材料力學(xué)行為及性能

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1、緒論§0.1工程材料工程材料分類（按其應(yīng)用分）?結(jié)構(gòu)材料聲學(xué)材料：隔音層光學(xué)材料：玻璃，鏡片電學(xué)材料：金屬導(dǎo)線，電子元器件磁學(xué)材料：磁頭、磁卡化學(xué)材料：高分子材料催化劑生物材料：人工關(guān)節(jié)、人工骨骼依靠其力學(xué)性能得以發(fā)展和應(yīng)用的材料。?功能材料利用物質(zhì)的聲、光、電、磁、化學(xué)乃至生物性能得以發(fā)展和應(yīng)用的材料。（本課程所研究和講述的重點(diǎn)在第一種，尤其是結(jié)構(gòu)材料中的金屬材料）§0.2力學(xué)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(zhì)、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(fù)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(qiáng)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(fù)作用下，或在外力和環(huán)境因素的復(fù)合作用下，抵抗失效的能力（時(shí)間長短）。（以上只是定性地說明這些力學(xué)性能，如果要定量地說明它就必須用一些力學(xué)參量（應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力場強(qiáng)度因子等）來表示這些力學(xué)性能。如果我們說某材料的力學(xué)性能好，就是指這些力學(xué)參量的值高或低，所以人們通常將力學(xué)參量的臨界值或規(guī)定值稱為材料的力學(xué)性能指標(biāo)。81如：強(qiáng)度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)）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(jī)理和力學(xué)模型；?評定力學(xué)性能的各項(xiàng)指標(biāo)的意義（物理意義和工程實(shí)用意義）、各指標(biāo)間的相互關(guān)系以及具體的測試技術(shù)；?研究力學(xué)性能指標(biāo)機(jī)理、影響因素以及改善或提高這些力學(xué)性能指標(biāo)的方法和途徑。（注：材料力學(xué)性能的影響因素內(nèi)因：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、冶金質(zhì)量、殘余應(yīng)力、表面和內(nèi)部缺陷。外因：載荷性質(zhì)、載荷譜、應(yīng)力狀態(tài)、溫度、環(huán)境介質(zhì)等。）§0.4學(xué)習(xí)和研究材料力學(xué)性能的目的和意義機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)達(dá)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(yùn)行，同時(shí)也要具有經(jīng)濟(jì)性，即低的設(shè)計(jì)、

4、制造和維修費(fèi)用。①達(dá)到使用要求；②安全性；③經(jīng)濟(jì)性然而，各種機(jī)械和結(jié)構(gòu)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(shí)際制作。而材料的力學(xué)性能及其評定指標(biāo)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選用材料、制訂加工工藝的主要依據(jù)，也是評價(jià)結(jié)構(gòu)質(zhì)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(shí)能保持設(shè)計(jì)所要求的外形和尺寸，并保證在服役期內(nèi)安全地運(yùn)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(xué)生，必須具有材料力學(xué)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。§0.5研究方法?理論分析?試驗(yàn)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(jī)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(yīng)和磨損；?第三部分簡要介紹復(fù)合材料、高分子材料和陶瓷材料的力學(xué)性能?！?.7學(xué)習(xí)要求?注重溫故而知新（和其他課程的關(guān)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(yàn)相結(jié)合（試驗(yàn)原理，方法，設(shè)備以及結(jié)果分析等）?做練習(xí)第一章材料在靜拉伸條件下的力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)是最簡

6、單，但卻是最重要的力學(xué)性能試驗(yàn)方法，可測定材料的彈性、強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化和韌性等許多重要的力學(xué)性能指標(biāo)。（拉伸性能）§1.1拉伸試驗(yàn)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(xué)性能的方法。GB/T228-2010<20MPa/s<0.0025/s<10mm/min標(biāo)準(zhǔn)圓棒形拉伸標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力：；工程應(yīng)變：工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線真應(yīng)力：；真應(yīng)變：81由于材料具有不同的化學(xué)成份和微觀組織，在相同的試驗(yàn)條件下，也會顯示出不同的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。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(shí)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?！?.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(fù)原形狀、尺寸，變形可逆），稱為彈性變形。一、物理本質(zhì)原子間的相互作用力當(dāng)原子偏離其平衡位置較小時(shí)，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