工程材料力学基础第二章课件.ppt

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1、第二章金属在其它静载荷下的力学性能第一节应力状态软性系数第二节压缩第三节弯曲第四节扭转第五节缺口试样静载荷试验第六节硬度第一节应力状态软性系数由材料力学可知，任何复杂应力状态均可用三个主应力σ1、σ2和σ3（σ1>σ2>σ3）来表示。根据这三个主应力，由最大切应力理论可得：τmax=(σ1－σ3)/2；由相当最大正应力理论：σmax＝σ1－υ（σ2＋σ3）。应力状态软性系数：对于金属材料：υ取0.25α↑→τmax↑→应力状态越软，金属越易产生塑性变形和韧性断裂。应力状态软性系数第二节压缩一、压缩试验对于脆性材料为了反映其在塑性状态下的力学行为，以比较其微小的塑性差异，以及在接触表面受多向压

2、缩应力的机件，常采用压缩试验。金属的单向压缩试验按GB7314-87《金属压缩试验方法》进行。主要性能指标：1、规定非比例压缩应力σpc2、抗压强度σbc压缩试验1、弯曲试验的特点金属杆状试样承受弯矩作用后，其内部应力主要为正应力。但杆截面上的应力分布不均匀，表面最大，中心为零，且应力方向发生变化。1） 弯曲试验的试样形状简单，操作方便。常用于测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。2） 弯曲试验时可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。3） 弯曲试验时，试样的表面应力最大，可较灵敏地反映材料的表面缺陷。常用来比较和鉴定渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量

3、和性能。第三节弯曲弯曲试验2、弯曲试验原理试样在弹性范围内弯曲时，受拉侧表面的最大弯曲应力：M－最大弯矩：三点弯曲M=FLS/4四点弯曲M=Fl/2W－试样的抗弯截面系数：圆形试样矩形试样3、弯曲试验力学性能指标金属抗弯试验方法按GB/T14452-93《金属弯曲力学性能试验方法》进行。1）规定非比例弯曲应力σpb试样弯曲时，外侧表面上的非比例弯曲应变εpb达到规定值时，按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力。例如：σpb0.01或σpb0.2。三点弯曲：四点弯曲：n－挠度放大系数Y－圆形试样的半径或矩形试样的半高2）抗弯强度σbb根据试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力，按弹性弯曲公式计算的最大

4、弯曲应力，称为抗弯强度。弯曲力－挠度曲线4.弯曲试验的应用1.用于测定灰铸铁的抗弯强度2.用于测定硬质合金的抗弯强度3.用于陶瓷材料的抗弯强度测定第四节扭转金属扭转试验按GB10128-88《金属扭转试验方法》进行。1、扭转试验的特点1） 扭转时α＝0.8，比拉伸大，易于显示金属的塑性行为。2） 圆形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现象。所以能反映高塑性材料直至断裂前的变形能力和强度。3） 能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。4） 扭转试验是测定大部分材料切断抗力最可靠的方法。5） 根据扭转试验的宏观断口特征，可明确鉴别金属材料的最终断裂是正断还是切断。（切断：断

5、口平整且与试样轴线垂直；正断：断面与试样轴线成45°角且呈螺旋状）2、扭转试验的应用无论脆性或低塑性材料，通过扭转试验都能真实反映其力学性能。扭转试验3、扭转试验的力学性能指标1、切变模量G2、屈服点τs3、规定非比例扭转应力τp4、抗扭强度τb第五节缺口试样静载荷试验一、缺口效应1、缺口试样在弹性状态下的应力分布缺口理论应力集中系数：缺口效应1：引起应力集中，并改变缺口前方的应力状态。对于脆性或低塑性材料，使其抗拉强度降低。缺口试样在弹性状态下的应力分析2、缺口试样在塑性状态下的应力分析缺口效应2：使塑性材料强度增高，塑性降低。二、缺口试样静拉伸试验缺口试样的静拉伸试验常用于评定拉伸条件下

6、金属材料对缺口的敏感性。常用缺口试样的抗拉强度σbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值作为材料的缺口敏感性指标，称为缺口敏感度，用qe或NSR(NotchSensitivityRatio)表示。qe↑→缺口敏感性↓。脆性材料：qe＜1，高强度材料qe＜1。表明缺口处尚未发生明显塑性变形时就已经脆性断裂。塑性材料，若缺口不太尖锐有可能产生塑性变形时，qe＞1缺口试验静拉伸试验广泛用于研究高强钢的力学性能、钢和钛的氢脆，以及用于研究高温合金的缺口敏感性等。三、缺口试样偏斜拉伸试验缺口试样偏斜拉伸试验，因为在试样上同时有拉伸和弯曲复合作用，故其应力状态更硬，缺口截面上应力分布更不均匀，因而能

7、显示材料的高缺口敏感状态。这种方法对于高强度螺栓等零件的选材和热处理工艺评定与优化很合适。偏斜拉伸试验装置与一般缺口拉伸不同，在试样与试验机夹头之间有一垫圈，垫圈的倾斜角α有0°、4°、8°三种。更换不同角度的垫圈即可完成不同角度的偏斜拉伸试验。一般也用缺口试样的σαbn与光滑试样的σb的比值表示材料的缺口敏感度。缺口试样偏斜拉伸试验四、缺口试样静弯曲缺口试样静弯曲试验也可以显示材料的缺口敏感性。由于缺口和弯