工程材料力学性能第二章ppt课件.ppt

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1、第一节应力状态软性系数第二节压缩、弯曲、扭转性能第三节缺口试样静载荷试验第四节硬度第二章金属在其它静载荷下的力学性能第二章前言研究金属材料常温静载荷下的力学性能选用压缩、弯曲、扭转试验方法。目的：①测定机件或工具的材料在相应承载条件下的力学性能指标作为设计选材依据；②选用不同应力状态的试验方法便于研究材料相应力学性能的变化。第二章第一节应力状态软性系数同一种金属材料，在一定承载条件下产生何种失效形式，除与自身强度大小有关外，还与承载条件下的应力状态有关。不同的应力状态，其最大正应力σmax与最大

2、切应力τmax的相对大小是不一样的。因此，对金属变形和断裂性质将产生不同影响。为此，我们必须知道不同静加载方式下试样中τmax和σmax的计算方法及其相对大小的表示方法。由材料力学可知，任何复杂应力状态均可用三个主力σ1、σ2和σ3（σ1>σ2>σ3）来表示。根据这三个主应力，由最大切应力理论计算最大切应力：τmax=(σ1－σ3)/2；由相当最大正应力理论计算最大正应力：σmax＝σ1－ν（σ2＋σ3）。第二章应力状态软性系数——τmax和σmax的比值表示它们的相对大小，记为α对于金属材料：

3、ν取0.25，则单向拉伸时的应力状态只有σ1，σ2＝σ3＝0，因此α＝0.5α↑→τmax↑→应力状态越软，金属越易产生塑性变形和韧性断裂。第二章应力状态软性系数单向静拉伸的应力状态较硬，一般适用于塑性变形抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。对于塑性较好的金属材料，则常采用三向不等拉伸的加载方法，使之在更“硬”的应力状态下显示其脆性倾向。第二章第二节压缩、弯曲、扭转性能一、压缩试验1、压缩试验的特点：应力状态软性系数α＝2，应力状态较软，材料易产生塑性变形。主要测定拉伸时呈脆性的金属材料在塑性

4、状态下的力学行为。拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。脆性材料在压缩时除能产生一定的塑性变形外，常沿与轴线45°方向产生断裂，具有切断特征。软钢:易压缩成腰鼓状、扁饼状。铸铁:拉伸时断口为正断；压缩时沿45o方向切断。因此,塑性变形小的材料，或者使用工况为压缩状的材料，应采用压缩实验。第二章2、压缩试验压缩试验用的试样其横截面为圆形或正方形，试样长度L一般为直径或边长的2.5－3.5倍。金属的单向压缩试验按GB/T7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》进行。3、主要

5、性能指标：1、规定非比例压缩应力σpc2、抗压强度σbc试样压至破坏过程中的最大应力。如果试验时金属材料产生屈服现象，还可测定压缩屈服点σsc.第二章第二章为了减小试样在压缩过程呈腰鼓状的趋势，试样的两端需加工成具有α角度的凹圆锥面，以便使试样能均匀变形。第二章二、弯曲试验1、弯曲试验的特点1）弯曲试验的试样形状简单，操作方便。2）弯曲试验时不存在试样偏斜对试验结果的影响，可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。3）弯曲试验时，试样的表面应力最大，可较灵敏地反映材料的表面缺陷。2、弯曲试验的应用1）常

6、用于测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。2）常用来比较和鉴定渗碳层和表面淬火层等化学热处理及表面热处理机件的质量和性能。第二章弯曲试验第二章3、弯曲试验原理试样在弹性范围内弯曲时，受拉侧表面的最大弯曲应力：M－最大弯矩：(三点弯曲M=FLS/4四点弯曲M=Fl/2)W－试样的抗弯截面系数：圆形试样矩形试样第二章4、弯曲试验力学性能指标金属抗弯试验方法按GB/T232-1999《金属材料弯曲试验方法》进行。1）规定非比例弯曲应力σpb试样弯曲时，外侧表面上

7、的非比例弯曲应变εpb达到规定值时，按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力。例如：σpb0.01或σpb0.2三点弯曲：四点弯曲：n－挠度放大系数Y－圆形试样的半径或矩形试样的半高2）抗弯强度σbb根据试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力，按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力，称为抗弯强度。3）其它力学性能指标弯曲弹性模量、断裂挠度fbb、断裂能量U。第二章弯曲力－挠度曲线第二章三、扭转试验金属扭转试验按GB10128-88《金属扭转试验方法》进行。主要采用直径d0＝10mm、标距长度L0为50mm或

8、100mm的圆柱形试样。1、扭转试验的特点1）扭转的应力状态软性系数α＝0.8，比拉伸大，易显示金属的塑性行为。2）圆形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现象。所以能反映高塑性材料直至断裂前的变形能力和强度。3）能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。4）扭转试验是测定大部分材料切断强度最可靠的方法。2、扭转试验的应用1）高温扭转试验可用来研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，确定工艺参数；2）可利用扭转试验研究或检验工件热处理的表面质量和表面强化工艺的效果；3）根据