工程材料之机械性能

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1、机械性能前言：机械性能的研究对于工程师来说是义不容辞的责任，他们需要了解各种机械性能的测量并且知道这些属性代表什么，在设计结构或组件使用材料时，工程师应该保证不发生预定不可接受的水平变形或失败。目标：1、明确工程应力和工程应变。2、掌握胡克定律及有效条件。3、明确泊松比。4、鉴于一个工程应力的应变图，会确定弹性模量、屈服强度、拉伸强度、估计百分比伸长。5、对于一个圆柱形拉伸变形韧性标本，标本变化的一个侧面描述到断裂点。6、会进行延性计算。7、计算陶瓷棒的弯曲强度。8、利用示意图观察聚合物材料。9、掌握

2、两种最常见的名称硬度测试技术。10、记住名称并简要描述两种不同的显微硬度测试技术以及使用。11、计算材料的韧性，工作压力。7.1简介：许多材料在使用时，受到压力或负载，机械是一种材料的行为，反映了其反应或变形的关系与施加负荷或力量。重要的机械性能有强度、硬度、延性和刚度，通过材料的机械性能进行仔细实验，使实验室设计的实验尽可能接近服务条件，要考虑的因素包括载荷的性质及其持续时间，以及环境条件。这是相关的负载要拉伸，压缩，它的大小可能会随时间不变，或可能持续波动。一方面，工程师需要确定压力和应力分布，这

3、可能是通过实验测试技术或通过理论和数学分析压力来实现的；另一方面，工程师需要关心生产和制造材料以满足服务需求，进行预测应力分析。这必然涉及材料的微观结构之间（即内部特征）及其机械属性，材料是经常选择结构的应用，因为他们有理想的机械性能组合。7.2应力应变概念：机械行为通过简单的应力应变测试确定，通常是在室温。主要方法有三种：即拉伸，压缩，剪切，在工程实际上，许多扭转载荷，而不是纯剪。三个公式：应力的定义关系：工程应变的定义：剪应力的计算依据：7.3应力应变行为：在一定程度上结构变形取决于施加压力，对于

4、大多数金属，都强调在相对水平低，应力和应变成正比关系，这就是所谓的胡克定律。模数是一个重要的设计参数计算弹性变形时使用，弹性变形意味着应用负载被释放时，物体返回到其原来的形状。7.4滞弹性：到目前为止，它已被认为是弹性变形与时间无关，也就是说，外加应力产生的瞬时弹性应变，剩下恒定的一段时间内的压力得以维持。大多数工程材料，还存在一个时间相关的弹性应变分量，也就是说，弹性变形后应力会继续增加，并在负载释放一些有限的时间需要完全恢复，这一段弹性行为称为滞弹性，这是由于随时间变化的微观过程和原子的变形。对于

5、金属的非弹性元件通常是小而往往被忽视。然而，对于一些高分子材料方面的幅度很大，在这种情况下，它被称为粘弹性行为。7.5材料弹性性能：对于大多数金属材料，弹性变形坚持只在0.005左右。由于材料已经超出了这一点变形，应力不再成正比胡克定律不再有效，并永久的不可恢复或发生塑性变形，从弹性过渡到塑性是大多数金属的一种渐进过程。7.6拉伸性能屈服强度：大部分结构设计，需要计算施加的压力以确保只有弹性变形。因此，需要知道在哪一级的压力塑性变形开始，或变形的现象发生。对于金属这种渐进的弹塑性过渡，屈服点可能因为从

6、应力应变曲线线性初始出发确定，这是有时被称为比例极限。7.7真应力应变：是在原有的基础上横断面积变形之前，并没有考虑到这一点的减少在在颈部。有时它是更有意义的使用真正的应力真应变计划。真实应力和应变应当从实际负荷计算，截面积，长度测量和评估。7.8弹性恢复过程中塑性变形当负载释放过程中的应力应变测试过程中，一些分数总变形恢复为弹性应变。如果负载重新应用，曲线会遍历基本上是相同的线性部分在相反的方向卸载;高产将再次出现在卸荷应力水平，开始卸货。也将有弹性应变恢复与骨折。7.9压缩，剪切和扭转变形（图7,

7、17当然，金属可能会遇到应用的影响下，塑性变形压缩，剪切和扭转载荷。由此产生的应力应变进入塑性区的行为将类似于拉伸对应。然而，对于压缩，将不会有最大值，由于缩颈不会发生;此外，断裂模式会有所不同来自该紧张。力学行为的陶瓷陶瓷材料是比较有限的力学性能中的适用性，它在许多方面不如金属的。主要缺点是一个很少的能量倾向，在脆性断裂方式灾难性吸收。在本节中，我们探讨这些突出的力学特性如何将这些材料和性能测试。7.10弯曲强度陶瓷的脆性应力应变行为通常不是通过拉伸确定测试7.2节中所述，有三个原因。首先，它是很难

8、准备和试样具有所需几何。二是难以把握他们没有压裂材料;第三，陶瓷失败后，只有约0.1％应变，因此必须是完全的拉伸试样，以便对齐避免弯曲应力的存在，这是不容易计算出来。因此，更合适的横向弯曲试验是最常用的，其中无论是棒标本有圆形或矩形截面弯曲，直到骨折采用三或四点加载技术，7.11力学行为弹性应力应变行为，利用这些陶瓷材料弯曲测试是类似金属拉伸试验的结果：一之间存在线性关系应力和应变。同样，在弹性区的斜率为弹性模量;此外，陶瓷材料的弹性模量略有比金属更高。