材 料 的 强 度--ei

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1、窗体顶端材料强度研究的是结构内部力的分布，包括组织结构、结构在载荷下如何变形和如何失效等。弄清这些力的作用及其分布可以让工程师们经济、安全地设计和测量载荷梁、轴和柱体结构等。工程学院有一个学期的时间学习材料强度。本章是对其主要内容的简要概述，主要涉及应力、应变、弹性模量、拉伸试验、惯性矩以及金属的疲劳，并且主要检验应力在矩形横梁和圆柱体中如何分布以及什么形状的横梁和轴能承受更大的载荷。本章也涉及梁的跨度如何影响梁的变形问题。力学是一门成熟的学科，近年来它的理论基础发展很快。但是在此之前，经验（特别是结构失效的经验）指导着设计者。为了避免失效，许多机械和土木工程师们大量过载设计

2、他们的产品，浪费了许多的时间和材料。工业革命的快速发展造成了对公路和桥梁需求量的增加，伴随着这些需求，考虑经济效益以及运用数学分析的方法来预测材料的需求量成为趋势。 一、力学性能的定义下面这些名词的定义是什么？①脆性 脆性是指材料在损坏之前没有发生塑性变形的一种特性。它与韧性和塑性相反。脆性材料没有屈服点，有断裂强度和极限强度，并且二者几乎一样。铸铁、陶瓷、混凝土及石头都是脆性材料。与其他许多工程材料相比，脆性材料在拉伸方面的性能较弱，对脆性材料通常采用压缩试验进行评定。②韧性 韧性是指金属材料在拉应力的作用下，在发生断裂前有一定塑性变形的特性。金、铝、铜是韧性材料，它们很容

3、易被拉成导线。③弹性 弹性是指金属材料在外力消失时，能使材料恢复原先尺寸的一种特性。钢材在到达弹性极限前是弹性的。④延展性 延展性是指材料在压应力的作用下，材料断裂前承受一定塑性变形的特性。塑性材料一般使用轧制和锻造工艺。钢材既是塑性的也是具有延展性的。⑤塑性变形 塑性变形发生在金属材料承受的应力超过塑性极限并且载荷去除之后，此时材料保留了一部分或全部载荷时的变形。⑥弹性变形 弹性变形是金属材料的一种特性，它允许金属材料承受一个较大的冲击载荷，但不能超出它的弹性极限。⑦刚性 刚性是金属材料承受较高应力而没有发生很大应变的特性。刚性的大小通过测量材料的弹性模量E来评价。E为20

4、6700MPa的钢为刚性材料，E为6890MPa的木材不是刚性材料。⑧强度 强度是材料在没有破坏之前所能承受的最大应力。同时，它也可以定义为比例极限、屈服强度、断裂强度或极限强度。没有一个确切的单一参数能够准确定义这个特性。因为金属的行为随着应力种类的变化和它应用形式的变化而变化。强度是一个很常用的术语。⑨韧性 韧性是指金属材料承受快速施加或冲击载荷的能力。⑩屈服点或屈服应力 屈服点或屈服应力是金属的应力水平，用MPa度量。在屈服点以上，当外来载荷撤除后，金属的变形仍然存在，金属材料发生了塑性变形。 二、应力和应变2.1 应力1、什么是虎克定律？罗伯特·虎克（1635～170

5、3）发现，在物体的弹性极限内，弹性物体的变形与所受外力成正比（见图1）。另一种解释是：在金属承受很大应力并使金属产生永久变形之前，所加的力和金属的变形是成正比的（呈线性关系）。虎克还发现，固体材料（如金属）在承受载荷时实际上也发生变形，但变形量很小，通常是1%的一小部分。 2、四种形式的应力是什么？①拉应力是能够使材料伸长的应力。②压应力是能使材料缩短的应力。③剪应力是能使材料沿应力平行方向产生位移的应力。④扭转应力是能使材料的两个底面沿相反方向产生扭动的应力。所有的应力，不论有多复杂，都可以描述成两个或多个基本应力的组合。四种形式的应力如图2所示。 3、如何在普通金属结构中

6、标出这四种应力？如图3所示。 4、如何计算应力？应力是在它所作用面积上的力，用kgf/mm2表示。在米制单位中，用千帕（kPa）或兆帕（MPa）表示，如图4所示。    2.2 应变1、应力和应变有什么区别？应力（载荷）施加于物体将产生应变（变形）。应变是被测试材料尺寸的变化率，它是加载后应力引起的尺寸变化。2、应变的单位是什么？由于应变是一个变化率，所以它没有单位，如图5所示。 三、弹性模量1、应力和应变的关系是什么？如果材料所受的应力在它的弹性极限内，应力和应变成正比，它们直接和一个称为弹性模量的参数有关，即              应力＝弹性模量×应变2、存在着几种的

7、应力和应变。一个弹性模量的值可以适用于所有材料的应力和应变吗？不可以。每一对应力-应变值都是通过各自的弹性模量值使应力和应变相对应。这些应力-应变与他们相对应的弹性模量的关系见表1。表1 弹性模量应力形式应力-应变率的符号/kPa公   式其 他 名 称拉伸E或EY拉应力 FL———＝—拉应变 Al杨氏模量拉伸弹性模量长度上的弹性模量压缩E或EC压应力 FL———＝—压应变 Al 压缩弹性模量 剪切G或ES剪应力 Fs———＝—剪应变 SA剪模量剪切弹性模量刚性系数扭曲①    拉应力 FT    FT