材料力学第二章机械性质

材料力学第二章机械性质第一页，共四十四页，2022年，8月28日材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定《金属拉伸试验方法》（GB228—2002)LL=10dL=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：第二页，共四十四页，2022年，8月28日国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定当l=10d

时的试件称为长试件，为推荐尺寸当l=5d

时的试件称为短试件，为材料尺寸不足时使用标准试件第三页，共四十四页，2022年，8月28日液压式材料试验机材料的力学性能在材料试验机上进行测试。材料试验机的式样有很多，但大多为机械传动或液压传动。第四页，共四十四页，2022年，8月28日电子拉力试验机第五页，共四十四页，2022年，8月28日20kN试验机10kN试验机电子拉力试验机第六页，共四十四页，2022年，8月28日PP拉伸图：P~ΔL曲线应力－应变曲线：s

~e曲线L0σεPΔLs=P/A0e=ΔL/L0第七页，共四十四页，2022年，8月28日一、低碳钢拉伸时的力学性能σεO名义应力(Nominalstress)比例极限σP弹性阶段Elasticstage弹性极限σeBA屈服应力σsC真应力(Truestress)F局部化阶段Localizationstage断裂E强化阶段Hardeningstage强度极限σbD屈服阶段Yieldingstage第八页，共四十四页，2022年，8月28日Oabcd①弹性阶段—比例极限

—弹性极限虎克定律弹性摸量②屈服阶段

—屈服极限③强化阶段—强度极限④局部变形阶段e第九页，共四十四页，2022年，8月28日塑性材料的卸载(unloading)过程Oσε残余(塑性)应变重新加载(reloading)弹性回复α卸载α卸载加载加载第十页，共四十四页，2022年，8月28日Pabcdef卸载定律冷作硬化材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。称为：卸载定律。

在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现象称为冷作硬化。第十一页，共四十四页，2022年，8月28日延伸率(Percentelongation)截面收缩率(Percentreductioninarea)与

表征材料破坏后的塑性变形程度。与试件的原始尺寸L/d有关；

与试件的原始尺寸无关。塑性材料脆性材料>5%<5%在工程中按区分塑性材料和脆性材料韧性指标:L1A1注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变εp应变实质就是延伸率δ第十二页，共四十四页，2022年，8月28日按照国家标准规定，取对应于试件产生0.2%的塑性应变(εp=0.2%)的应力作为屈服点,称为“条件屈服点”,用σ0.2表示名义屈服应力。“名义屈服应力”σ0.2有些塑性材料(如:铝合金)没有明显的屈服平台。σε由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。第十三页，共四十四页，2022年，8月28日bσε0.2%o与σ－ε曲线相交点对应的应力即为σ0.2.2.0s确定的方法是:在ε轴上按刻度取0.2％（即：0.002）的点,对此点作平行于σ－ε曲线的直线段的直线(斜率亦为E),第十四页，共四十四页，2022年，8月28日合金钢20Cr高碳钢T10A螺纹钢16Mn低碳钢A3黄铜H62二、其它塑性金属材料的拉伸曲线第十五页，共四十四页，2022年，8月28日特点：无屈服过程无塑性变形无塑性指标σb是衡量脆性材料强度的唯一指标。三、脆性材料的拉伸性能第十六页，共四十四页，2022年，8月28日试件：金属材料－短圆柱混凝土、石料－立方体dLbbLL/d(b):1---3国家标准规定《金属压缩试验方法》（GB7314—87)§2–5材料压缩的机械性能第十七页，共四十四页，2022年，8月28日低碳钢压缩压缩时由于横截面面积不断增加，试样横截面上的应力很难达到材料的强度极限，因而不会发生颈缩和断裂。第十八页，共四十四页，2022年，8月28日塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当:

(σS)t≈(σS)c第十九页，共四十四页，2022年，8月28日脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度:

(σb)c>>(σb)t第二十页，共四十四页，2022年，8月28日几种非金属材料的力学性能混凝土第二十一页，共四十四页，2022年，8月28日木材第二十二页，共四十四页，2022年，8月28日机械性能思考题123三种材料的应力应变曲线如图，用这三种材料制成同尺寸拉杆，请回答如下问题：哪种强度最好？哪种刚度最好？哪种塑性最好？请说明理论依据？se第二十三页，共四十四页，2022年，8月28日塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的：（A）屈服应力提高，弹性模量降低；（B）屈服应力提高，塑性降低；（C）屈服应力不变，弹性模量不变；（D）屈服应力不变，塑性不变。正确答案是（）低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：（A）比例极限；（B）屈服极限；（C）强度极限；（D）弹性极限。正确答案是（）BB第二十四页，共四十四页，2022年，8月28日根据图示三种材料拉伸时的应力－应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：（A）强度极限σｂ（1）＝σｂ（2）＞σｂ（3）；弹性模量E（1）＞E（2）＞E（3）；延伸率δ（1）＞δ（2）＞δ（3）；（B）强度极限σｂ（2）＞σｂ（1）＞σｂ（3）；弹性模量E（2）＞E（1）＞E（3）；延伸率δ（1）＞δ（2）＞δ（3）；（C）强度极限σｂ（3）＝σｂ（1）＞σｂ（2）；弹性模量E（3）＞E（1）＞E（2）；延伸率δ（3）＞δ（2）＞δ（1）；（D）强度极限σｂ（1）＝σｂ（2）＞σｂ（3）；弹性模量E（2）＞E（1）＞E（3）；延伸率δ（2）＞δ（1）＞δ（3）；正确答案是（）B第二十五页，共四十四页，2022年，8月28日关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：（A）应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（B）应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；（C）应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（D）应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。正确答案是（）C关于有如下四种论述，请判断哪一个是正确的：（A）弹性应变为0.2%时的应力值；（B）总应变为0.2%时的应力值；（C）塑性应变为0.2%时的应力值；（D）塑性应变为0.2时的应力值。正确答案是（）C第二十六页，共四十四页，2022年，8月28日低碳钢加载→卸载→再加载路径有以下四种，请判断哪一个是正确的：（A）OAB→BC→COAB；（B）OAB→BD→DOAB；（C）OAB→BAO→ODB；（D）OAB→BD→DB。正确答案是（）D关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的：（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。正确答案是（）A第二十七页，共四十四页，2022年，8月28日2、高温、常时工作的构件，会产生蠕变和松弛几个概念：1、高温对材料的力学性能有影响4、松弛(Relaxation)：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象3、蠕变(Creep)：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象§2－6*温度和时间对材料力学性能的影响第二十八页，共四十四页，2022年，8月28日一、应力速率对材料力学性能的影响2低碳钢Ose1静荷载动荷载020406080100320300280260240220200应力速率与屈服极限的关系ss(MPa)s

(MPa/s)·第二十九页，共四十四页，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二、短期静载下温度对材料力学性能的影响蓝脆点第三十页，共四十四页，2022年，8月28日200017501500125010007505002500-200-1000100200300400500600700800d80706050403020100温度对铬锰合金力学性能的影响第三十一页，共四十四页，2022年，8月28日温度降低，塑性降低，强度极限提高

P(kN)------051015

3020100

Dl(mm)纯铁------0510153020100

P(kN)

Dl(mm)中碳钢

第三十二页，共四十四页，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？第三十三页，共四十四页，2022年，8月28日三、高温、长期静载下材料的力学性能金属材料的高温蠕变(Creep)（碳钢350ºC以上）BACDεtO第三十四页，共四十四页，2022年，8月28日构件的工作段不能超过稳定阶段

e

tOABCDE不稳定阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段

e0材料的蠕变曲线第三十五页，共四十四页，2022年，8月28日温度越高蠕变越快应力越高蠕变越快s1s2s3s4温度不变应力不变T1T2T3T4第三十六页，共四十四页，2022年，8月28日三、应力松弛（stressrelaxation）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——称为应力松弛第三十七页，共四十四页，2022年，8月28日温度不变e2e1e3初应力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三十八页，共四十四页，2022年，8月28日蠕变示意图P伸长量时间δ0t0随时间增加，伸长量在不变的载荷作用下继续增加的现象。静载P作用下的伸长量：δ0第三十九页，共四十四页，2022年，8月28日一细金属线预先有应变后保持不变，应力随时间增加而降低的现象。StressTimeσ0t0Wire松弛示意图第四十页，共四十四页，2022年，8月28日四、冲击荷载下材料力学性能·冲击韧度·转变温度

温度降低，b增大，结构反而还发生低温脆断原因何在？