工程材料力学性能复习(材科)

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1、xiaoming.help工程材料力学性能复习§1单向静拉伸1.材料力学性能：材料在外加载荷（外力或能量）作用下或载荷与环境因素（温度、介质、加载速率）联合作用下所表现的行为，通常表现为材料的变形和断裂，因此，材料力学性能可以理解为材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。2.影响材料力学性能的外部因素：温度、加载速度、环境介质、应力状态等。3.应力状态软性系数α：最大切应力（τmax）与最大正应力（σmax）的比值。α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形；α越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂。4.弹性变形的特点：可逆性；正比例性；小变形性。5

2、.刚度：在一定的外力作用下，发生弹性变形的难易程度。从微观角度看是原子、离子、分子之间的键合强度的反应。6.影响弹性模量E（刚度）的因素：1)材料本身：◊弹性模量E主要取决于原子本性、晶格类型、晶格常数、原子间作用力大小、熔点、汽化热等；◊合金化（影响很小）：E与固相线走向相同；◊热处理：淬火使E降低，回火可使E增大，位错使原子间作用力降低从而减小E，某些晶体缺陷降低了E;◊冷加工：变形量增大E减小，变形量继续增大E又增大；2)外部因素：温度（T越高，E越小）；加载速率对E无影响。7.比例极限：保持应力应变线性关系的最大应力；弹性极限：由弹性转变为弹塑性时的应力；弹性极限和比例极限表征

3、材料对微量塑性变形的抗力；ơ2?8.弹性比功：材料单位体积吸收最大弹性变形的功α=，表征材料吸收弹性变形功的能2?力；金属拉伸时的弹性比功等于应力应变曲线上弹性变形阶段所对用的面积，对于一般金属材料提高弹性比功只能用提高弹性极限的方式（采用中高碳钢，用SiMn合金化；淬火+中温回火得到回火马氏体；冷加工等）实现。ơ2?9.弹性后效（滞弹性）：▪定义：应变落后于应力，且与时间有关的弹性变形。滞弹性的存在使加载线与卸载线不会重合。▪滞弹性的机理（α-Fe）:应力感生有序。未加载时C无序分布，加载时C原子向拉力方向扩散（由无序通过加载扩散达到有序状态）以达到低能稳定状态。▪滞弹性的工程应用：

4、潜艇（要求弹性后效很高）、弹簧（要求弹性后效很低）。▪弹性后效的影响因素：主要取决于材料的本性（点阵结构对称，畸变越均匀，滞弹性越低）；温度（温度升高滞弹性降低）；应力状态（软性系数大，滞弹性低）；▪消除滞弹性的方法：长时间退火。10.包申格效应▪定义：一定预变性之后，再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限和屈服极限）增大，反向加载规定残余伸长应力（弹性极限和屈服极限）减小的现象，称为包申格效应。▪机理：1）单晶：背应力理论（位错塞积）：预应力作用导致位错塞积，反向加载容易（阻力具有方向性），位错总是停在位错阻碍最密集处，反向加载位错易移动；2)多晶：内应力理论：预变性过程中，某些晶粒

5、发生塑性变形，有些发生弹性变形，在预变形后，不施加外力已存在内应力。▪工程应用：薄板反向压制成形；拉拔钢管压制校直xiaoming.help▪消除：去应力退火；预先较大的塑性变形11.屈服：1)屈服强度：起始宏观塑性变形的抗力。物理屈服ơ?=??/?0；机械屈服：规定残余伸长量所对应的应力，通常残余伸长量取0.2%。针对上下屈服点的基本原则：屈服前的第一个峰值应力称为上屈服点；出现多个谷值时，舍弃第一个，取后面的最小值，该值就为下屈服点；若出现平台，平台应力为下屈服点，较多平台，取最低平台应力为下屈服点；上屈服点应力大于下屈服点应力。2)物理屈服现象：①对材料具有选择性②有上下屈服点和

6、屈服平台③具有时效性（屈服具有重现性）应变时效：将预变性（超过屈服点发生少量塑性变形）式样，在常温下放置几天或经200摄氏度左右短时加热后再拉伸，屈服现象重现，且屈服应力进一步提高。3）屈服理论：（1）原子气团理论：间隙原子聚集在位错周围→钉扎位错→达到上屈服点应力→脱钉→下屈服点（2）位错增值理论：应变速率ὲ=bρvb位柏氏矢量的模，ρ为可动位错的密度，v为位错τḿ运动平均速率；v=()τ为沿滑移面上的切应力,m为位错运动速率应力敏感指数，τ0为位τ0错开动所需的切应力；（3）形变强化理论（强化一般指的是强化屈服强度）:形变强化小才可能发生屈服。4）影响屈服强度的因素（提高屈服强度的

7、根本途径是影响位错运动）(1)纯金属单晶（无合金元素、无晶界）：①点阵阻力（晶格阻力）：派纳力P-Nτ=2Ge^(−2πа)P−N1−VƄ(1−V)a:滑移面间距，b:滑移方向原子间距（柏氏矢量的模）；1/2②位错间的交互作用力τ=αGbρ同一滑移面，同号位错相斥，异号位错相吸；不同滑移面，位错发生交割作用。τ=τ+αGbρ1/2=τ+Aρ1/2iP−NP−N（2）纯金属多晶Hall-petch公式:τ=τ+Kd−1/2;σ=σ+Kd−1/2S