材材料力学Ⅱ电子教案八

第七章材料力学性能的进一步研究§7－1概述§7－2应变速率及应力速率对材料力学性能的影响§7－3温度对材料力学性能的影响·蠕变与松弛§7－4温度与时间对材料力学性能的影响·蠕变与松弛§7－5冲击荷载作用下材料的力学性能·冲击韧度§7－6低应力脆断·断裂韧度1§7－1概述在材料力学（Ⅰ）中研究了材料在常温,静载拉伸,压缩时的力学性能。本章研究构件在比较复杂的工作条件下，材料的力学性能。应变对时间的变化率=称为应变速率。应力对时间的变化率称为应力速率，它也是加载速率。本节研究在常温下和对材料力学性能的影响。§7－2应变速率及应力速率对材料力学性能的影响第七章材料力学性能的进一步研究2较小时，对材料的力学性能影响较小。当≥时，屈服阶段不明显，强度极限提高。图a为常温下低碳钢由拉伸试验得到的-曲线。其中的曲线1为静载，曲线2为动载（≥）。Ⅰ.

de/dt对材料力学性能的影响第七章材料力学性能的进一步研究Ⅱ.

ds/dt对材料力学性能的影响图b为常温下低碳钢的-曲线。当3（加速率）超过塑性变形的传播速率后，提高。在作静载拉伸实验时，对有相关的规定。上述现象是塑性材料普遍存在的。第七章材料力学性能的进一步研究4§7－3温度对材料力学性能的影响

加载时间和温度对材料的力学性能均有影响。本节研究短期加载拉伸时，温度对材料力学性能的影响。图a为低碳钢在拉伸试验时，其力学性能随温度升高而变化的情况。第七章材料力学性能的进一步研究(1)总的趋势为，随温度的升高，材料的,,均降低，而,却增加。Ⅰ.高温5

(2)t≤260°时，随温度的升高，增加，和均减小。但这一现象仅为低碳钢和某些低合金钢所特有，并非普遍规律，例如图b所示的铬锰合金钢在拉伸时的力学性能随温度而改变的规律就无这些特征。第七章材料力学性能的进一步研究Ⅱ.低温图a,b分别为纯铁和中碳钢，在温度为20oC,-196oC,-253oC的条件下，拉伸时的F-Δl曲线。6

1.当温度由20oC→－196oC时，拉力F（与有关）均增加一倍以上，Δl（与有关）不同程度下降。

2.当温度由20oC→－253oC时，两种材料均为完全脆性，在断裂前服从胡克定律，进一步提高。塑性指标：（低温变脆）。第七章材料力学性能的进一步研究综上所述，在室温下为塑性材料的钢强度指标：7§7－4温度狐与时免间对卧材料栋力学性能援的影永响·蠕变准与松垃弛当温鬼度高润于一且定值浆，材帮料在例恒定易荷载板作用烈下，奏其塑沈性变仪形随灿时间主的增挽加而盟缓慢烧增加扶的现筝象，的称为蠕变。第七弟章疮材料志力学钻性能瓶的进菊一步办研究本节哗研究绑在高玻温恒适定荷牵载作更用下剧，加大载时礼间及弊温度吧对材虑料力配学性乒能的都影响放。Ⅰ.蠕变83.加速挪阶段访（CD）：逐渐铅增加假，但释变化真不大寄。1.不稳驻定阶男段（AB）：e增加勺较快皱，正（辫即图圈中曲疲线的岂斜率盆）逐逝渐降勤低，逝且不印稳定充。2.稳定雕阶段殃（BC）：降为份最低辉，并勉保持辫为常削数（BC近似抵为直涛线）男。第七话章竖材料虹力学秧性能桌的进相一步捧研究(1侨)金属伏材料让蠕变甘的四踩个阶唤段图示那为某帖金属抚材料傅的蠕隐变（茎变形输随时币间t变化油）曲何线。链由图趣可见9(2捏)影响峰蠕变锹速率积的主丽要因乓素——应力水平柳和温疤度由图a可见绪，当锯温度梁不变贺时，疑应力恐水平要越高杂，蠕疏变速阶率越押大。物冷拔晚预应扩力钢锹丝在稼很高到的拉阔应力水威平下尤，即泊使在料常温忙下也理发生途明显殃蠕变叔。由图b可见挖，当喷应力直水平饿不变炊时，脏温度垦越高殃，蠕界变速丹率越雅大。总之剖，降找低应仇力第七址章准材料私力学疯性能闭的进飞一步刮研究4.破坏蛛阶段盘（DE）：迅速晕增加忍，在作较短牵时间散内断歉裂。构件充正常未工作逢限定使在稳准定阶闲段。10在高拉温条赢件下僵，当构疏件的握总变妻形不月随时蜓间变坚化时私，由投于蠕咳变使竹塑性拥变形子不断慨增加秆，而纱弹性利变形疯不断浙减小溪，造延成应模力随册时间般的增诊长而地逐渐盲下降吩的现值象，袋称为应力捞松弛。第七岂章饮材料仇力学很性能猫的进销一步衔研究影响患应力曾松弛巡寿的主曲要因翼素——初始纹弹性抓应变溜和温示度Ⅱ.应力放松弛水平刃或降德低温驱度均洗可降两低蠕牺变速针率。11由图b可见慨，当料初始贡弹性唯应变犯水平券不变朗时，档温度多越高巴，应广力下钳降的愚初始丸速率背越大末。经损过一疮定时帽间后麻，应计力降拍低至膊较低图水平紫时,曲线销趋于兵水平炭。第七颤章粱材料煤力学绑性能住的进搞一步私研究由图a可见究，当涨温度服不变陡时，帽初弹载性应妻变e越大续（即对初始绵应力随越大拣），幅应力爷下降蕉的初车始速拣率也催越大陷。经螺过一勿定时掌间后山，应力降哥低至泰较低倍水平词后，尼应力伞下降行的速膝度逐拍渐趋洋于零惧。12§7－5冲击月荷载须作用偿下材导料的箭力学弹性能·冲击听韧度低碳成钢等肿塑性扑材料竹，在馋低温希下受汤到冲爹击荷车载也唱会发哭生脆澡断，蒸为了巡寿弄清敢材料是发生荐低温娇脆断厘的原每因，肚必须择研究什材料狸在冲击荷贯载作鸭用下扩的力慕学性冰能及延其随冶温度垃降低子而改皂变的返规律进。第七个章席材料凡力学担性能沫的进签一步诸研究材料才在冲李击荷抖载作脆用下考的力扰学性您能（艰抗断静裂能供力）刃，是饱通过替冲击痛试验晶测定旋的。驱图a为带V形和U形缺街口的崇标准怒试样丹，图b为摆锤念式试爬验机忆和试挣样放间置位斑置的锄示意讲图，伤试样泰的缺筛口位Ⅰ.冲击蝇韧度理的测史定13于试巧样弯慎曲时及的受拿拉侧言。当摆六锤从即一定吊高度毫落下秩，将得试样摆冲断妹时，裕可测榴出冲怀断试与样所惭消耗佣的功W（冲击蛇吸收蹈功）录。将W除以盗断口锯截面笋的净菜面积A，即(7兰-1称)称为冲击楼韧度，它跟表示武材料甘抵抗绢冲击榆能力棕的大旨小，意越册大，勉材料博抵抗庸冲击评的能戴力越委强。咐对于V形缺雷口试扩样也竿可用咽冲击抛功W表示彩材料妹抗冲顶击能童力的舅大小冲，也伸称为冲击训韧度。但投两种牵缺口惩试样斯得到凯的冲采击韧双度值贪是不粥同的拴，且喂两者袜不能套简单斤换算狸。第七核章浑材料嚷力学近性能振的进术一步配研究14(1租)缺口缓处有恭高度坐的应意力集膜中，诊处于够三轴驱拉伸才应力耻状态辈，使俯缺口改附近甜区域寺不易融发生扑塑性罩变形顺，利赠于测低定材桐料的味抗断壳裂性蜂能。(2灾)V形比U形缺森口的赌应力耐集中钻程度绍高，非缺口月不易赌发生勒塑性蜻变形疯，而U形缺亏口易渣发生假塑性谱变形物，但枯便于泳检查搁较大店范围缎内材搂料的旱平均顶性能禾。随温膛度的蓬变化姓规律蛋如图窑所示竟。随温勺度的谁降低善而减骂小，第七稳章霜材料疲力学塘性能阀的进顿一步别研究(3撒)能量近高度遮集中针在试敬样的企缺口瓣处。带缺句口试防样Ⅱ.ak与温心度的堪关系15当温降度降晶至某爆一范侦围时激，迎明显林下降园，材记料由咏塑性络破坏使过渡遇到脆追性破嚼坏，故称为"冷脆"。出映现冷朽脆现午象的咐温度岁区称呜为材简料的蛇韧脆戴（冷流脆）痰转变付温度扇。各种粘材料波的澡和温筋度的值关系虚以及任韧脆用转变雕温度炎均需银由实维验测谨定。第七演章产材料扮力学潜性能艘的进兽一步尸研究脆性破坏过渡区塑性破坏Ot/°Ct2t1ak16§7－6低应结力脆址断·断裂季韧度(1薯)有些申构件均在工赌作应肤力小汁于许刃用应垫力时饰，也兔会发赚生脆洋断，莫称之易为低颈应力倍脆断炼。例趣如，截五十摩年代登初期马，美清国北忆极星召导弹谨的发越动机欠壳体队，其舟工作跑应力共仅为门屈服集极限恳的1/眼2，却阀在实织验发亚射时萄发生衔断裂门。机患车,桥梁滚也曾仔发生饶过低虑应力颂脆断乘的事减故。第七候章怕材料巧力学槐性能订的进引一步琴研究(2饥)一般验的强茧度计吧算中锻，把嫂构件趁视为工连续淋体。豆但有沟的构袭件因洲加工湖或使惧用等逼原因订，其肠内部胡存在悟初始共裂纹绍，脆版断是吨由于读在一园定应蒜力作顾用下末，这访些初分始裂钳纹迅鼻速扩鹿展所鄙致。Ⅰ.低应房诚力脆拿断·线弹捞性断采裂力贴学17(3晕)把构和件视添为带犯理想料尖裂弊纹的锋连续符体，束研究蛙裂纹茅尖端伶附近连的应墙力,位移室及裂据纹扩鼠展规风律的尝学科迫，称榆为断宪裂力欣学。盘该连贩续体烧服从恳胡克纳定律味时为侍线弹屋性断鞠裂力内学。酒这里而仅介怪绍线脂弹性紫断裂助力学内。Ⅱ.裂纹贯尖端执附近躁的应天力场(1油)裂纹迎的类独型图a为张草开型揪（或Ⅰ型）粘裂纹，朵拉应丝式力垂全直于昼裂纹拾平面悄，裂纹表匹面的茄位移疗垂直渠于裂蜜纹平竞面。冻图b为滑吵开型橡（或Ⅱ型）皇裂纹子。图c为撕泽开型肯（或Ⅲ型）霜裂纹哑。其童中，Ⅰ型最爽危险五。主盈要介许绍Ⅰ型裂罗纹的齐断裂客问题带。第七肌章川材料象力学托性能精的进略一步舟研究18(2骗)Ⅰ型裂柜纹尖崇端的栽应力和场·应力末强度及因子图示派为无朱限大玩平板冻，贯姑穿裂席纹的烤长度私为2a，在插远处暮均布飘拉应雨力打垂梨直于筋裂纹绩平面蜻，由够线弹船性断烛裂力音学分某析得贯裂纹传尖端稿附近A点的狸应力霸为（1）第七违章惩材料痕力学筹性能勇的进惩一步疤研究19式中楼，r，j为A点的罗极坐组标。土由（1）式废可见ρ→0时，佛各应习力均→∞，按宪传统凤强度建观点深，构折件断拨裂，装可事夹实并徐非如平此。陶所以错，不堪能再些用一竞点处淋应力怨的大沿小来惑衡量日构件惧是否爷破坏揭。当r,j一定珠时，齿各应家力均掠随倘而润定，棚即律反饭映了校裂纹肺尖端垫的应力抚场的极强弱纱，称泻为应力银强度张因子，用KI表示俊。KI=。（1）式改善写为（2）第七眠章威材料抵力学牵性能症的进椅一步限研究20所有Ι型裂卡纹尖这端处恰的应楼力表灯达式均均如衣（2）式助所示益。只包是KI不同爽，把KI统一板写成（3）因数a与构蔽件和珠裂纹牌的几帆何尺恭寸以荷及构归件的藏受力娱形式记有关胆，例叮如图架示情滔况a的公凳式为第七还章扇材料凑力学看性能亲的进锤一步稻研究21带裂酱纹试灶样的此试验敏表明亦，当KI达到超临界船值Kc时，辉裂纹蜂迅速老扩展道（失蚁稳扩对展）捆而断青裂。Kc称为断裂烤韧度。试批验表司明Kc的大草小与葵试样蜂的厚陪度B有关稳，如突图所闯示。薄板中厚板厚板OKc当板谁较薄拔时，泳裂纹茅尖端帮沿厚毯度方池向的乡丰平面骄应变填约束欧程度绪不足脑，Kc值较阀大，健当B变大趋于列某一棵值以映后，Kc值趋腿于稳住定的摊最小仇值KIc。此深时KIc的值缝称为平面俘应变第七含章针材料造力学绸性能递的进演一步驴研究其它饲情况a的表彻达式捏可查《应力担强度妨因子》手册咐。Ⅲ.平面洲应变箱下的敞断裂具韧度·断裂乏判据B22断裂掠韧度。它法表示挽材料羡抵抗良断裂口的能赔力。材料熔的KIc值要钢用标屡准试朱样来榴测定嘉，试阀样的晌各部参分尺刮寸要篮有一盖定的学比例屑。教尝材中售图7-庸12是三境点弯选曲和躁紧凑锁拉伸竭标准煮试样惊。几掠种国欧产材博料在打常温扎的KIc值见鸽教材周表7-败1。脆断橡判据案为（4）KI和KIc的量茧纲为骗（亩［力勉］［乞长度聚］3/软2），肆它的钩单位住为。对告含有I型裂狭纹的傲构件弦，由（4）式可淋以解深决三柱类第七漫章哲材料晓力学屠性能城的进郑一步高研究23问题岔：1.断裂源校核反：当s,a已知