《力学性能讲义01》PPT课件

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1、材料力学性能讲义大连理工大学材料科学与工程学院曹志强教授10/5/2021教材与参考书：《工程材料力学性能》束德林，2004年，机械工业出版社。《材料性能学》王从曾，2001年，北京工业大学出版社。《金属力学性能（第二版）》束德林，1995年，机械工业出版社。《金属力学性能》孙茂才，2003年，机械工业出版社。10/5/2021TITANIC10/5/2021Titanic近代船用钢板Titanic号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果10/5/2021哥伦比亚号航天飞机失事10/5/2021金属材料的力学性能包括：强度、刚度、硬度、塑性

2、、韧性、耐磨性、缺口敏感性、断裂韧性等。人们将力学参量的临界值（或规定值）定义为该材料的力学性能指标，如强度指标：σb、σ0.2、σ-1，塑性指标：δ、ψ，韧性指标：AK、KIC等。力学性能指标具体数值的高低，表示金属材料抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质量的主要依据。可将其理解为：金属材料抵抗外加载荷引起变形和断裂的能力。10/5/2021金属材料的力学性能取决于：化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，也取决于载荷性质、载荷谱、应力状态、温度、环境介质等因素。金属力学性能的本质及宏观变化规律与金属在变形和断裂过程中的

3、位错运动、增殖和交互作用等微观过程有关。10/5/2021低碳钢静载荷冲击载荷低温常温断裂韧性断裂脆性断裂？？？？脆性断裂韧性断裂10/5/2021课程体系：性能的基本概念物理本质影响因素性能指标的工程意义指标的测试与评价及应用。提高金属力学性能的方向和途径金属材料在各种服役条件下的变形现象和断裂现象。材料性能与其化学成分、组织结构之间关系。10/5/2021材料力学性能讲义第一章材料单向静拉伸的力学性能第二章材料在其它静载下的力学性能第三章材料的冲击韧性和低温脆性第四章材料的断裂韧性第五章材料的疲劳性能第六章材料的磨损性能第七章材料的高温力学性能1

4、0/5/2021第一章材料单向静拉伸力学性能第一节力——伸长曲线和应力、应变曲线第二节弹性变形及其性能指标第三节非理想弹性与内耗第四节塑性变形及其性能指标第五节断裂——固体材料在力的作用下分成若干部分的现象10/5/2021单向静载拉伸试验是应用最广泛的材料力学性能测试方法。试验温度确定应力状态确定加载速率确定可测试屈服强度s(0.2)抗拉强度b伸长率断面收缩率第一节力--伸长曲线和应力、应变曲线10/5/2021拉伸试验机10/5/20211.光滑试样单向静拉伸试验方法的主要特点：试样通常为光滑圆柱形状。试验过程中，温度、应力状态和加载速

5、率是一定的。强调试样光滑是为了避免表面产生应力集中导致三向应力状态；强调轴向拉伸是防止试样偏斜或不对中情况，否则将导致复杂的应力状态。图1－1圆柱拉伸试样10/5/20212.实验条件：光滑试件、室温大气介质、单向单调拉伸载荷a.拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为有效，只有这样由不同的实验室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互相比较。b.拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录或绘制试件所受的载荷P和伸长量ΔL之间的关系曲线;10/5/2021一、力——伸长曲线（拉伸力F，绝对伸长量△L）测试方法：标准试样，万能

6、实验机图1－2退火低碳钢的拉伸力－伸长曲线ⅠⅡⅢⅣⅠ区－弹性变形阶段Ⅱ区－屈服变形阶段Ⅲ区－均匀塑性变形阶段Ⅳ区－集中塑性变形阶段断裂10/5/2021o-e段，弹性变形阶段，试样产生弹性变形。e-C段，不均匀屈服塑性变形段，试样产生屈服变形。C-B段，均匀塑性变形段，试样产生均匀塑性变形。B-K段，不均匀塑性变形段，试样产生颈缩。K点以后试样断裂图1－2均匀塑性变形10/5/2021①高碳钢（淬火、高温回火）②低合金结构钢16Mn③黄铜④陶瓷、玻璃⑤橡胶（无塑性变形）⑥工程塑料图1－310/5/2021二、应力应变曲线1.工程应力—应变曲线：将力—

7、伸长曲线的纵横坐标分别以拉伸试样的截面积A0和原始标距长度L0去除，则得到应力—应变曲线。称为“工程应力应变曲线”σ=F/A0ε=△L/L0σp比例极限σe弹性极限σs屈服强度σb抗拉强度图1－410/5/20212.真实应力—应变曲线：真应力－真应变曲线：用拉伸过程中每一瞬间的真实应力和真实应变绘制的曲线真应力S=F/A真应变de=dL/L在弹-塑性变形阶段，只有真应力-真应变曲线才能准确描述材料的力学形为。图1－510/5/2021e=ln(1+ε)真应变小于工程应变S＝σ（1＋ε）真应力大于工程应力10/5/2021弹性变形：金属材料在外力的作

8、用下，产生变形，当外力去除以后变形也随之消失的现象。弹性变形的特点：弹性变形是一种可逆现象，不论在加载期还是