材料力学性能讲义VIP专享VIP免费

材料力学性能讲义绪论：一、材料：无机材料、有机材料金属材料、非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维陶瓷材料复合材料天然材料工程结构材料、功能材料信息、生物技术、新材料、环保金属：良导电、热性，光泽，良好的延展性。自由电子、金属键（无方向性）二、性能：力学性能，物理、化学性能，加工工艺性能力学性能：金属材料在一定环境中在外力作用下所表现出来的抵抗行为。分弹性性能与塑性性能。力学性能指标：金属材料在外力作用下表现出来的抵抗变形及断裂的能力。分应力、应变；强度指标、塑性指标及综合力学性能指标。金属材料的失效形式：变形、断裂(含疲劳断裂)、磨损、腐蚀，以及加工失误三、研究内容：1）各种力学现象及行为、意义、本质概念的相互关系。2）各种力学性能指标的概念、本质、意义，力学行为及其影响因素。3）各种宏观失效方式的本质、机理、原因，各力学性能指标之间的相互关系及失效判据。4）各种力学性能指标的测试技术及实际应用。第一章：金属在单向静拉伸载荷下的力学性能单向应力、静拉伸§1-1应力应变曲线拉伸曲线：P-ΔL曲线σ-ε曲线σ=P/F0ε=ΔL/L0=(L-L0)/L0横坐标：ΔL、ε；纵坐标：P、σ应力应变曲线的几个阶段：弹性变形、均匀塑变(弹塑性变形)、集中塑变(缩颈)、断裂§1-2弹性变形弹性变形的力学性能指标一、弹性变形的定义及特点：1、特点：①变形可逆②应力-应变保持直线关系③变形总量较小2、产生机理：原子间作用力原子间具有一定间距→原子间距，也即是原子半径的两倍（指同类原子），原子间作用力：吸引力、相斥力。其性质估且不论吸引力：原子核中质子(正离子)与其它原子的电子云之间的作用力相斥力：离子之间及电子之间的作用力二者均与原子间距（2r）有关：PAAro2r2r4前者为引力项，后者为斥力顶。r=rO时P=O；r＞rO时为引力；r＜rO时为斥力r＞rO时P＞0，为引力，两原子间有拉进的趋势；r＜rO时P＜0，为斥力，两原子间有推远的趋势；r=rO时P=0，为平衡状态，两原子间保持距离。当材料承受拉应力时：rM≥r≥rO当P=Pmax为最大值时，r=rM，Pmax一般可视作理论弹性极限即在P≥Pmax则将产生原子移位，并形成不可逆变形即塑性变形3、Note:1)Pmax一般远大于Pp、Pe（三个数量级）,即在实际金属在外力P远小于Pmax时就产生了塑性变形甚至断裂。2)P与Δr=r-rO并非正比关系，而实际金属拉伸时其Pe、Pp均较小(远小于Pmax)，此时P与Δr近似直线，这就是存在比例极限σp与弹性极限σe，且σp<σe的原因。σp一般用于弹簧计量中.σe一般用于工程构件中的弹簧钢中3)弹性变形随应力的变化速度为声速。二、弹性模量：表征材料(在弹性变形阶段)对弹性变形的抗力拉：σ=EεE：弹性模量（杨氐）扭：剪切应力τ=GγG：切变模量E、G越大，则抗力越大，或变形越小。弹性模量又称为刚度但与工程构件的刚度不同,工程上：构件刚度=材料刚度E×构件截面积弹性模量是组织不敏感因素指标，仅与原子间作用力有关具有：①单晶体各向异性；②与合金元素含量关系不大；③与组织元素含量关系不大；④随ToC的增加而下降,但在室温范围内变化也不大⑤弹性变形产生和扩展速度为声速，故一般加载速度对之影响不大。但以爆破加载方式将使其增加。⑥Note：软硬钢材的弹性模量相当。三、比例极限与弹性极限：1、定义：σp=Pp/Foσe=Pe/Fo2、实际规定：1>比例极限：σp表征材料能保持应力与应变成正比的最大抗力，为弹簧、精密测量仪器等机械构件的设计要求标准。当tgθp=1.5tgθo(增加了50%)即定义规定为：σp50=σp如果要求高，也可规定：tgθp=1.25tgθo此时记为：σp25或：tgθp=1.1tgθo或：σp102>弹性极限：σe定义残余变形为0.01%时为规定弹性极限表征材料在外力作用下不发生塑性变形的最大抗力，是不允许产生微量塑性变形的机械构件的设计要求标准。四、弹性比功：Ae1σe×εe1σe222E表征材料吸收弹性变形能的能力，可作储能减震材料的力学指标。因弹性模量E是对组织不敏感的常数指标，故需提高材料的弹性极限σe才能提高弹性比功Ae五、弹性不完整性：1）包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现σe升高或降低的现象。一般认为与位错运...