《金属材料受力》课件

金属材料受力本课件将带您深入了解金属材料在各种受力情况下的行为，从应力应变关系到疲劳损伤，以及影响材料性能的关键因素，帮助您在工程设计中更好地应用金属材料。课程大纲金属材料基本性质应力和应变拉伸试验变形机理金属材料基本性质1强度：抵抗外力破坏的能力2硬度：抵抗表面压痕的能力3塑性：承受变形而不破坏的能力4韧性：吸收能量而不破坏的能力应力和应变的定义应力：作用在材料截面上的外力除以截面面积应变：材料变形量除以原长度应力-应变关系描述材料在受力情况下变形和失效之间的关系包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段弹性模量和泊松比1弹性模量：衡量材料抵抗弹性变形的刚度2泊松比：衡量材料在拉伸方向上变形时横向收缩的程度金属材料的拉伸试验通过对试样施加拉力，测量其在不同负荷下的变形和最终断裂应力-应变曲线1弹性阶段：应力与应变成正比2屈服阶段：材料开始发生永久变形3强化阶段：材料抵抗变形的能力增强4颈缩阶段：材料截面开始缩小，最终断裂屈服强度和抗拉强度屈服强度：材料开始发生永久变形时的应力抗拉强度：材料在拉伸试验中所能承受的最大应力工程应力和真实应力工程应力：基于试样原始截面计算的应力真实应力：基于试样实际截面计算的应力工程应变和真实应变工程应变：基于试样原始长度计算的应变真实应变：基于试样实际长度计算的应变变形机理和加工硬化滑移1孪生2晶界滑移3变形程度的描述1冷变形在室温下进行变形2热变形在高温下进行变形塑性变形与应变能塑性变形：材料在受力后发生永久变形应变能：材料在变形过程中吸收的能量压缩试验和剪切试验压缩试验通过对试样施加压力，测量其在不同负荷下的变形和最终破坏剪切试验通过对试样施加剪切力，测量其在不同负荷下的变形和最终破坏三轴应力状态1σxx方向应力2σyy方向应力3σzz方向应力水合相当应力和vonMises应力1水合相当应力反映三轴应力状态下材料的等效应力2vonMises应力用于预测材料的屈服和失效疲劳损伤和分析循环次数应力幅S-N曲线和Goodman图S-N曲线：描述材料在交变应力作用下疲劳寿命与应力幅的关系Goodman图：用于预测材料在静应力与交变应力共同作用下的疲劳寿命冲击试验和韧性评估1冲击试验：通过高速冲击试样，测量材料的断裂韧性2韧性评估：根据冲击试验结果判断材料的脆性或韧性Charpy和Izod冲击试验Charpy冲击试验：采用悬臂梁式试样Izod冲击试验：采用悬臂梁式试样缺口应力集中效应1材料在缺口处应力集中，导致局部应力大幅度增加2应力集中会降低材料的强度和韧性断裂力学基本概念裂纹扩展理论：分析裂纹在应力作用下的扩展规律断裂韧性：衡量材料抵抗裂纹扩展的能力应力强度因子和临界值应力强度因子：反映裂纹尖端应力的强度临界值：材料发生断裂时的应力强度因子断裂韧性和临界裂纹长度断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力，用Kc表示临界裂纹长度：材料发生断裂时的裂纹长度疲劳裂纹扩展规律裂纹萌生1裂纹扩展2最终断裂3应力腐蚀和环境影响1应力腐蚀材料在应力作用下，在腐蚀环境中发生开裂2环境影响温度、湿度、化学物质等环境因素会影响材料的性能镀层和表面处理工艺电镀在金属表面覆盖一层金属镀层喷涂在金属表面喷涂一层保护涂层材料性能的影响因素1成分：化学元素的含量2组织：材料内部微观结构3加工工艺：热处理、冷变形等材料热处理及强化1退火：降低材料硬度，提高塑性2淬火：提高材料硬度，降低塑性3回火：降低材料脆性，提高韧性晶体结构与相变晶体结构：材料内部原子的排列方式相变：材料内部结构在温度、压力等条件变化下发生变化金属材料的组织演变铸造：从液态金属凝固形成的组织热处理：通过加热和冷却改变材料的组织冷变形：通过塑性变形改变材料的组织材料失效和失效分析断裂失效：材料发生断裂塑性失效：材料发生过大的永久变形疲劳失效：材料在反复应力作用下发生断裂腐蚀失效：材料在腐蚀环境中发生破坏工程师设计中的考虑1材料的选择：根据应用环境选择合适的金属材料2结构设计：合理设计结构，避免应力集中3加工工艺：选择合适的加工工艺，控制材料的性能课程小结与展望本课