑性變形④局集塑性變形⑤斷裂工程應力:;工程應變:工程應力-應變曲線真應力:;真應變:81由于材料具有不同的化學成份和微觀組織,在相同的試驗條件下,也會顯示出不同的應力應變響應。脆性材料鑄鐵、玻
7、璃等不存在屈服平臺,有色金屬(鋁合金),焊接接頭無頸縮、局集的塑變高錳鋼,鋁青銅無均勻塑性變形,冷拔鋼絲存在非線性彈性變形聚氯乙烯工程實踐中,常按材料在拉伸斷裂前有無塑性變形,將材料分為脆性材料和塑性材料。§1.2彈性變形變形:材料在外力作用下發(fā)生尺寸或形狀的變化,稱為變形;彈性變形:若外力除去后,變形隨之消失(恢復原形狀、尺寸,變形可逆),稱為彈性變形。一、物理本質原子間的相互作用力當原子偏離其平衡位置較小時,原子間的相互作用力與原子間的距離近似成正比。81虎克定律:二、彈性常