材料力学性能教学课件ppt材料在其他静载荷下的力学性能

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1、1主讲人:张宁2研究金属材料在常温静载荷下的力学性能时，除采用单向静拉伸试验方法外，有时还选用压缩、弯曲、扭转等试验方法。选用这些方法的目的是：（1）很多机件或工具在实际服役时常承受弯矩、扭矩或轴向压力的作用，或其上有螺纹、孔洞、台阶等引起应力集中的部位，有必要测定制造这类机件或工具的材料在相应承载条件下的力学性能指标，作为设计和选材的依据；（2）不同的加载方式在试样中将产生不同的应力状态。金属材料在不同应力状态下所表现的力学行为不完全相同，因此，选用不同应力状态的试验方法，便于研究材料相应力学性能的变化。第二章材料在其他静载荷下的力学性能3一、应力状态软性系数二、压缩三、弯曲四

2、、扭转五、缺口试样静载荷试验六、硬度第二章材料在其他静载荷下的力学性能4零部件在使用过程中将承受不同类型的外应力；零件内部存在不同的应力状态。材料的塑性或脆性并非绝对，为了表示外应力状态对材料塑性变形的影响，特引入应力状态系数α的概念。以方便选择检测方法。例如：铸铁：压→韧，拉→脆第一节应力状态软性系数5当金属所受的最大切应力τmax达到屈服强度τs时，产生屈服；当τmax达到切断强度τk时，产生剪切型断裂；当最大正应力σmax达到正断强度时，产生正断型断裂。但同一种金属材料，在一定承载条件下产生何种失效形式，除与其自身的强度大小有关外，还与承载条件下的应力状态有关。不同的应力状

3、态，其最大正应力σmax与最大切应力τmax的相对大小是不一样的。第一节应力状态软性系数6定义：τmax与σmax的比值表示它们的相对大小，称为应力状态软性系数，记为α。对于金属材料，ν取0.25，则α值为第一节应力状态软性系数7第一节应力状态软性系数8物理意义：α值越大的试验方法，试样中最大切应力分量越大，表示应力状态越“软”，金属越易于产生塑性变形和韧性断裂。反之，α值越小的试验方法，试样中最大正应力分量越大，应力状态越“硬”，金属越不易产生塑性变形而易于产生脆性断裂。易于引起拉断的应力状态叫做硬性应力状态；易于引起剪断的应力状态叫做软性应力状态。第一节应力状态软性系数9结论

4、：（1）三向等拉伸时应力状态最硬，因为其切应力分量为零，在这种应力状态下，材料容易发生脆性断裂。例如：对于塑性较好的金属材料，为了充分揭示其脆性倾向，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸试验，防止其仅产生塑性断裂；（2）单向拉伸时，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬，一般适用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料的试验；第一节应力状态软性系数10（3）扭转和压缩时应力状态较软，材料易产生塑性变形，一般适用于那些在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料(如灰铸铁、淬火高碳钢和陶瓷材料等)，以充分揭示其客观存在的塑性性能。（4）材料的硬度试验同于三向不

5、等压缩应力状态，应力状态非常软，因此硬度试验可在各种材料上进行。第一节应力状态软性系数112.1单向压缩试验1、压缩试验：对试样施加轴向压力，在其变形和断裂过程中测定材料的强度和塑性等力学性能指标的试验方法。2、压缩试验试样形状：通常为圆柱形，也可用立方体和棱柱体。在有侧向约束装置以防试样屈曲的条件下，也可采用板状试样。第二节压缩123、压缩试验试样尺寸：为了防止试验时试样的纵向失稳，对于脆性材料和低塑性材料其试样的高度h0和直径d0之比不应大于2，最好h0/d0=1.5~2。说明：由于试样端面摩擦的作用，试样尺寸h0/d0对压缩变形量及其形变抗力有很大影响。为排除这种影响，使试

6、验结果可以相互比较，必须采用相同的h0/d0试样。2.1单向压缩试验134、压缩曲线：压缩试验时，材料抵抗外力变形和断裂情况也可用压力和变形的关系曲线来表示，称为压缩曲线。2.1单向压缩试验14单向压缩时应力状态软性系数大，故用于测定脆性材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的力学性能。由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和弯曲试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有可能获得。压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本上都能应用。2.1单向压缩试验金属压缩曲线1—脆性材料2—塑性材料155、单向压缩试验的力学性能指标抗压强度

7、：试样压至破坏过程时的最大应力称为抗压强度。压缩曲线上确定最大压缩力Fbc（或直接从试验机的测力圆盘上读出），然后按下式计算：2.1单向压缩试验16（1）单向压缩试验的应力状态软性系数α=2，比拉伸、扭转、弯曲的应力状态都软，所以主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能的测定，以显示这类材料在塑性状态下的力学行为。2.2压缩试验的特点17（2）拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。脆性金属材料在拉伸时产生来自于载荷轴线的正断，塑性变形量几乎为零；而在压缩时除能产生一