材料在静载下的力学行为

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1、1.1材料在静拉伸时的力学行为概述静拉伸：是材料力学性能实验中最基本的试验方法。拉伸曲线：应力-应变曲线，可求出许多主要性能指标。如：弹性模量E：零件刚度设计。屈服强度σs，抗拉强度σb:强度设计，交变载荷塑性δ，断裂前的应变量：冷热变形时的工艺性能。第一章材料在静载下的力学性能应力－应变曲线应力－应变曲线(F0不变）①弹性变形②屈服变形③均匀塑性变形④局部塑性变形真应力-应变曲线（--------代表）σp:比例极限σE:弹性极限σLY:屈服（下）YieldpointσUY：屈服（上）σB：强度极限σb:强度σp:应力

2、与应变成正比关系的最大应力。σp=FP/F0σE:由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。σE=FE/F0不同材料，其应力－应变曲线不同，如：1.2金属材料的弹性变形1.2.1广义虎克定律弹性模量E=σX/εXX轴方向，同轴，描写材料正应力条件虎克定律：单位应变产生的单位应力（单向应力）,物理意义：表示原子之间的结合力，它是组织不敏感元素描写材料切应力：切变模量G=τXY/γXY泊桑比：υ=—εXX/εXY关系式：G=E/2（1+υ）比弹性模量=弹性模量/密度对完全各向同性材料υ=0.25对金属υ值约为0.33（或1/3）

3、当υ=0.25时，G=0.4E；当υ=0.33时，G=0.375E弹性常数4个：E，G，υ，KK=σm/Δ=E/3(1-2υ)Δ------单位体积变形K——体弹性模量σm=(σx+σy+σz)/3若υ=0.33，则K≈E只要已知E和υ，就可求出G和K，由于E易测，因此用的最多。1.2.2弹性模量的技术意义技术意义：E，G称为材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力影响E的特征因素：与原子序数有周期性关系E=K/γmK，m>1特征常数，γ原子半径γ↑E↓温度T：T↑原子结合力下降，E↓ε加载速度：对E影响不明显

4、合金化（加入某种金属），热处理对E影响不明显。机械设计中，刚度是第一位的，它保证精度，曲轴的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。不同类型的材料，其弹性模量差别很大。材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，可以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。熔点高，E↑EW=2EFeEFe=3EAl零件的刚度与材料的刚度不同，它除了决定于材料的刚度外还与零件的截面尺寸与形状，以及截面积作用的方式有关。1.2.3弹性比功弹性比功：为应力-应

5、变曲线下弹性范围所吸收的变形功的能力,又称弹性比能，应变比能。即弹性比功=σe2/2E=σeεe/2其中σe为材料的弹性极限，它表示材料发生弹性变形的极限抗力弹性比功理论上：弹性极限的测定应该是通过不断加载与卸载，直到能使变形完全恢复的极限载荷。实际上：弹性极限的测定是以规定某一少量的残留变形（如0.01%）为标准，对应此残留变形的应力即为弹性极限。理想的弹簧材料：应有高的弹性极限和低的弹性模量。成分与热处理对弹性极限影响大，对弹性模量影响不大。仪表弹簧因要求无磁性，铍青铜，磷青铜等软弹簧材料。σe↑E↓→ae.2.4滞

6、弹性—应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性优点：滞后环面积，它可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来。缺点：精密仪器不希望有滞后现象高分子滞弹性表现为粘弹性并成为普遍特性，这时高分子与时间有关了。优点：滞后环面积，它可以减少振动，使振动幅度很快衰减下来。缺点：精密仪器不希望有滞后现象高分子滞弹性表现为粘弹性并成为普遍特性，这时高分子与时间有关了。弹性滞后环(链接)1.2.4滞弹性—应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性。1.2.5包辛格（Baushinger）效应—弹性不完整性定义：指原先经过变形，然后反向加载时弹性极

7、限（σP）或屈服强度（σS）降低的现象。β值度量包辛格效应的大小。单循环或多循环后，都有BE效应包辛格效应示意图(有链接)实际材料T10钢的包辛格效应条件：T10钢淬火350℃回火拉伸时，曲线1σ0.2=1130MPa曲线2事先经过预压变形再拉伸时,σ0.2=880MPa原先加载变形时,位错源在划移面上产生的位错遇到障碍,塞积后产生了背应力,当反向加载时,位错运动的方向与原来方向相反,背应力帮助位错运动,塑性变形容易,屈服强度↓,另外,反向加载时,划移面上产生的位错与预变形的位错异号,异号位错销毁,引起材料软化,σS↓包

8、辛格效应理论上解释用位错(等位错)理论理论上:由于它是金属变形时长程内应力的度量(可用X光方法测定),所以,包辛格效应可用来研究材料加工硬化的机制.工程上:材料加工工艺时,需要注意或考虑包辛格效应.输油管UOE工艺包辛格效应大的材料,内应力较大.包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系包辛格效应的应用清除包辛格效应的方