材料的力學(xué)性能ppt課件.ppt

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1、第九章材料的力學(xué)性能材料科學(xué)與工程學(xué)院什么是材料的力學(xué)性能？材料力學(xué)性能課程的研究?jī)?nèi)容有哪些？緒論什么是材料的力學(xué)性能？（金屬）材料——具有各種使用性能——用途廣泛使用性能物理性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電磁等）力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度、塑性等）工藝性能（焊接、成形等）化學(xué)性能（耐腐蝕、抗氧化等）緒論材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷（外力或能量）作用下，或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)出的行為。這種行為又稱為力學(xué)行為，通常表現(xiàn)為金屬的變形和斷裂?！牧系挚雇饧虞d荷引起的變形和斷裂的能力。mechanicalpr

2、operties;mechanicalbehavior材料的失效(failure)：如果材料抵抗變形與斷裂的能力與服役條件不適應(yīng)，則機(jī)件失去預(yù)定效能（過量彈性變形、過量塑性變形、斷裂、磨損等），材料的力學(xué)性能又可以稱為失效抗力。緒論影響力學(xué)性能的因素載荷性質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)環(huán)境溫度化學(xué)成分顯微組織殘余應(yīng)力冶金質(zhì)量?jī)?nèi)在因素外在因素緒論不同服役條件對(duì)材料的性能要求不同緒論材料力學(xué)性能課程主要內(nèi)容？－材料在各種服役條件下的失效現(xiàn)象及微觀機(jī)理；－材料力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、概念、實(shí)用意義，以及各種力學(xué)性能指標(biāo)之間的相互聯(lián)系；－影響材料力學(xué)性能

3、的因素，提高力學(xué)性能的方向和途徑；－材料力學(xué)性能的測(cè)試技術(shù)。目的：1）合理使用材料－掌握不同服役條件下力學(xué)性能變化規(guī)律，有助于正確選擇材料；2）研究開發(fā)新材料－明確提高力學(xué)性能的方向和途徑，是研發(fā)新材料的關(guān)鍵；3）改進(jìn)和開發(fā)冷熱加工工藝。1、材料的變形1.1材料的力學(xué)性能材料力學(xué)性能指標(biāo)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝評(píng)價(jià)以及材料檢驗(yàn)的主要依據(jù)。測(cè)定材料力學(xué)性能最常用的方法是靜載荷方法，即在溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率都固定不變的狀態(tài)下測(cè)定力學(xué)性能指標(biāo)的一種方法。1.1材料的拉伸性能靜拉伸試驗(yàn)：常溫、單向靜拉伸載荷，光滑試樣。（應(yīng)用

4、最為廣泛的方法）通過拉伸試驗(yàn)，可以獲得材料的彈性、塑性、強(qiáng)度、應(yīng)變硬化、韌性等重要而又基本的力學(xué)性能指標(biāo)，這些指標(biāo)的特性統(tǒng)稱為材料的拉伸性能。1.1材料的力學(xué)性能1.1.1拉伸曲線和應(yīng)力－應(yīng)變曲線應(yīng)力：?jiǎn)挝唤孛嫔纤艿降牧ΨQ為應(yīng)力應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的變形量工程應(yīng)力：拉伸載荷除以原始截面積工程應(yīng)變：試樣斷裂后量伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度的比值真應(yīng)力：實(shí)際上，在拉伸過程中，試樣的橫截面積是逐漸減小的，外加載荷除以試樣某一變形瞬間的截面積稱為真應(yīng)力。l01.1材料的力學(xué)性能拉伸曲線：載荷－伸長(zhǎng)曲線（P-Dl）彈性變形塑性變形屈服頸縮1.1材

5、料的力學(xué)性能比例極限彈性極限屈服極限強(qiáng)度極限斷裂強(qiáng)度應(yīng)力－應(yīng)變(stress-strain)曲線1.1材料的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)及其測(cè)定方法（1）比例極限p=Pp/A0(MPa)當(dāng)應(yīng)力比較小時(shí)，試樣的伸長(zhǎng)隨應(yīng)力成正比地增加，保持直線關(guān)系。當(dāng)應(yīng)力超過σp時(shí)，曲線開始偏離直線，因此稱σp為比例極限，是應(yīng)力與應(yīng)變成直線關(guān)系的最大應(yīng)力值。1.1材料的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)及其測(cè)定方法（2）彈性極限σe=Pe/A0(MPa)應(yīng)力－應(yīng)變曲線中，應(yīng)力在σe時(shí)稱為彈性強(qiáng)度極限，該階段為彈性變形階段。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加，超過σe以后，試樣在繼續(xù)產(chǎn)生彈性變

6、形的同時(shí)，也伴隨有微量的塑性變形，因此σe是材料由彈性變形過渡到彈－塑性變形的應(yīng)力。應(yīng)力超過彈性極限以后，便開始發(fā)生塑性變形。1.1材料的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)及其測(cè)定方法（3）屈服極限（屈服強(qiáng)度）在拉伸過程中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，拉伸曲線上出現(xiàn)了平臺(tái)或鋸齒形流變，在應(yīng)力不增加或減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長(zhǎng)而進(jìn)入屈服階段。屈服階段恒定載荷Ps所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為材料的屈服點(diǎn)。1.1材料的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)及其測(cè)定方法（4）強(qiáng)度極限（抗拉強(qiáng)度）隨著塑性變形的增大，變形抗力不斷增加，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到最大值σb以后，材料的形變強(qiáng)化效應(yīng)已經(jīng)不能補(bǔ)償橫

7、截面積的減小而引起的承載能力的降低，試樣的某一部位截面開始急劇縮小，因而在工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線上，出現(xiàn)了應(yīng)力隨應(yīng)變的增大而降低的現(xiàn)象。曲線上的最大應(yīng)力σb為抗拉強(qiáng)度極限，它是由試樣拉斷前最大載荷所決定的條件臨界應(yīng)力，即試樣所能承受的最大載荷除以原始截面積。1.1材料的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)及其測(cè)定方法（5）斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度σK是試樣拉斷時(shí)的真實(shí)應(yīng)力，表征材料對(duì)斷裂的抗力。但是，對(duì)塑性材料來說，它在工程上意義不大，因?yàn)楫a(chǎn)生頸縮后，試樣所能承受的外力不但不增加，反而減少，故國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定斷裂強(qiáng)度。1材料的力學(xué)性能脆性材料的拉伸性能

8、脆性材料（玻璃、巖石、陶瓷、淬火高碳鋼及鑄鐵等材料）在拉伸變形時(shí)只產(chǎn)生彈性變形(a)，一般不產(chǎn)生或產(chǎn)生很微量的塑性變形。表征脆性材料力學(xué)特征的主要參量有兩個(gè)：彈性模量E；斷裂強(qiáng)度σk。在工程上使用的脆性材料并非都屬于完全的脆性，尤其是金屬材料，絕大多數(shù)都有些塑性，在拉伸變形后，即便是脆性材料，也或多或少