材料力學(xué)第二章機(jī)械性質(zhì)

材料力學(xué)第二章機(jī)械性質(zhì)第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日材料的機(jī)械性質(zhì)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，通常為常溫靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)方法應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定《金屬拉伸試驗(yàn)方法》（GB228—2002)LL=10dL=5d對(duì)圓截面試樣：對(duì)矩形截面試樣：第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了試驗(yàn)方法，對(duì)試件的形式也作了詳細(xì)規(guī)定當(dāng)l=10d

時(shí)的試件稱為長(zhǎng)試件，為推薦尺寸當(dāng)l=5d

時(shí)的試件稱為短試件，為材料尺寸不足時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)試件第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日液壓式材料試驗(yàn)機(jī)材料的力學(xué)性能在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。材料試驗(yàn)機(jī)的式樣有很多，但大多為機(jī)械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)。第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日電子拉力試驗(yàn)機(jī)第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日20kN試驗(yàn)機(jī)10kN試驗(yàn)機(jī)電子拉力試驗(yàn)機(jī)第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日PP拉伸圖：P~ΔL曲線應(yīng)力－應(yīng)變曲線：s

~e曲線L0σεPΔLs=P/A0e=ΔL/L0第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日一、低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能σεO名義應(yīng)力(Nominalstress)比例極限σP彈性階段Elasticstage彈性極限σeBA屈服應(yīng)力σsC真應(yīng)力(Truestress)F局部化階段Localizationstage斷裂E強(qiáng)化階段Hardeningstage強(qiáng)度極限σbD屈服階段Yieldingstage第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日Oabcd①?gòu)椥噪A段—比例極限

—彈性極限虎克定律彈性摸量②屈服階段

—屈服極限③強(qiáng)化階段—強(qiáng)度極限④局部變形階段e第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日塑性材料的卸載(unloading)過(guò)程O(píng)σε殘余(塑性)應(yīng)變重新加載(reloading)彈性回復(fù)α卸載α卸載加載加載第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日Pabcdef卸載定律冷作硬化材料在卸載過(guò)程中應(yīng)力與應(yīng)變成線形關(guān)系。稱為：卸載定律。

在常溫下把材料冷拉到強(qiáng)化階段，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，材料的比例極限提高而塑性降低。這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日延伸率(Percentelongation)截面收縮率(Percentreductioninarea)與

表征材料破壞后的塑性變形程度。與試件的原始尺寸L/d有關(guān)；

與試件的原始尺寸無(wú)關(guān)。塑性材料脆性材料>5%<5%在工程中按區(qū)分塑性材料和脆性材料韌性指標(biāo):L1A1注意：材料拉斷后經(jīng)過(guò)卸載得到殘余應(yīng)變?chǔ)舙應(yīng)變實(shí)質(zhì)就是延伸率δ第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，取對(duì)應(yīng)于試件產(chǎn)生0.2%的塑性應(yīng)變(εp=0.2%)的應(yīng)力作為屈服點(diǎn),稱為“條件屈服點(diǎn)”,用σ0.2表示名義屈服應(yīng)力?！懊x屈服應(yīng)力”σ0.2有些塑性材料(如:鋁合金)沒(méi)有明顯的屈服平臺(tái)。σε由于無(wú)法確定其屈服點(diǎn),只能采用人為規(guī)定的方法。第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日bσε0.2%o與σ－ε曲線相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為σ0.2.2.0s確定的方法是:在ε軸上按刻度取0.2％（即：0.002）的點(diǎn),對(duì)此點(diǎn)作平行于σ－ε曲線的直線段的直線(斜率亦為E),第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日合金鋼20Cr高碳鋼T10A螺紋鋼16Mn低碳鋼A3黃銅H62二、其它塑性金屬材料的拉伸曲線第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn)：無(wú)屈服過(guò)程無(wú)塑性變形無(wú)塑性指標(biāo)σb是衡量脆性材料強(qiáng)度的唯一指標(biāo)。三、脆性材料的拉伸性能第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日試件：金屬材料－短圓柱混凝土、石料－立方體dLbbLL/d(b):1---3國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定《金屬壓縮試驗(yàn)方法》（GB7314—87)§2–5材料壓縮的機(jī)械性能第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日低碳鋼壓縮壓縮時(shí)由于橫截面面積不斷增加，試樣橫截面上的應(yīng)力很難達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，因而不會(huì)發(fā)生頸縮和斷裂。第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日塑性材料的壓縮強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度相當(dāng):

(σS)t≈(σS)c第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日脆性材料的壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于拉伸強(qiáng)度:

(σb)c>>(σb)t第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日幾種非金屬材料的力學(xué)性能混凝土第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日木材第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)械性能思考題123三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖，用這三種材料制成同尺寸拉桿，請(qǐng)回答如下問(wèn)題：哪種強(qiáng)度最好？哪種剛度最好？哪種塑性最好？請(qǐng)說(shuō)明理論依據(jù)？se第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日塑性材料冷作硬化后，材料的力學(xué)性能發(fā)生了變化。試判斷以下結(jié)論哪一個(gè)是正確的：（A）屈服應(yīng)力提高，彈性模量降低；（B）屈服應(yīng)力提高，塑性降低；（C）屈服應(yīng)力不變，彈性模量不變；（D）屈服應(yīng)力不變，塑性不變。正確答案是（）低碳鋼材料在拉伸實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不發(fā)生明顯的塑性變形時(shí)，承受的最大應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于的數(shù)值，有以下4種答案，請(qǐng)判斷哪一個(gè)是正確的：（A）比例極限；（B）屈服極限；（C）強(qiáng)度極限；（D）彈性極限。正確答案是（）BB第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)圖示三種材料拉伸時(shí)的應(yīng)力－應(yīng)變曲線，得出如下四種結(jié)論，請(qǐng)判斷哪一個(gè)是正確的：（A）強(qiáng)度極限σｂ（1）＝σｂ（2）＞σｂ（3）；彈性模量E（1）＞E（2）＞E（3）；延伸率δ（1）＞δ（2）＞δ（3）；（B）強(qiáng)度極限σｂ（2）＞σｂ（1）＞σｂ（3）；彈性模量E（2）＞E（1）＞E（3）；延伸率δ（1）＞δ（2）＞δ（3）；（C）強(qiáng)度極限σｂ（3）＝σｂ（1）＞σｂ（2）；彈性模量E（3）＞E（1）＞E（2）；延伸率δ（3）＞δ（2）＞δ（1）；（D）強(qiáng)度極限σｂ（1）＝σｂ（2）＞σｂ（3）；彈性模量E（2）＞E（1）＞E（3）；延伸率δ（2）＞δ（1）＞δ（3）；正確答案是（）B第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)于低碳鋼試樣拉伸至屈服時(shí)，有以下結(jié)論，請(qǐng)判斷哪一個(gè)是正確的：（A）應(yīng)力和塑性變形很快增加，因而認(rèn)為材料失效；（B）應(yīng)力和塑性變形雖然很快增加，但不意味著材料失效；（C）應(yīng)力不增加，塑性變形很快增加，因而認(rèn)為材料失效；（D）應(yīng)力不增加，塑性變形很快增加，但不意味著材料失效。正確答案是（）C關(guān)于有如下四種論述，請(qǐng)判斷哪一個(gè)是正確的：（A）彈性應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力值；（B）總應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力值；（C）塑性應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的應(yīng)力值；（D）塑性應(yīng)變?yōu)?.2時(shí)的應(yīng)力值。正確答案是（）C第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日低碳鋼加載→卸載→再加載路徑有以下四種，請(qǐng)判斷哪一個(gè)是正確的：（A）OAB→BC→COAB；（B）OAB→BD→DOAB；（C）OAB→BAO→ODB；（D）OAB→BD→DB。正確答案是（）D關(guān)于材料的力學(xué)一般性能，有如下結(jié)論，請(qǐng)判斷哪一個(gè)是正確的：（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗壓能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其抗壓能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗壓能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗壓能力。正確答案是（）A第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日2、高溫、常時(shí)工作的構(gòu)件，會(huì)產(chǎn)生蠕變和松弛幾個(gè)概念：1、高溫對(duì)材料的力學(xué)性能有影響4、松弛(Relaxation)：應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨時(shí)間增加而降低的現(xiàn)象3、蠕變(Creep)：應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時(shí)間增加而增加的現(xiàn)象§2－6*溫度和時(shí)間對(duì)材料力學(xué)性能的影響第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日一、應(yīng)力速率對(duì)材料力學(xué)性能的影響2低碳鋼Ose1靜荷載動(dòng)荷載020406080100320300280260240220200應(yīng)力速率與屈服極限的關(guān)系ss(MPa)s

(MPa/s)·第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日總趨勢(shì):溫度升高,E、S

、b

下降，、增大溫度下降,b增大

、減小0100200300400500216177137700600500400300200100100908070605040302010Ed溫度對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響二、短期靜載下溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響藍(lán)脆點(diǎn)第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日200017501500125010007505002500-200-1000100200300400500600700800d80706050403020100溫度對(duì)鉻錳合金力學(xué)性能的影響第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度降低，塑性降低，強(qiáng)度極限提高

P(kN)------051015

3020100

Dl(mm)純鐵------0510153020100

P(kN)

Dl(mm)中碳鋼

第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度降低，b增大，為什么結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生低溫脆斷？第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日三、高溫、長(zhǎng)期靜載下材料的力學(xué)性能金屬材料的高溫蠕變(Creep)（碳鋼350oC以上）BACDεtO第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日構(gòu)件的工作段不能超過(guò)穩(wěn)定階段

e

tOABCDE不穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段加速階段破壞階段

e0材料的蠕變曲線第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度越高蠕變?cè)娇鞈?yīng)力越高蠕變?cè)娇靤1s2s3s4溫度不變應(yīng)力不變T1T2T3T4第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日三、應(yīng)力松弛（stressrelaxation）在一定的高溫下，構(gòu)件上的總變形不變時(shí)，彈性變形會(huì)隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危瑥亩箻?gòu)件內(nèi)的應(yīng)力變小——稱為應(yīng)力松弛第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日溫度不變e2e1e3初應(yīng)力越大松弛的初速率越大初始彈性應(yīng)變不變T1T3T2溫度越高松弛的初速率越大第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日蠕變示意圖P伸長(zhǎng)量時(shí)間δ0t0隨時(shí)間增加，伸長(zhǎng)量在不變的載荷作用下繼續(xù)增加的現(xiàn)象。靜載P作用下的伸長(zhǎng)量：δ0第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日一細(xì)金屬線預(yù)先有應(yīng)變后保持不變，應(yīng)力隨時(shí)間增加而降低的現(xiàn)象。StressTimeσ0t0Wire松弛示意圖第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，2022年，8月28日四、沖擊荷載下材料力學(xué)性能·沖擊韌度·轉(zhuǎn)變溫度

溫度降低，b增大，結(jié)構(gòu)反而還發(fā)生低溫脆斷原因何在？