材料的力学性能2概要教学文稿.ppt

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1、材料的力学性能2概要2.1材料的弹性变形RAL弹性变形的基本特点材料的弹性变形是指材料在外力作用下发生一定量的变形，当外力去除后，材料能够恢复原来形状的变形。可逆性单值性正弹性应变-由正应力引起；切弹性应变-由切应力引起变形量小：0.5%-1%2.1材料的弹性变形RAL弹性变形的物理本质起源于晶体点阵中原子间的相互作用原子间势能曲线在r0处势能最低，处于稳定状态。当外力作用迫使两原子靠近(rr0)时，必须分别克服相应的斥力或引力，才能使原子N2达到新的平衡位置，产生原子间距变化，即所谓的变形。当外力去除后，因原子间力的作用，原于又回到原来平衡位置(r=r

2、0)，即恢复变形。这就是弹性变形的物理过程，也是弹性变形具有可逆性特点的原因。2.1材料的弹性变形RAL胡克定律简单应力状态下的胡克定律单向拉伸E,G,υ之间关系剪切和扭转2.1材料的弹性变形RAL胡克定律广义胡克定律RAL弹性模量的意义表明材料抵抗弹性变形的能力-代表了材料的刚度；单晶体材料-弹性上存在各向异性（原子间距较小的晶体学方向弹性模量较大）；多晶体材料-（基本上）各向同性。2.2弹性模量及其影响因素对于按照刚度要求设计的构件，应选用弹性模量值高的材料。因为用弹性模量高的材料制成的构件受到外力作用时，保持其固有尺寸和形状的能力强，即构件的刚度高。RAL工程应用1）

3、计算梁和构件的挠度，以及为了防止机器零件产生过量塑性变形，需要知道材料的弹性模量.2）轧机的刚度设计轧机工作机座抵抗纵向弹性变形的能力大小称为轧机纵向刚度，简称“轧机刚度”。轧机刚度是表示一台轧机结构性能的重要参数，它反映一台轧机所能获得轧制精度的一个重要指标。影响因素：①机架的变形(立柱拉伸，上、下横梁的弯曲)；②轧辊的压扁；③轧辊的弯曲；④压下螺丝的压缩；⑤轴承部分的变形；⑥其它接触部位的变形。其中，辊系的弹性变形量最大，占总变形的40～70％，压下螺丝弹性变形量占总变形量的4～20％，机架的弹性变形量占总变形量的lO～l6％。2.2弹性模量及其影响因素RAL3）高强车

4、轮钢研究开发及应用2.2弹性模量及其影响因素用节约型钢材替代原车轮钢-厚度由14mm→11.5mm-重量由47.5kg→37.5kg－节材～20%FEM模拟计算结果：－最大弹性变形相差～0.005mm，－安全强度储备为1-250/450=44%疲劳寿命>50万次,全面用户满足要求美国用户SMI公司提供的检验报告减重后应力应变的有限元分析结果解决了山东龙口车轮厂因超重出口受阻的问题，产品成功进入美国市场；目前国内已推广多家车轮厂。2.2弹性模量及其影响因素弹性模量的影响因素－主要取决于材料的本性与晶格类型和原子间距密切相关室温下，金属弹性模量E是原子序数的周期函数。同一周期的

5、元素，如Na，Mg，Al，Si等，E值随原子序数增加而增大，这与元素价电子增多及原于半径减小有关。同族的元素，如Be，Mg，Ca，Sr，Ba等，E值随原于序数增加而减小，这与原子半径增大有关。但对于过渡金属来说，并不适用，由图可知，过渡族金属的弹性模量最高，可能和它们的d层电子未被填满而引起的原子间结合力增大有关。常用的过渡族金属，如Fe，Ni，Mo，W，Mn，Co等，其弹性模量都很大，显然，这也是这些金属被广泛应用的原因之一。RAL2.2弹性模量及其影响因素弹性模量的影响因素－化学成分合金中固溶溶质元素虽然可以改变合金的晶格常数，但对于常用钢铁合金来说，合金化对其晶格常数

6、改变不大，因而对弹性模量影响很小。－热处理改变组织的强化工艺，但对弹性模量值影响不大。－冷塑性变形使E值稍有降低，一般降低4%～6%，但当变形量很大时，因形变织构而使其出现各向异性，沿变形方向E值最大。－温度对于钢铁材料来说，每加热100℃，其弹性模量E值就下降3%～5%。但在-50～50℃范围内，钢的E值变化不大，可以不考虑温度的影响。－加载速度对弹性模量也没有大的影响。RAL对组织不敏感的参数弹性比功又被称为弹性应变能密度，指材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。弹性：材料弹性变形的能力；刚度：材料弹性变形抗力一种是汽车没有满载，弹簧变形已达到最大，卸载后，弹簧完全恢

7、复到原来的状态，这是由于弹簧刚度不足造成的。由于弹性模量是对成分、组织不敏感的性能，因此，解决这一问题，要从加大弹簧尺寸和改进弹簧结构着手。另一种情况是弹簧使用一段时间后，发现弹簧的弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是弹簧的弹性不足，是由于材料的弹性极限低造成的。可以利用改变材料、对材料进行热处理等手段，从而提高钢的弹性极限的办法来解决。2.2弹性模量及其影响因素RAL包辛格（Bauschinger）效应320240160800－80－320－240－160240MPa176MPa287MPa85MPa初始拉伸初始