工程材料 教学课件 作者 王正品 第1章　材料的力学性能.pptx

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1、36766-01a主编第1章　材料的力学性能1.1　材料在静载下的力学性能1.2　材料在动载下的力学性能1.3　应力强度因子和断裂韧度1.1　材料在静载下的力学性能1.1.1　拉伸试验㊀1.1.2　硬度试验1.1.1　拉伸试验㊀1.弹性与刚度2.强度3.塑性1.1.1　拉伸试验㊀图1-1　圆形拉伸试样a)拉伸前　b)拉伸后1.弹性与刚度如图1-2a所示，若加载后的应力不超过σe，则卸载后试样会恢复原状，这种变形被称为弹性变形(elasticdeformation)。σe为材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力，被称为弹性极限(elasticlimit)。2.强度(1)屈服强度(2)抗拉强度(3

2、)断裂强度2.强度图1-2　低碳钢和铸铁的应力-应变曲线a)低碳钢　b)铸铁(1)屈服强度图1-2a中，当应力值到达s点时，曲线上出现了水平的波折线，表明即使外力不增加试样仍能继续伸长，这就是屈服现象。发生屈服所对应的应力值即为屈服强度(yieldstrength)，用σs表示。(2)抗拉强度图1-2a中的b点是拉伸曲线的最高点，对应的应力是材料在破断前所能承受的最大应力，称为抗拉强度(tensilestrength)，用σb表示。(3)断裂强度超过b点后，缩颈处迅速伸长，应力明显下降，在k点处断裂。3.塑性断后伸长率为试样被拉断后，标距部分的残余伸长与原始标距之比的百分率，用δ表示：断面收

3、缩率为试样断裂后，横截面积最大缩减量与原始横截面积之比的百分率，用ψ表1.1.2　硬度试验1.布氏硬度(HBW)2.洛氏硬度(HR)3.维氏硬度(HV)4.其他硬度1.布氏硬度(HBW)图1-3　布氏硬度试验原理示意图2.洛氏硬度(HR)图1-4　洛氏硬度试验原理2.洛氏硬度(HR)表1-1　常用洛氏硬度试验的标尺、试验规范和应用3.维氏硬度(HV)图1-5　维氏硬度试验原理3.维氏硬度(HV)图1-6　维氏硬度应用示意图4.其他硬度(1)努氏硬度(HK)　用于表面淬硬层、渗碳层、镀层等薄层区域的硬度测试。(2)肖氏硬度(HS)　使用手提式设备，可在施工现场测量大型工件的硬度。1.2　材料在

4、动载下的力学性能1.2.1　冲击试验1.2.2　材料的疲劳1.2.1　冲击试验1.摆锤式一次冲击试验㊀2.小能量多次冲击试验1.摆锤式一次冲击试验㊀图1-7　摆锤冲击试验示意图a)试样放置示意图　b)冲击试验机工作示意图1.摆锤式一次冲击试验㊀图1-8　标准冲击试样a)U型缺口试样　b)V型缺口试样1.摆锤式一次冲击试验㊀图1-9　韧脆转变温度曲线2.小能量多次冲击试验图1-10　多次冲击弯曲试验示意图2.小能量多次冲击试验图1-11　A-N曲线1.2.2　材料的疲劳1.交变载荷与疲劳断裂2.疲劳曲线与疲劳强度3.疲劳断裂特点及改进措施1.交变载荷与疲劳断裂图1-12　循环应力示意图2.疲劳

5、曲线与疲劳强度图1-13　金属疲劳曲线3.疲劳断裂特点及改进措施疲劳是低应力循环延时断裂，即有寿命的断裂。这种寿命随应力不同而变化的关系，可用疲劳曲线来说明，即应力高寿命短，应力低则寿命长，当应力低于疲劳极限时，寿命可无限长；疲劳是脆性断裂，由于疲劳的应力水平一般比屈服强度低，不管是韧性材料还是脆性材料，都是脆断，是一个长期累积损伤的过程；疲劳对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感；疲劳断裂也是裂纹萌生和扩展的过程，断口上有明显的疲劳源和疲劳扩展区。1.3　应力强度因子和断裂韧度1.3.1　应力强度因子1.3.2　断裂韧度1.3.1　应力强度因子图1-14　张开型裂纹的应力场1.3.2　断裂

6、韧度从KⅠ的关系式中可见，随着应力σ的增大或裂纹扩展伸长，KⅠ不断增大，当KⅠ增大到某一临界值时，可使裂纹前沿某一区域内的内应力达到材料的断裂强度，从而导致裂纹突然失稳扩展而发生断裂。这个KⅠ的临界值，称为材料的平面应变断裂韧度，用KⅠC表示。材料的KⅠC越高，则裂纹体断裂前能承受的应力值越大，发生失稳扩展的临界裂纹尺寸也越大，表明材料难以断裂，因此KⅠC表征材料抵抗断裂的能力。