第01章 单向静拉伸力学性能分析课件.ppt

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1、第1章单向静拉伸力学性能§1.1应力-应变曲线§1.2弹性变形§1.3塑性变形§1.4金属的断裂1单向静拉伸实验特点:（1）最广泛使用的力学性能检测手段;（2）实验的应力状态、加载速率、试样尺寸、温度等都有国标规定。（3）最基本的力学性能（弹性、塑性、断裂）（4）可测力学性能指标：强度（σ）、塑性（δ、ψ）等。2§1.1应力-应变曲线1.1.1拉伸力—伸长曲线31.1.2应力-应变曲线（σ-ε）σ=F/A；ε=△L/LA、L：分别为试样在试验前的名义面积和标注长度。4如果按拉伸时试样的真实截面积A和真实长度L来

2、计算，则可得到真实应力-应变曲线(S-e)51.1.3几种常见材料的应力-应变曲线67§1.2弹性变形1.2.1弹性变形及其实质1.弹性变形定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫弹性变形。特点：单调、可逆、变形量很小（＜0.5～1.0%）2.弹性的物理本质金属的弹性性质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。81.2.2虎克定律（1）简单应力状态时εy-纵向拉伸应变εx、εz：横向拉伸应变E－弹性模量ν－泊松比σy－拉应力单向拉伸εy=σy/Eεx=εz=－νεy=-νσy/E9剪切和扭转τ=G×γ

3、τ－切应力G－切变模量γ－切应变E、G和ν的关系G=E/{2(1+ν)}10（2）广义虎克定律当应力是两向或是三向时（即复杂应力状态下），应力与应变的关系：ε1＝(1/E)*【σ1-ν(σ2+σ3)】ε2＝(1/E)*【σ2-ν(σ3+σ1)】ε3＝(1/E)*【σ3-ν(σ1+σ2)】σ1、σ2、σ3——主应力，ε1、ε2、ε3——主应变。111.2.3弹性模量E1.弹性模量的物理意义和作用虎克定律分析：应变为一个单位时，E即等于弹性应力，即E是产生100％弹性变形所需的应力。【εy=σy/E】⑴物理意义：材

4、料对弹性变形的抗力。⑵用途：工程上亦称为刚度；计算梁或其他构件挠度时必须用之。重要的力学性能之一。2.影响弹性模量的因素（见表1.1不同材料常温下的E值）⑴金属原子本性和晶体学特性（不同材料、晶格，单晶VS多晶）；⑵溶质原子与其强化；⑶显微组织；⑷温度；⑸加载速率；⑹其他。合金化、热处理（显微组织）、冷塑性变形对E的影响较小。温度、加载速率对其的影响也不大。121.2.4弹性极限、弹性比功（1）比例极限σp（2）弹性极限σe（3）弹性比功αe(弹性比能、应变比能)物理意义：吸收弹性变形功的能力。几何意义：应力-

5、应变曲线上弹性阶段下的面积。αe=(1/2)σe×εe用途：制造弹簧的材料，要求弹性比功大。Note：工程上很难测出σp、σe的准确而唯一的数值。它们与下面将要介绍的屈服极限σs的概念是一致的。131.2.5滞弹性（弹性后效）（1）滞弹性及其影响因素实际金属材料，弹性变形不仅是应力的函数，而且还是时间的函数。⑴滞弹性——在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。⑵影响因素：（a）晶体中的点缺陷；显微组织的不均匀性。（b）切应力越大，影响越大。（c）温度升高，变形量增加。⑶危害：对长期承载

6、的传感器，影响精度。14（2）循环韧性⑴弹性滞后环由于应变滞后于应力，使加载曲线与卸载曲线不重合而形成的闭合曲线，称为弹性滞后环。15物理意义：加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功。或，回线面积为一个循环所消耗的不可逆功。这部分被金属吸收的功，称为内耗。⑵循环韧性若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可得到塑性滞后环。金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫循环韧性。循环韧性又称为消振性。循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来表示循环韧性的大小。⑶循环韧性的应用减振材料（机床床身、缸体等

7、）；乐器要求循环韧性小。16§1.3塑性变形与应变硬化塑性变形定义：外载荷卸去后，不能恢复的变形。塑性：材料受力，应力超过屈服点后，仍能继续变形而不发生断裂的性质（能力）。“δ”-伸长率，“ψ”-断面收缩率。Ifδ≥100%，常称为超塑性。1.3.1金属塑性变形的方式及特点（1）塑性变形的方式滑移最主要的变形机制；孪生重要的变形机制（注：低温形变或快速形变，常发生）；晶界滑动和扩散性蠕变（注：只在高温时才起作用）；形变带（注：滑移和孪生都不能进行的情况下才起作用）。17a.滑移有关概念滑移面：原子最密排面；滑移

8、向：原子最密排方向。滑移系：滑移面和滑移向的组合。滑移系越多，材料的塑性越好。晶体结构的影响较大：fcc＞bcc＞hcp滑移的临界分切应力τ=(P/A)cosφcosλφ—外应力与滑移面法线的夹角；λ—外应力与滑移向的夹角；Ω=cosφcosλ称为取向因子18b.孪生孪晶：外形对称，其变形部分好象由两个相同晶体对接起来的晶体；内部原子排列呈镜面对称于结合面。孪晶可分为自然孪晶和形变孪晶