工力章材料的力学性能

工力章材料的力学性能第一页，共三十六页，2022年，8月28日材料在外载作用下的变形和强度特性。变形弹性变形（外力去除后变形消失）塑性变形（外力去除后变形保留）强度屈服强度断裂强度（抗拉、抗压、抗弯强度等）断裂韧性§10-0绪论

第二页，共三十六页，2022年，8月28日材料在外载作用下的变形和强度特性。材料在静载下的力学性能材料在疲劳载荷下的力学性能材料在冲击载荷下的力学性能金属材料陶瓷材料高分子材料复合材料材料的常温力学性能材料的高温力学性能材料的低温力学性能第三页，共三十六页，2022年，8月28日材料力学性能的测试方法加载装置测试装置材料试验机动力源：液压电动控制部分：开环控制闭环控制（负反馈）电测法光测法夹具：拉伸、压缩、弯曲…机械、液压、气动…第四页，共三十六页，2022年，8月28日材料力学性能的测试方法比例极限屈服强度极限强度o(MPa)fyftedabc0.2%0.2(MPa)o第五页，共三十六页，2022年，8月28日材料的力学性能指标弹性模量泊松比屈服强度截面收缩率、延伸率抗拉强度、抗压强度、抗剪强度各种极限应力指标冲击吸收功硬度断裂韧性……第六页，共三十六页，2022年，8月28日应力速率对材料力学性能的影响低碳钢Ose1静荷载2动荷载应力速率与屈服极限的关系020406080100320300280260240220200ss(MPa)s

(MPa/s)·第七页，共三十六页，2022年，8月28日总趋势:温度升高,E、S

、b下降；

、增大。温度下降,b增大；

、减小。0100200300400500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed温度对低碳钢力学性能的影响§10-1高温下材料的力学性能

1、短时高温下的力学性能：第八页，共三十六页，2022年，8月28日200017501500125010007505002500-200-1000100200300400500600700800d80706050403020100温度对铬锰合金力学性能的影响第九页，共三十六页，2022年，8月28日---

P(kN)------0510153020100

Dl(mm)---0510153020100

P(kN)

Dl(mm)温度降低，塑性降低，强度极限提高纯铁中碳钢第十页，共三十六页，2022年，8月28日温度降低，b增大，为什么结构会发生低温脆断？第十一页，共三十六页，2022年，8月28日2.蠕变：

在一定的高温下，即使构件上的应力不变，塑性变形却随时间而缓慢增加，直至破坏。这种现象称为蠕变。注意：应力没增加，杆自己在变长！P经过较长时间后P加静载第十二页，共三十六页，2022年，8月28日构件的工作段不能超过稳定阶段！

etOABCDE不稳定阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段

e0材料的蠕变曲线第十三页，共三十六页，2022年，8月28日交变应力应力不变温度越高蠕变越快T1T2T3T4s1s2s3s4温度不变应力越高蠕变越快第十四页，共三十六页，2022年，8月28日总复习3.应力松弛：

在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小。这种现象称为应力松弛。杆也是自己变长了一段！经过较长时间后卸载加静载第十五页，共三十六页，2022年，8月28日温度相同e2e1e3初应变越大，松弛的初速率越大初始弹性应变不变T1T3T2温度越高，松弛的初速率越大第十六页，共三十六页，2022年，8月28日温度降低，b增大，结构反而还发生低温脆断，原因何在？温度降低，b增大，但材料的冲击韧性下降，且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温脆断。§10-2冲击吸收功第十七页，共三十六页，2022年，8月28日1.冲击试验试件交变应力40554055101010102R0.52R1V型切口试样U型切口试样试件第十八页，共三十六页，2022年，8月28日2.冲击试验交变应力试件第十九页，共三十六页，2022年，8月28日①“U”型口试件的冲击韧性：②“V”型口试件的冲击韧性：③冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆。交变应力第二十页，共三十六页，2022年，8月28日交变应力第二十一页，共三十六页，2022年，8月28日交变应力：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，这

种应力称为交变应力。折铁丝PP§10-3交变应力下材料的疲劳极限第二十二页，共三十六页，2022年，8月28日交变应力（AlternatingStress）：构件内一点处的应力随时间作周期性变化，称为交变应力

第二十三页，共三十六页，2022年，8月28日第二十四页，共三十六页，2022年，8月28日1、交变应力的类型及其应力比平均应力应力幅应力每重复变化一次的过程称为一个应力循环。应力循环中最小应力与最大应力之比，称为交变应力的应力比，用来表示交变应力的变化特点。第二十五页，共三十六页，2022年，8月28日分类（1）对称循环交变应力

当σmax=-σmin，即r=-1的交变应力称为对称循环交变应力第二十六页，共三十六页，2022年，8月28日（2）脉动循环交变应力

当σmax>0、σmin=0（或σmax=0、σmin<0），即r=0（或r=的交变应力称为脉动循环交变应力第二十七页，共三十六页，2022年，8月28日2、材料在交变应力作用下的破坏特点与在静应力作用下的破坏相比，金属材料在交变应力作用下的破坏具有以下特点：（1）抵抗断裂的极限应力低。（2）破坏有一个过程。（3）材料的破坏呈脆性断裂。第二十八页，共三十六页，2022年，8月28日疲劳破坏的发展过程:(1).亚结构和显微结构发生变化，从而永久损伤形核。(2).产生微观裂纹。(3).微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。(4).宏观主导裂纹稳定扩展。(5).结构失稳或完全断裂。交变应力材料在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。第二十九页，共三十六页，2022年，8月28日疲劳破坏的特点:(2).断裂发生要经过一定的循环次数(3).破坏均呈脆断(4).“断口”分区明显。

（光滑区和粗糙区）交变应力第三十页，共三十六页，2022年，8月28日3、材料疲劳极限：

循环应力只要不超过某个“最大限度”,构件就可

以经历无数次循环而不发生疲劳破坏，这个限度值称

为“疲劳极限”，用r

表示

—N

曲线（应力—寿命曲线）：N0—循环次数A—条件（名义）疲劳极限sN(次数)sANAsrN0r—材料疲劳极限第三十一页，共三十六页，2022年，8月28日4、影响构件疲劳极限的主要因素（1）应力集中的影响（应力集中会显著降低构件的疲劳极限）

k或(kτ

)—有效应力集中系数(kr>1)：光滑试件的疲劳极限同尺寸具有应力集中的试件的疲劳极限第三十二页，共三十六页，2022年，8月28日（2）构件尺寸的影响（随着试件横截面尺寸的增大，疲劳极限会相应地降低）

或(τ

)—尺寸系数(<1)：第三十三页，共三十六页，2022年，8月28日（3）构件表面质量的影响（表面质量越高，疲劳极限越高）

—表面质量系数(<1)：第三十四页，共三十六页，2022年，8月28日（4）工作环境的影响在腐蚀环境中的构件，材料的疲劳极限一般都明显降低。当钢的工作温度在300ºC~400ºC以下时，温度对疲劳极限的影响不大，超过400度以后，随着温度的升高