材料力学性能06.ppt

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1、材料力学性能哈尔滨工业大学材料学院朱景川4.布氏硬度试验的关键注意事项？有何局限？硬度部分思考题：3.洛氏硬度试验方法的设计思路？主要特点与用途？5.为何硬度值与抗拉强度之间有一定关系？6.纳米压痕与普通硬度试验的区别？7.如何预测材料的硬度？1.硬度的物理意义与工程意义？2.维氏硬度试验基本原理？与布氏硬度有何关系？S2-1弹性变形及其物理本质第二章材料变形行为1.弹性变形特点(1)可逆性；(2)一般为线弹性；(3)弹性应变较小。2.弹性变形的宏观描述—胡克定律σεOτγO3.弹性变形的微观本质双原子模型弹性变形物理本质：原子键合几何参数随外力的可逆变化。弹性模量的物理本质：反映原

2、子间结合能的大小。引力斥力4.弹性性质的各向异性及其张量表达A=2(S11−S12)/S44晶体弹性模量的各向异性Hooke定律的张量表示Cijkl:弹性系数（刚度）stiffnesssijkl:顺服系数（柔度）compliance各向异性弹性性质的张量表达C=s-1MN对称各向异性弹性张量正交各向异性弹性张量有三个互相正交的材料对称面例如正交晶系需要9个独立的弹性常数，立方晶系弹性张量11=22=33，44=55=66，12=23=31(其余各项为0)只有3个独立分量C11,C12,C44室温下几种立方晶体的绝热弹性模量各向同性弹性张量各向同性体弹性系数退化为3个(C11、C12、

3、C44)其中只有两个独立的弹性系数！(1)杨氏模量E：E=/(2)切变模量G：G=/(3)泊松比：(4)体模量K：S2-2广义胡克定律与工程弹性常数1.工程弹性常数弹性张量与工程弹性常数的关系(各向同性体)各向同性体只有两个独立的弹性常数：一般表达式(用张量表达)2.广义胡克定律只有均匀材料，Cmn=Cnm为常数。{σ}=[C]{ε}Cij:弹性或刚度系数[C]:刚度矩阵{ε}=[S]{σ}广义胡克定律的另一种张量表达式Sij:柔度系数[S]:柔度矩阵[S]=[C]-1,[S]、[C]互为逆矩阵弹性张量[C](或[S])反映了材料的各向异性性质。在各向异性材料中存在拉剪耦合

4、效应：正应力不仅引起正应变也会引起剪应变；剪应力不仅引起剪应变也会引起正应变；广义胡克定律的工程表示(各向同性线弹性体)主应力主应变表达复杂应力状态各向同性线弹性体的广义胡克定律拉伸扭转(1)(2)(3)按照体积不变定律当故(4)依照广义虎克定律又故知例：拉伸与扭转应力应变特点对比反映材料性质的应力、应力变化率等和应变、应变速率等之间的关系称为本构关系或本构方程。材料本构关系(本构方程)材料线弹性本构关系——广义胡克定律仅在小变形情况下适用材料弹塑性本构关系？{σ}=[C]{ε}{ε}=[S]{σ}3.弹性常数的工程意义(1)构件稳定性与刚度弹性模量是决定构件刚度的重要因素。强度设计

5、：不发生塑性变形。刚度设计：限制弹性变形。比弹性模量：E/(2)弹性与弹性比功ae注意：弹性与刚度的区别！(1)原子种类与键合方式一般来说，在构成材料聚集状态的4种键合方式中，共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数，分子键弹性模数低。无机非金属材料大多由共价键或离子键以及两种键合方式共同作用而成，因而有较高的弹性模数。金属及其合金为金属键结合，也有较高的弹性模数。高分子聚合物的分子之间为分子键结合，因而高分子聚合物的弹性模数亦较低。4.影响弹性模量的因素(2)晶体结构单晶体材料的弹性模数在不同晶体学方向上呈各向异性，即沿原子排列最密的晶向上弹性模数较大，反之则小。多晶体材料的弹性

6、模数为各晶粒的统计平均值，表现为各向同性，但这种各向同性称为伪各向同性。非晶态材料，如非晶态金属、玻璃等，弹性模量是各向同性的。(3)合金元素材料化学成分的变化可引起原子间距或键合方式的变化，因此也能影响材料的弹性模数。与纯金属相比，合金的弹性模数将随组成元素的质量分数(ω)、晶体结构和组织状态的变化而变化。固溶体合金的弹性模数主要取决于溶剂元素的性质和晶体结构。随着溶质元素质量分数的增加，虽然固溶体的弹性模数发生改变，但在溶解度较小的情况下一般变化不大，例如碳钢与合金钢的弹性模数相差不超过5％。在两相合金中，弹性模数的变化比较复杂，它与合金成分，第二相的性质、数量、尺寸及分布状态有

7、关．例如在铝中加入Ni(ω＝15％)、Si(ω＝13％)，形成具有较高弹性模数的金属间化合物，使弹性模数由纯铝的约6.5×104MPa增高到9.38×l04MPa。(4)微观组织金属材料弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标。工程陶瓷弹性模量具有组织敏感性，与构成陶瓷各相的种类、尺度、分布、体积分数及气孔率有关。气孔率对陶瓷的弹性模数的影响大致可用下式表示：式中：E0为无气孔时的弹性模数；p为气孔率。可见：随着气孔率的增加，陶瓷的E值下降。高分子聚合物的弹