材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编第四章第二讲.ppt

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1、4-1-5强度、断裂及断裂韧性Strength,FractureandFractureToughnessofMaterialsStrengthstress(tensile,compressionandshear)flexural,torsionalandimpactFractureBrittleFracture,TheoreticalfracturestrengthDuctileFracturewithaplasticdeformationTransitionofBrittleandDuctiltyFractureToughness4-1-5强度(

2、strength)、断裂及断裂韧性1、基本概念Concept（1）强度：材料抵抗形变和断裂的能力。材料的内部应力：拉伸、压缩、剪切强度分为：拉伸强度、压缩强度、剪切强度加载特征分为：弯曲、扭曲、冲击、疲劳未到破坏强度，形变而失去承载能力（屈服、屈曲）（2）断裂和韧性(fractureandtoughness)断裂是主要破坏形式，韧性是材料抵抗断裂的能力。断裂韧性材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标；冲击韧性材料在高速冲击负荷下韧性的度量。二者间存在着某种内在联系。实际应用中，材料的屈服、断裂是最值得引起注意的两个问题，2、屈服强度(YieldStr

3、ength)3、断裂强度(FractureStrength)（1）抗张强度(tensilestrength)规定的温度、湿度和加载速度条件，标准试样上沿轴向施加拉伸力直到试样被拉断为止，计算断裂前试样所承受的最大载荷Fmax与试样截面积之比。量纲MN/m2,MPa高分子材料＜低于金属材料，树脂基复合材料＞钢等金属材料。表4-1-2一些材料的屈服强度或抗张强度数据材料屈服强度（MPa）材料抗张强度（MPa）混凝土3铍丝1400无氧99.95%退火铜70钨晶须3700无氧99.95%冷拉铜280石墨晶须2000099.45%退火铝28蓝宝石晶须6000

4、~500099.45%冷拉铝170玻璃丝3500经热处理铝合金350硼丝3500可锻铸铁310石墨丝2100低碳钢240~280灰口铸铁140高碳淬火钢700~1300尼龙-6670退火合金钢(4340)450~480尼龙-66纤维700淬火合金钢(4340)900~1600PVC34-61马氏体时效钢(300)2000HDPE21-38钢琴丝2400~3400PP33-41表4-1-3几种常见金属材料与复合材料性能比较材料名称比重(103kg/m3)拉伸强度（GPa）弹性模量（GPa）比强度（104m）比模量（107m）钢7.81.0120

5、5.80.130.27铝2.80.4673.50.170.26钛4.50.94111.70.210.25玻璃钢2.01.0439.20.530.21碳纤维II/环氧1.451.47137.21.030.21碳纤维I/环氧1.61.05235.20.671.5有机玻璃PRD/环氧1.41.3778.41.00.57硼纤维/环氧2.11.35205.80.661.0（2）抗弯强度(flexuralstrength)量纲MN/m2,MPat=1.5Fmaxl0/(b.d2)l0，b及d分别为试样的长、宽、厚加载方式:三点弯曲,四点弯曲。特点：①适用于A

6、测定加工不方便的脆性材料，如铸铁、工具钢、硬质合金乃至陶瓷材料的断裂强度和塑性。B高分子材料，常用于筛选配方或控制产品质量。②可较灵敏地反映材料的缺陷，抗张强度大，则抗弯强度也大表4-1-4常见聚合物的力学强度材料名称抗张强度（MPa）断裂伸长率%拉伸模量MPa抗弯强度MPa弯曲模量MPa低压聚乙烯21.5~3860~150820~93024.5~39.21080~1370聚苯乙烯34.5~611.2~2.52740~346060.0~87.4ABS16~6110~140650~284024.8~93.02950PMMA48.8~76.52~103

7、14089.8~117.5聚丙烯33~41.4200~7001130~138041.4~55.21180~1570PVC34.6~6120~402450~412069.2~110.4尼龙-6681.4603140~324098.0~108.02870~2940尼龙-672.7~76.4150255098.02360~2540尼龙-101051.0~53.9100~250157087.21270聚甲醛61.2~66.460~75271089.2~90.22550聚碳酸酯65.760~1002160~236096.2~104.21960~2940聚砜7

8、0.4~83.720~1002450~2750106.0~125.02750聚酰亚胺92.56~8~>98.03140聚苯