动载荷下材料的力学性能.ppt

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1、动载荷下材料的力学性能第2章材料韧断评价方法材料的力学性能与材料本身的性质有关韧性材料、脆性材料韧、脆的相对性韧脆性评价方法：材料的缺口冲击弯曲实验，材料的冲击韧性韧脆影响因素：（1）温度的影响（低温脆性）（1）应力状态的影响（三向拉应力状态）（1）变形速度的影响（冲击韧断）材料低温脆性事故举例（1）泰坦尼克号的沉没事故（2）Libertyship/Victoryship美国在WoldWorⅡ建造的约1万吨级的运输船（weldedlibertyship）（3）T-2Tankers美国在WoldWor

2、Ⅱ的油槽船冬天突然断裂。第一节缺口效应生产上绝大多数机件或构件都是含有缺口的，如键槽、油孔、台阶、螺纹等,必须考虑缺口对材料的性能影响。一、缺口试样的应力分布1、缺口试样在弹性状态下的应力分布缺口的应力集中缺口的效应(1)产生应力集中；(2)引起三向应力状态，使材料脆化；(3)由应力集中带来应变集中；(4)使缺口附近的应变速率增高。2、缺口试样在塑性状态下的应力分布二、缺口试样的静拉伸和偏斜拉伸1、缺口试样2、缺口敏感度切口强度对抗拉强度的比值定义为切口强度比（缺口敏感度），NSR=σbN／σb若N

3、SR＞1.0，表示材料对切口不敏感，或者说材料是切口韧性的；若NSR＜1.0，则材料对切口敏感，材料是切口脆性的。3、缺口偏斜拉伸试验4、缺口静弯试验图零件中的切口根部塑性区（1）和虚拟的材料元（2）切口零构件或试件的断裂可能包含三个阶段：在切口根部形成裂纹，形成于切口根部裂纹的亚临界扩展，当裂纹达到临界尺寸时发生断裂。裂纹在切口根部形成，可以假定是由切口根部材料元的断裂引起的，如下图所示。三、切口根部裂纹形成准则缺口试样的力学行为缺口试样的断口特征第二节冲击韧性冲击韧性的定义指材料在冲击载荷作用下

4、吸收塑性变形功和断裂功的能力，用标准试样的冲击吸收功表示。意义：评价材料承受冲击载荷的能力揭示材料在冲击载荷下的力学行为冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载速度（幅度和频率）冲击载荷下的应力-应变曲线P36图2.6冲击失效的特点与静载荷下相同，弹性变形、塑性变形、断裂。吸收的冲击能测不准。时间短；机件；与机件连接物体的刚度。通常假定冲击能全部转换成机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。材料的弹性行为及弹性模量对应变速率无影响。因为弹性变形的速率4928m/s，普通摆锤冲击实验的绝对变形速率5-5.5m/

5、s。影响冲击性能的微观因素位错运动的速率提高，滑移临界切应力增加，材料的冲击韧性提高。同时开动的位错源增加，屈服强度提高的较多。内部的塑性变形不均匀。二、冲击韧性实验2、冲击实验原理3、缺口实验试样4、切口冲击韧性用途①评定原材料的冶金质量和热加工后的半成品质量，通过测定冲击韧性和断口分析，可揭示原材料中夹渣、气泡、偏析、严重分层等冶金缺陷和过热、过烧、回火脆性等锻造以及热处理缺陷等；②确定结构钢的冷脆倾向及韧脆转变温度；③冲击韧性反映着材料对一次和少数次大能量冲击断裂的抗力，因而对某些在特殊条件下

6、服役的零件，如弹壳、防弹甲板等，具有参考价值。④评定低合金高强钢及其焊缝金属的应变时效敏感性。第三节低温脆性一、低温脆性现象1、定义当温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击值明显下降，这种随温度降低，材料的韧性状态转变为脆性状态的现象称为低温脆性。事故举例事故举例冷脆现象的三种类型图冷脆现象的三种类型材料两个强度指标的变化低温脆性是材料屈服强度随着温度的降低急剧增加的结果。见右图，屈服点随着温度的下降而升高，但材料的断裂强度随着温度的变化很小。两线的交点对应的温度就是tK。缺口对冷脆

7、转变温度的影响二、韧脆转化温度及落锤试验1、冷脆转变温度研究低温脆性的主要问题是确定韧脆-转化温度。实验方法介绍：将试件冷却到不同的温度测定冲击功AK，得到断口形貌特征与温度的关系曲线，然后按一定的方法确定韧脆转化温度。1）按能量定义tk的方法当低于某一温度，材料吸收的冲击能量基本不随温度变化，形成一个平台，该能量称为“低阶能”。当高于某一温度时，材料吸收的冲击能量基本不变，出现一个上平台，称为“高阶能”。能量法确定冷脆温度有下列几种(1)将低阶能开始上升的温度定义为韧-脆转化温度，记为NDT称为零

8、塑性温度。在NDT以下，试件的断口为100％的结晶状断。(2)将高阶能开始降低的温度定义为韧-脆转化温度。记为FTP(FractureTransitionPlastic)。当温度高于FTP，试件的断口为100％的纤维状断口。(3)高阶能与低阶能的平均值所对应的温度定义为韧-脆转化温度，记为FTE(FractureTransitionElastic)．2）按断口形貌定义tk的方法冲击试样冲断后，断口形貌见下图：试验表明，在不同的试验温度下，纤维区、放射区与剪切唇三者之间