材料力学性能(第二章)ppt课件.ppt

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1、第二章金属在其它静加载下的力学性能其它静加载：压缩、弯曲、扭转和缺口静拉伸、硬度试验。研究目的：工件承受这些负荷；在不同应力状态下研究力学性能。§2-1应力状态软性系数1、加载方式对变形的影响(1)正应力易导致裂纹扩展发生脆性断裂，切应力易导致塑性变形发生韧性断裂。(2)不同加载方式的应力状态不同，即σmax和τmax的相对大小不同。(3)金属材料在一定载荷条件下产生何种断裂形式，不仅与自身强度有关，还与加载方式（应力状态）有关。2、应力状态软性系数(α)(1)定义：最大切应力与最大正应力之比。(2)α

2、值越大的试验方法,τmax就越大。如压缩等,易产生塑性变形和韧性断裂，表示应力状态越“软”，可用于测量脆性材料在静拉伸下不能测量的塑性。(3)α值越小的试验方法，σmax就越大。如单向拉伸等,易产生断裂，表示应力状态越“硬”，可用于测量韧性材料。§2-2压缩、弯曲和扭转一、压缩1、特点(1)单向压缩的α＝2，易发生塑性变形。(2)拉伸时的脆性材料，压缩时能产生一定的塑性，并沿与轴线呈45°角产生断裂，具有切断特征。(3)塑性好的材料通常不采用压缩试验。(4)由于裂纹等缺陷对压缩载荷不敏感，所以抗压强度一

3、般要高于抗拉强度，在铸铁等脆性材料中表现得非常明显。2、压缩试验(1)抗压强度：σbc=Pbc/A0(2)相对压缩率：εc=(h0-hf)/h0×100%(3)相对断面扩张率：φfc=(Af-A0)/A0×100%P：载荷；A：试样截面积；h：试样高度；下脚标：c：压缩；0：初始值；f：断裂值。二、弯曲1、特点内部应力与单向拉伸和压缩一样，但应力分布不均匀，表面最大，中心为零，且应力方向发生变化，力学行为与单向拉伸和压缩不同。(1)弯曲弹性模量是拉伸和压缩弹性模量的复合结果。(2)弯曲时不显示拉伸和压缩

4、时产生的屈服现象。2、用途(1)评定铸铁、工具钢及硬质合金等脆性和低塑性材料的力学性能。①不受试样倾斜的影响，可以稳定地测定抗弯强度。②用挠度表示塑性，能明显地显示塑性差别。(2)截面内应力分布不平衡，表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷，常用于比较和鉴别渗碳和表面淬火等工件的质量和性能。3、弯曲试验(1)抗弯强度σbb=Mbb/WMbb：最大弯矩；W：试样抗弯截面系数。(2)断裂挠度fbb。三、扭转1、扭转试验2、特点(1)扭转的应力状态软性系数为0.8，易于显示塑性行为。(2)圆柱试样扭转时没有

5、颈缩现象，能实现大塑性变形量下的试验。(3)可敏感反映表面缺陷及表面硬化层性能。(4)可根据试样的宏观断口特征，判断承受扭矩而断裂的工件性能。①正断：塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，断口平整，有回旋状塑性变形痕迹，是切应力造成的切断。②切断：脆性材料的断裂面与试样轴线成45o角，呈螺旋状，是正应力造成的正断。③木纹状断口：断裂面顺着试样轴线形成纵向剥层或裂纹，是金属中存在较多的非金属夹杂物或偏析，并在轧制过程中沿轴向分布造成的。3、扭转试验(1)切变模量G=32△TL0/π△φd04(2)扭转屈服点τs

6、=Ts/WT:扭矩；W：试样抗扭截面系数。(3)扭转强度τb=Tb/W§2-3缺口试样静载荷试验一、缺口效应缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生变化。1、缺口顶端引起应力集中。设一薄板的边缘开有缺口，并承受拉应力的作用。当板材处于弹性范围内，其缺口截面上的应力分布如图。轴向应力在缺口根部最大，随着离开根部距离的增大，应力不断下降。理论应力集中系数Kt：表示缺口引起的应力集中程度。Kt只取决于缺口的几何形状，以根部曲率半径影响最大，缺口越尖锐，应力越大。2、近缺口顶端区产生两

7、向应力状态（薄板）或三向应力状态（厚板）。(1)自缺口根部向内侧，横向拉应力由零逐渐增大，达到一定数值后逐渐减小，薄板缺口内侧是两向拉伸的平面应力状态。(2)厚板由于在板厚方向的收缩变形受到约束，也存在拉应力，厚板缺口内侧是三向拉伸是平面应力状态。（σy＞σx＞σz）3、脆性材料和低塑性材料进行缺口试样拉伸时，往往由弹性变形过度到断裂，且其抗拉强度比光滑试样低。此时应力状态软性系数α＜0.5，很难通过缺口根部塑性变形使应力重新分布，往往发生断裂。由于断裂是在试样缺口根部的最大纵向应力作用下产生的，其抗拉

8、强度必然低于光滑试样。4、缺口使塑性材料强度增加，塑性降低。(1)塑性好的材料，若缺口根部产生塑性变形，应力将重新分布，并随载荷的增加塑性区逐渐加大，直至整个截面都产生塑性变形。三向应力状态下屈服条件为：σy－σx＝σs①缺口根部σx=0，外加载荷增大时，缺口根部首先发生屈服。②缺口内侧σx≠0，必须增加σy才能产生屈服。如果不断增加σy，塑性变形将自表面向心部扩展。(2)缺口强化：塑性较好的材料，由于缺口的存在，出现了三向应力状态，并产生