第二章+材料在其他静载下的力学性能ppt课件.ppt

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1、材料在其他静载下的力学性能化学与化学工程学院帅心涛材料性能学：第二章§2-1应力状态软性系数材料单向静拉伸试验：材料的塑性变形和断裂方式主要与应力状态有关．正应力容易导致脆性的解理断裂切应人容易导致材料的塑性变形和韧性断裂，实际应用：材料变形和断裂方式主要决定于承载条件下的应力状态．不同的应力状态对脆性正断起主要作用的最大正力应力σmax与对塑性变形和韧性断裂起主要作用的最大切应力τmax的相对大小是不一样的．§2-1应力状态软性系数材料力学表明：任何复杂的应力状态都可用3个主应力σ1、σ2和σ3(σ1＞σ2＞σ3)来表示．按照“最大切应力理论”：最大切应力τmax=(σ1-σ3)/2；按照“

2、相当最大正应力理论”：最大正应力σmax=σ1—υ(σ2+σ3)。应力状态软性系数α：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，最大正应力分量越大，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂．§2-1应力状态软性系数典型加载方式的应力状态软性系数α值§2-1应力状态软性系数三向等拉伸：应力状态最硬，因其切应力分量为零。在这种应力状态下，材料最易发生脆性断裂，因此对于塑性较好的金属材料，为了充分揭示其脆性倾向，往往采用应力状态硬的三向不等拉伸试验，防止其仅产生塑性断裂．单向拉伸：正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬，一般适用于塑性变形抗力与切断抗力较低的

3、所谓塑性材料的试验。扭转和压缩：应力状态较软，材料易产生塑性变形，一般适用于在单向拉伸时易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料(如灰铸铁、淬火高碳钢和陶瓷等)．硬度试验：属于三向不等压缩应力状态，应力状态非常软，因此硬度试验可在各种材料上进行．§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能扭转试验一般采用圆柱形试样在扭转试验机上进行．扭转时试样表面的应力状态如图2—1(a)所示，在与试样轴线呈45°方向上承受最大正应力，与试祥轴线平行或垂直方向上承受最大切应力在弹性变形阶段，试祥模截面上的切应力和切应变沿半径方向呈线性分布[图2—l(b)]．当表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保持线性关系，切应

4、力则因塑性变形而呈非线性变化[图2—l(c)]．°§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能扭转图:在扭转试验过程中，根据每一时刻加于试样上的扭矩M和扭转角φ(在试样标距l0上的两个截面问的相对扭转角)绘制成M-φ曲线(图2-2)．°根据扭转图和有关的材料力学公式便可计算出材料的扭转强度、剪切弹性模量和剪切应变等扭转力学性能指标§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能规定非比例扭转应力:指当试件标距部分表面非比例切应变γp达到规定值时，按弹性扭转公式算出的应力，表示为τp，即材料对招转配件变形的抗力．式中，W为试样截面系数，圆柱试样为πd03/16；Mp为扭转曲线上某一点对M轴的正切值较扭转曲线上直线部分O

5、N正切值大50％时该点对应的扭矩，单位为N·m．°§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能扭转屈服强度:表示为τs式中，Ms为残余扭转切应变为0.3%（相当于拉伸残余应变为0.2%）时的扭矩(N·m)。扭转强度极限:表示为τb式中，Mb为试样断裂前的最大扭矩(N·m)。°条件强度极限：上式中的τb是按弹性力学公式计算的，由图2-l(c)可知，由于试样表面层的塑性变形，使其切应力有所降低，这是因为形变强化模数D较弹性模数G小，使应力曲线下降的结果．所以，用上述弹性公式(2-3)计算的τb值与真实情况不符，故称τb为条件强度极限。除了松脆材料外，τb不能代表真实扭转强度极限，只能用作标准试样条件下的相对

6、比较．为了求得真实扭转强度极限，应运用塑性力学理论，按圆柱形试样产生大量塑性变形条件下的扭转真应力来计算§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能真实扭转强度极限tf:式中，Mf为试样断裂时的最大扭矩(N·m)；φf为试样断裂时单位长度上的相对扭转角。°(dM/dφ)f为M-φ扭转曲线上f点处的切线相对于φ轴的夹角的正切值(N·m/rad)，可用图解微分法求出，即根据计算出的各φ及对应的各M值，画出临近断裂部分的M-φ曲线，曲线上Mf处的斜率tanα即为(dM/dφ)f，如图2-3所示§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能当(dM/dφ)f=0:这是在完全理想塑性条件下的

7、表达式。前式中的第二项则代表存在弹性变形和形变强化时应有的校正。剪切弹性模量:表示为GM、φ分别为弹性变形阶段的扭矩和相对扭转角。°§2-2扭转、弯曲与压缩的力学性能扭转相对残余切应变:表示为γf对于塑性材料，因塑性变形很大，弹性切应变可以忽略不计，用上式求出的总切应变可看作残余切应变．对脆性材料和低塑性材料，因塑性变形很小，弹性变形不能忽略，须把从上式中所得的总切应变值减去弹性切应变γp才是残余