工程材料力學(xué)性能6課件

工程材料力學(xué)性能6課件目錄CONTENTS引言工程材料的力學(xué)性能材料的基本力學(xué)性能材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為材料的環(huán)境敏感力學(xué)性能材料力學(xué)性能的測(cè)試與表征01CHAPTER引言課程名稱(chēng)工程材料力學(xué)性能6適用對(duì)象材料科學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生掌握工程材料在各種力學(xué)載荷下的性能表現(xiàn)、變形機(jī)制和失效模式，為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。課程介紹1學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握工程材料的力學(xué)性能基本概念、測(cè)試方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。理解材料的彈塑性行為、斷裂力學(xué)、疲勞與損傷等基本理論。能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)不同工程材料的力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，提高工程結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為未來(lái)的工程實(shí)踐和研究工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。02CHAPTER工程材料的力學(xué)性能材料在受到外力作用時(shí)發(fā)生形變，當(dāng)外力去除后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。彈性材料在受到外力作用時(shí)發(fā)生形變，且在去除外力后不能恢復(fù)原狀，但可以通過(guò)外力調(diào)整其形狀的性質(zhì)。塑性彈性與塑性強(qiáng)度與韌性強(qiáng)度材料抵抗外力作用而不被破壞的能力。常見(jiàn)的強(qiáng)度指標(biāo)有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。韌性材料在受到外力沖擊時(shí)抵抗斷裂的能力。常見(jiàn)的韌性指標(biāo)有沖擊韌性、斷裂韌性等。材料在循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定周期后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞斷裂一般發(fā)生在應(yīng)力集中的部位。材料在受到外力作用時(shí)，因應(yīng)力超過(guò)其承載極限而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象。斷裂一般發(fā)生在材料的薄弱部位或缺陷處。疲勞與斷裂斷裂疲勞03CHAPTER材料的基本力學(xué)性能拉伸性能是指材料在拉伸力作用下抵抗斷裂和變形的性能。拉伸性能的測(cè)試方法包括拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)等。拉伸性能常見(jiàn)的拉伸性能指標(biāo)包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和截面收縮率等。拉伸性能的優(yōu)劣對(duì)于材料的加工和使用具有重要意義，是評(píng)估材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。010204壓縮性能壓縮性能是指材料在壓縮力作用下抵抗變形和破壞的性能。常見(jiàn)的壓縮性能指標(biāo)包括抗壓強(qiáng)度、彈性模量等。壓縮性能的測(cè)試方法包括壓縮試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)等。壓縮性能的優(yōu)劣對(duì)于材料的穩(wěn)定性、抗震性和承載能力具有重要意義。03彎曲性能是指材料在彎曲力作用下抵抗變形和破壞的性能。彎曲性能的測(cè)試方法包括彎曲試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)等。常見(jiàn)的彎曲性能指標(biāo)包括抗彎強(qiáng)度、彈性模量等。彎曲性能的優(yōu)劣對(duì)于材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性和承載能力具有重要意義。彎曲性能剪切性能剪切性能是指材料在剪切力作用下抵抗剪切和變形的性能。剪切性能的測(cè)試方法包括剪切試驗(yàn)和摩擦試驗(yàn)等。常見(jiàn)的剪切性能指標(biāo)包括抗剪強(qiáng)度、摩擦系數(shù)等。剪切性能的優(yōu)劣對(duì)于材料的連接、固定和穩(wěn)定性具有重要意義。04CHAPTER材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料發(fā)生彈性變形，遵循Hooke定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比。彈性變形當(dāng)材料受到超過(guò)其屈服點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)，會(huì)發(fā)生塑性變形，這種變形是不可逆的。塑性變形在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料可能表現(xiàn)出粘性流動(dòng)行為，即應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比。粘性流動(dòng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的變形行為123該準(zhǔn)則基于等效應(yīng)力的概念，認(rèn)為當(dāng)?shù)刃?yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)，材料發(fā)生屈服。Mises強(qiáng)度準(zhǔn)則該準(zhǔn)則基于最大剪應(yīng)力的概念，認(rèn)為當(dāng)最大剪應(yīng)力達(dá)到某一極限值時(shí)，材料發(fā)生屈服。Tresca強(qiáng)度準(zhǔn)則考慮到不同應(yīng)力分量對(duì)材料屈服的影響，復(fù)合強(qiáng)度準(zhǔn)則綜合了Mises和Tresca準(zhǔn)則，以更準(zhǔn)確地描述材料的強(qiáng)度行為。復(fù)合強(qiáng)度準(zhǔn)則復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度準(zhǔn)則韌性斷裂準(zhǔn)則韌性材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生斷裂時(shí)，同樣需要滿(mǎn)足一定的斷裂準(zhǔn)則。復(fù)合斷裂準(zhǔn)則考慮到不同應(yīng)力分量對(duì)材料斷裂的影響，復(fù)合斷裂準(zhǔn)則綜合了脆性和韌性斷裂準(zhǔn)則，以更準(zhǔn)確地描述材料的斷裂行為。脆性斷裂準(zhǔn)則脆性材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生斷裂時(shí)，通常滿(mǎn)足一定的應(yīng)力條件或斷裂準(zhǔn)則。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂準(zhǔn)則05CHAPTER材料的環(huán)境敏感力學(xué)性能隨著溫度升高，材料會(huì)膨脹，尺寸變大；反之，溫度降低則材料收縮，尺寸變小。熱膨脹與熱收縮彈性模量與溫度強(qiáng)度與溫度溫度對(duì)材料的彈性模量有影響，高溫下彈性模量通常降低，而低溫下則升高。高溫下材料的強(qiáng)度會(huì)降低，而低溫下則可能增加。030201溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響03強(qiáng)度與濕度濕度對(duì)材料的強(qiáng)度有影響，濕度高時(shí)強(qiáng)度通常降低，而濕度低時(shí)則可能增加。01吸濕與脫濕濕度高時(shí)，材料會(huì)吸收水分；濕度低時(shí)，水分會(huì)從材料中蒸發(fā)。02濕膨脹與濕收縮濕度變化會(huì)導(dǎo)致材料尺寸變化，濕膨脹是指濕度增加時(shí)尺寸變大，反之則為濕收縮。濕度對(duì)材料力學(xué)性能的影響化學(xué)腐蝕材料與腐蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致性能下降。電化學(xué)腐蝕金屬材料之間或金屬與非金屬之間發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)力腐蝕在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下導(dǎo)致材料脆性斷裂。腐蝕對(duì)材料力學(xué)性能的影響06CHAPTER材料力學(xué)性能的測(cè)試與表征測(cè)量材料在拉伸載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變行為，包括彈性模量、屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度等參數(shù)。拉伸試驗(yàn)測(cè)量材料在壓縮載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變行為，以評(píng)估材料的抗壓強(qiáng)度和變形能力。壓縮試驗(yàn)測(cè)量材料在彎曲載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變行為，以評(píng)估材料的抗彎強(qiáng)度和撓曲性能。彎曲試驗(yàn)通過(guò)測(cè)量材料在沖擊載荷下的斷裂韌性和吸收能量，評(píng)估材料的抗沖擊性能。沖擊試驗(yàn)材料力學(xué)性能的測(cè)試方法ABCD材料力學(xué)性能的表征方法彈性模量描述材料在彈性范圍內(nèi)抵抗變形的能力，通常用楊氏模量表示。強(qiáng)度與塑性描述材料在載荷作用下抵抗斷裂的能力，包括屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和延伸率等參數(shù)。泊松比描述材料橫向收縮與軸向伸長(zhǎng)之間的相對(duì)關(guān)系，即橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比。韌性描述材料吸收能量的能力，通常用沖擊韌性和斷裂韌性表示?；诖罅康膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)預(yù)測(cè)材料的力學(xué)性能參數(shù)，如彈性模量、泊松比