材料力学材料性质
工程力学试题库-材料力学
材料力学基本知识复习要点1.材料力学的任务材料力学的主要任务就是在满足刚度、强度和稳定性的基础上，以最经济的代价，为构件确定合理的截面形状和尺寸，选择合适的材料，为合理设计构件提供必要的理论基础和计算方法。
2.变形固体及其基本假设连续性假设：认为组成物体的物质密实地充满物体所在的空间，毫无空隙。
均匀性假设：认为物体内各处的力学性能完全相同。
各向同性假设：认为组成物体的材料沿各方向的力学性质完全相同。
小变形假设：认为构件在荷载作用下的变形与构件原始尺寸相比非常小。
3.外力与内力的概念外力：施加在结构上的外部荷载及支座反力。
内力：在外力作用下，构件内部各质点间相互作用力的改变量，即附加相互作用力。
内力成对出现，等值、反向，分别作用在构件的两部分上。
4.应力、正应力与切应力应力：截面上任一点内力的集度。
正应力：垂直于截面的应力分量。
切应力：和截面相切的应力分量。
5.截面法分二留一，内力代替。
可概括为四个字：截、弃、代、平。
即：欲求某点处内力，假想用截面把构件截开为两部分，保留其中一部分，舍弃另一部分，用内力代替弃去部分对保留部分的作用力，并进行受力平衡分析，求出内力。
6.变形与线应变切应变变形：变形固体形状的改变。
线应变：单位长度的伸缩量。
练习题一.单选题1、工程构件要正常安全的工作，必须满足一定的条件。
下列除（）项，其他各项是必须满足的条件。
A、强度条件B、刚度条件C、稳定性条件D、硬度条件2、物体受力作用而发生变形，当外力去掉后又能恢复原来形状和尺寸的性质称为（）A．弹性B．塑性C．刚性D．稳定性3、结构的超静定次数等于（）。
A．未知力的数目B．未知力数目与独立平衡方程数目的差数C．支座反力的数目D．支座反力数目与独立平衡方程数目的差数4、各向同性假设认为，材料内部各点的（）是相同的。
A.力学性质B.外力C.变形D.位移5、根据小变形条件，可以认为（）A.构件不变形B.结构不变形C.构件仅发生弹性变形D.构件变形远小于其原始尺寸6、构件的强度、刚度和稳定性（）A.只与材料的力学性质有关B.只与构件的形状尺寸有关C.与二者都有关D.与二者都无关7、在下列各工程材料中，（）不可应用各向同性假设。
材料力学性质的第一性原理计算研究
材料力学性质的第一性原理计算研究第一性原理计算是现代材料科学研究中重要的工具之一。
通过基于量子力学的第一性原理计算方法，可以预测材料的各种性质。
在材料科学的发展中，探索并理解材料的力学性质一直是一个关键问题。
本文将以第一性原理计算为基础，深入研究材料力学性质的预测和分析。
首先，我们来了解一下第一性原理计算的基本原理。
第一性原理计算方法是基于薛定谔方程和密度泛函理论的计算方法，能够计算出材料的电子结构、能带结构、晶格常数等基本性质。
在这个基础上，可以进一步计算材料的弹性性质、断裂强度、塑性形变等力学性质。
通过计算材料的原子结构和晶体缺陷，可以预测力学性能的变化规律，为材料设计和优化提供理论指导。
接下来，我们将通过具体的案例来说明第一性原理计算在材料力学性质研究中的应用。
以金属材料为例，我们可以通过第一性原理计算方法研究材料的弹性性质。
首先，需要计算金属的晶体结构和原子排列。
然后，通过计算材料的局部应变和应力，可以得到金属的弹性常数。
这些弹性常数包括剪切模量、杨氏模量等，可以描述金属在外力作用下的变形特性。
另外，我们还可以通过第一性原理计算来研究材料的断裂性质。
断裂是材料损伤和失效的重要原因之一。
通过计算材料的断裂表面能量和断裂韧性等参数，可以预测材料的断裂强度和断裂模式。
这对于材料的设计和改良具有重要的指导意义。
例如，在薄膜材料领域，第一性原理计算可以用来研究薄膜的断裂行为，为薄膜的应用和制备提供理论依据。
除了弹性性质和断裂性质，第一性原理计算还可以用于研究材料的塑性形变和变形机制。
材料的塑性形变是材料经历应力后产生永久形变的过程。
通过计算材料中的晶体缺陷如位错和空位，可以模拟材料的塑性变形。
通过分析位错的运动和材料的能量变化，可以揭示材料塑性形变和变形机制的微观本质。
这对于提高材料的塑性变形能力和改善材料的塑性加工性能具有重要意义。
最后，我们可以看到第一性原理计算在研究材料力学性质中的潜力和应用前景。
材料力学性能名词解释部分
力学性能指标及定义：脆性材料：弹性变形，然后断裂塑性材料：弹性变形，塑性变形低塑性变形材料：无颈缩高塑性材料：有颈缩弹性：是材料的可逆变形。
本质：晶体点阵内的原子具有抵抗相互分开、接近或剪切移动的性质。
弹性模量Ε：表明材料对弹性形变的抗力，代表了材料的刚度。
（斜率）弹性极限ζe：材料发生最大弹性形变时的应力值。
弹性比功W e：材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。
W e=1/2ζeεe=εe2/2Ε(面积)普弹形变（高分子）：应力与应变的关系符合胡克定律，变形由分子链内部键长和键角发生变化产生。
高弹形变（高分子）：分子链在外力作用下，原先卷曲的链沿受力方向逐渐伸展产生，伸展长度与应力不成线性关系。
弹性的不完整性：应变滞后于应力。
本质：组织的不均匀性，使材料受应力作用时各晶粒的应变不均匀或应变明显受时间的影响。
弹性后效：加载时应变落后于应力而和时间有关的现象称为正弹性后效；反之，卸载时应变落后于应力的现象称为反弹性后效。
弹性滞后：由于正反弹性后效使得应力-应变得到的封闭回线内耗：加载时消耗于材料的的变形功大于卸载时材料所放出的变形功，因而有部分变形功被材料所吸收，这被吸收的功为内耗。
（例子：①音响效果好的元件要求内耗小such as音叉、琴弦等②机件在运转时常伴有振动，需要良好的消振材料such as灰口铸铁）包申格效应：金属材料预先经少量塑性变形后再同向加载，弹性极限升高，反之降低的现象。
与位错运动所受阻力有关。
（例子：高速运转部件预先进行高速离心处理，有利于提高材料的抗变形能力。
）超弹性材料：材料在外力作用下产生远大于其弹性极限时的应变量，外力去除自动恢复其变形的现象。
脆性：弹性极限前断裂（断裂前不产生塑性变形的性质）韧性：断裂前单位体积材料所吸收的变性能和断裂能，即外力所作的功①弹性变形能②塑性变形能③断裂能塑性：材料在断裂前发生的永久型变形（不可逆变形）塑性变形：位错在外力的作用下发生滑移和孪生。
材料力学性能
材料力学性能材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括材料的强度、韧性、硬度、塑性等。
这些性能直接影响着材料在工程领域的应用，因此对材料力学性能的研究和评价显得尤为重要。
首先，强度是材料力学性能中的重要指标之一。
材料的强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等来表示。
不同材料的强度差异很大，例如金属材料的强度通常较高，而塑料和橡胶等材料的强度相对较低。
材料的强度直接影响着材料在工程中的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是衡量材料抵抗断裂的能力。
韧性高的材料在受到外力作用时能够延展变形而不易断裂，这对于一些需要承受冲击或振动载荷的工程结构来说尤为重要。
例如，航空航天领域对材料的韧性要求较高，以确保飞行器在受到外部冲击时能够保持结构完整。
此外，硬度是材料力学性能中的重要参数之一。
材料的硬度是指材料抵抗划痕和压痕的能力，通常用洛氏硬度、巴氏硬度等来表示。
硬度高的材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，适用于一些对材料表面要求较高的工程领域，例如汽车制造、船舶建造等。
最后，塑性是材料力学性能中的重要特性之一。
材料的塑性是指材料在受到外力作用时能够发生塑性变形而不断裂，这对于一些需要进行成形加工的工程材料来说尤为重要。
例如，金属材料的塑性使其能够通过锻造、轧制等工艺进行成形，从而制备出各种复杂的零部件。
综上所述，材料力学性能是材料工程领域中的重要研究内容，不同的材料力学性能对材料的应用具有重要的影响。
因此，对材料力学性能的研究和评价具有重要的意义，可以为工程领域的材料选择和设计提供重要的参考依据。
材料力学性能
24ΔK:材料的疲劳裂纹扩展速率不仅与应力水平有关，而且与当时的裂纹尺寸有关。ΔK是由应力范围Δσ和a复合为应力强度因子范围，ΔK=Kmax-Kmin=Yσmax√a-Yσmin√a=YΔσ√a. p105/p120
答：当 增加到某一临界值时， 能克服裂纹失稳扩展的阻力，则裂纹失稳扩展断裂。将 的临界值记作 ，称断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量，其单位与 相同。
Ｊ判据和 判据一样都是裂纹开始扩展的裂纹判据，而不是裂纹失稳扩展的裂纹判据。P91/P104
3、试述低应力脆断的原因及防止方法。
4弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。实质是产生100%弹性变形所需的应力。
5滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
6内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
7韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，当温度降低时，位错运动阻力增大，原子热激活能力下降，因此材料屈服强度增加。影响材料低温脆性的因素有:1．晶体结构：对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差。
2．化学成分：能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高。3．显微组织：①晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。因为晶界是裂纹扩展的阻力，晶粒细小，晶界总面积增加，晶界处塞积的位错数减 少，有利于降低应力集中；
材料力学-材料的机械性质
冷却水循环管道 试件
加热炉
热偶测温数据采集系统
热偶测测温温仪数据采集系统
加载控制器
P
L0
P
拉伸图：P ~ ΔL 曲线 绝对量，与试件尺寸有关
σ
s P /A0
e ΔL / L0
应力－应变曲线： s ~ e 曲线
相对量，仅与材料相关
P
ΔL
ε
一、低碳钢拉伸时的力学性能
塑性材料的加载(loading)过程
e e pe
ee
韧性指标:
延伸率 (Percent elongation)
L1L100%
L
截面收缩率(Percent reduction in area)
AA1100%
A
L1
A1
与 表征材料破坏后的塑性变形程度。
塑性材料 脆性材料
>5% <5%
“名义屈服应力”σ0.2
有些塑性材料(如:铝合金)没有明显的屈服平台。 由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。
木材
脆性和塑性的区别：
•塑性材料断裂前有很大的塑性变形，脆性材料则很小；因此， 塑性材料适用于需要进行锻压、冷加工等加工过程的构件或 承受冲击载荷的构件。 •脆性材料的抗压能力远大于抗拉能力，且其价格便宜；因此 适用于受压构件，比如建筑物的基础、机器的基座、外壳等， 而不适用于受拉的构件。 •塑性材料的抗压和抗拉能力相近，可用于受拉的构件。
为E),
与σ－ε曲线相交点对应的应力即为σ0.2 .
二、脆性材料的拉伸性能
特点： 无屈服过程 无塑性变形(或塑性变形极小) 无塑性指标
σb是衡量脆性材料强度的唯一指标。
三、材料的压缩性能
试件： 金属材料－短圆柱 混凝土、石料－立方体
材料力学性质
a. 低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此 时，应力与应变的比值为一常数。随着外力增大至 超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性变形。
典型的弹塑性材料
b. 混凝土，在他受力一开始，弹性变形和 塑性变形就同时发生，除去外力后，弹性变形 可以恢复（消失），而塑性变形不能消失，这 种变形称为弹塑性变形，其应力应变如图1-7所 示，具有这种变形特征的材料叫做弹塑性材料。
硬度较大的材料，强度也较高，有些材料硬 度与强度之间有较好的相互关系。
测定硬度的方法简单，而且不破坏被测材料， 所以有些材料可以通过测定硬度来推算其强 度。如在测定混凝土结构强度时，可用回弹 硬度来推算其强度的近似值。
(三)磨损及磨耗
1、磨损：材料受摩擦作用而减少质量和体积 的现象称为磨损。
2、磨耗：材料同时受摩擦和冲击作用而减少 质量和体积的现象称为磨耗。
3、地面、路面等经常受摩擦的部位要求材料 有较好的抗磨性能。
4、硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密 的材料，抗磨性较好。
பைடு நூலகம்
4、研究材料强度等级的意义
针对不同种类的材料具有抵抗不同形式力的作 用特点，将材料按其相应极限强度的大小，划分为 若干不同的强度等级。
对于水泥、石材、砖、混凝土、砂浆等在建筑 物中主要用于承压部位的材料以其抗压强度来划分 强度等级。
而建筑钢材在建筑物中主要用于承受拉力荷载， 所以以其屈服强度作为划分强度等级的依据。
第二节 材料的力学性质
前面我们讲了材料的物理性质，下面我们要给 大家介绍材料的另外一种性质——力学性质
一、材料的强度
1、材料强度的定义
材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称 为强度。
2、静力强度
材料抵抗由静荷载产生应力破坏的能力，称为 材料的静力强度。它是以材料在静荷载作用下达到 破坏时的极限应力值来表示的素质上等于材料受力 破坏时单位受力面积上所承受的力，可用下式表示：
《材料力学》课程标准
《材料力学》课程标准一、课程目标本课程旨在培养学生掌握材料力学的理论知识，能够运用所学知识解决实际工程中的材料力学问题，提高学生的创新能力和实践能力。
二、教学内容1. 基础知识：学习弹性力学的基本原理和概念，包括应力、应变、平衡、稳定等问题。
2. 材料性质：掌握金属、非金属和有机高分子等常见材料的力学性能，如强度、硬度、韧性等。
3. 结构分析：学会分析简单和复杂结构的力学性能，包括梁、轴、壳体等基本构件。
4. 实验方法：掌握各种实验方法，如拉伸、压缩、弯曲、冲击等实验方法，以及数据处理和分析方法。
三、教学方法与手段1. 理论教学：采用讲授、讨论、案例分析等多种教学方法，使学生全面理解和掌握材料力学的基本理论和方法。
2. 实验教学：通过实验操作和数据分析，培养学生的动手能力和分析解决问题的能力。
3. 多媒体教学：利用多媒体技术，增加课堂信息量，提高教学效率。
4. 实践教学：鼓励学生参加课外科技活动和社会实践，提高其实践能力和创新意识。
四、课程评估1. 平时成绩：包括出勤率、作业完成情况、课堂表现等，占总评分的30%。
2. 期中考试：检测学生对材料力学基本知识的掌握情况，占总评分的30%。
3. 实验成绩：根据实验操作和实验报告的质量，占总评分的40%。
五、教材与参考书1. 教材：《材料力学》（xx版）。
2. 参考书：《材料力学实验教程》。
此外，还可以参考相关工程材料和结构设计方面的书籍。
六、课程实施建议1. 教学时间安排：建议每周安排4-6学时，共计约60学时/学期。
可根据实际情况进行调整。
2. 教学地点：建议在教室或实验室进行授课，以便于理论与实践相结合。
3. 师资要求：本课程对教师要求较高，需要具备丰富的材料力学教学经验和工程实践经验。
教师应具备硕士及以上学历，并能够熟练运用各种教学工具和手段。
4. 学生要求：学生应具备高中物理基础和一定的数学基础，能够认真听讲、积极参与课堂讨论和实验操作。
建议学生提前预习和复习课程内容，做好笔记和作业。
材料力学的基本概念
材料力学的基本概念
材料力学是一种研究材料承受外力的理论和实验结合的一门工程学科，是力学专业下的一个分支学科。
材料力学研究的内容包括：材料的机械性质、结构的力学参数、材料及其结构的强度和稳定性、受外力作用的断裂、疲劳、振动及其相关数学模型的分析等。
一、材料的机械性质。
材料机械性质是指材料本身的特性，它可以描
述材料在在力学作用下的变形特性和强度特性，其中包括材料的塑性性能、韧性特性及耐久性特性等，这些特性决定了材料和结构在受力作用下的行为。
二、结构的力学参数。
结构的力学参数是指结构系统的一些力学指标，它可以使用材料本身的物理性能、结构的几何形状、材料的实际表现等特
性来描述，例如接缝的连续性、材料的屈服强度和断裂强度的影响、接缝
结构的稳定性等，这些参数将确定结构对外力的响应。
三、材料及其结构的强度和稳定性。
材料及其结构的强度和稳定性是
指结构对外力的响应能力，这些参数将决定结构对外力的强度以及承受这
种外力的稳定性，它们包括材料的强度、结构的几何形状、结构的连续性
和材料的实际表现等方面的参数，其中材料的强度，特殊情况下，设计极
限可以达到材料的理论屈服点延长。
工程力学研究内容
工程力学研究内容
工程力学是研究物体在力的作用下的运动和力学平衡的学科,其研究内容主要包括以下几个方面:
1. 材料力学:研究物体的材料性质,包括材料的硬度、强度、韧性、弹性模量等,以及物体在力的作用下的变形和断裂等问题。
2. 动力学:研究物体在力的作用下的运动规律,包括物体的加速度、速度、位移、能量等方面的问题。
3. 弹性力学:研究物体的弹性性质,包括物体在力的作用下的变形和回复问题,以及物体之间的弹性相互作用等问题。
4. 塑性力学:研究物体在力的作用下的塑性变形和断裂问题,以及物体的应力状态和热力学问题。
5. 力的平衡与非线性动力学:研究物体在复杂力作用条件下的平衡问题,包括力的作用方式和作用路径的影响,以及物体的非线性运动和动力学问题。
6. 工程结构力学:研究物体在力的作用下的应力和应变问题,包括结构的强度和稳定性等问题。
7. 热力学力学:研究物体的热力学性质,包括物体的温度、热传导、热膨胀等问题。
以上是工程力学主要的研究方向,随着科技的发展,工程力学的研究方向也在不断拓展和更新。
材料科学基础知识点
材料科学基础知识点
1. 结晶学：研究晶体的形成、结构和性质。
包括晶体生长、晶体结构分析、晶体缺陷等。
2. 材料力学：研究材料的力学性质，包括材料的强度、韧性、塑性、蠕变等。
3. 材料热学：研究材料的热传导、热膨胀、热稳定性等热学性质。
4. 材料电学：研究材料的电导率、介电性质、磁性等电学性质。
5. 材料化学：研究材料的化学成分、结构和化学反应。
包括材料的合成方法、表面改性、材料的腐蚀与防护等。
6. 材料物理学：研究材料的物理性质，包括光学性质、磁性、声学性质等。
7. 材料加工：研究材料的加工方法、工艺和性能改善。
包括材料的铸造、焊接、锻造、热处理等。
8. 材料性能测试：研究材料的各种性能指标的检测和测试方法。
9. 材料选择：根据工程要求和材料性能，选择最合适的材料。
10. 材料应用：研究材料在各种实际应用中的性能和适用范围，包括材料的耐久性、可靠性等。
材料力学知识点总结
材料力学知识点总结
材料力学是研究材料加载和变形的分支工程力学，是一门综合性
学科，从物理性质的角度深入探讨材料的结构、力学性能以及加载及
应力应变分布情况。
它涉及材料物理性质、材料力学实验、材料本构、形变理论及结构力学等多个领域。
1. 材料物理性质：包括晶粒结构、失真、应变变形、密度、弹
性模量、断裂应变、杨氏模量、弹性应变等。
2. 材料力学实验：材料的机械性能的测试，主要有拉伸实验Q及压
缩实验，分别测量其弹性模量、断裂强度、抗拉伸性及延展性等特征
参数。
3. 材料本构：包括等温应力应变曲线、温度应力应变曲线、时变应
力应变曲线、随机应力应变曲线等。
4. 形变理论：是研究材料力学性能和加载条件下材料形变前景的学科，基于牛顿－拉普拉斯运筹及微分几何原理，可以统一地分析静力
和动力问题。
5. 结构力学：主要涉及结构的稳定性及结构在外力作用下承载能力
分析，主要研究对象是材料在剪切加载下应变和变形的变化情况。
总之，材料力学是一门让材料在加载和变形过程中发挥最佳性能
的科学，它涉及材料本构、形变理论及结构力学等多个方面，为材料
应用提供了有力的依据。
材料力学的研究已广泛应用于各个领域，对
科学技术发展有着重要的意义。
材料的力学性能
第三章 材料的力学性能第一节 拉伸或压缩时材料的力学性能一、概述分析构件的强度时，除计算应力外，还应了解材料的力学性质（Mechanicaiproperty ），材料的力学性质也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性。
它要由实验来测定。
在室温下，以缓慢平稳的方式进行试验，称为常温静载试验，是测定材料力学性质的基本试验。
为了便于比较不同材料的试验结果，对试件的形状、加工精度、加载速度、试验环境等，国家标准规定了相应变形形式下的试验规范。
本章只研究材料的宏观力学性质，不涉及材料成分及组织结构对材料力学性质的影响，并且由于工程中常用的材料品种很多，主要以低碳钢和铸铁为代表，介绍材料拉伸、压缩以及纯剪切时的力学性质。
二、低碳钢拉伸时的力学性质低碳钢是工程中使用最广泛的金属材料，同时它在常温静载条件下表现出来的力学性质也最具代表性。
低碳钢的拉伸试验按《金属拉伸试验方法》（GB/T228—2002）国家标准在万能材料试验机上进行。
标准试件（Standard specimen ）有圆形和矩形两种类型，如图3-1所示。
试件上标记A 、B 两点之间的距离称为标距，记作l 0。
圆形试件标距l 0与直径d 0有两种比例，即l 0=10d 0和l 0=5d 0。
矩形试件也有两种标准，即00l l ==其中A 0为矩形试件的截面面积。
试件装在试验机上，对试件缓慢加拉力F P ，对应着每一个拉力F P ，试件标距l 0有一个伸长量Δl o 表示F P 和Δl 的关系曲线，称为拉伸图或F P —Δl 曲线。
如图3-2a ，由于F P —Δl 曲线与试件的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，把拉力F P 除以试件横截面的原始面积A 0，得出正应力0P F A σ=为纵坐标；把伸长量Δl 除以标距的原始长度l 0，得出应变0l l ε∆=为横坐标，做图表示σ与ε的关系（图3-2b ）称为应力——应变图或σ—ε曲线（Stress-strain curve ）。
第四章 材料力学性能(材料科学基础)
对于某一确定的点，其应力由K1决定，K1越 大，则应力场各点的应力也越大。
按线弹性断裂力学的分析，裂纹尖端应力场强度因子K1的一般表达式为： K1 = Yσa1/2（MN/m3/2）
• δ=ΔL/L0=[(L-L0)/L0]×100% （是塑性“伸长”的度量） • 式中L0为试样原始标距长度；L为试样断裂后标距的长度。 •
ψ=ΔAf/A0=[(A0-Af)/A0] ×100% （是塑性“收缩”的度量） • 式中A0为试样原始截面积；Af为试样断裂处的截面积。
• 材料的延伸率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。 塑性好的材料可以发生大量塑性变形而不被破坏，这样当受力 过大时，由于首先产生塑性变形而不致发生突然断裂，比较安 全。
材料的刚度和零件的刚度不是一回事，零件刚度的大小取决于零件的 几何形状和材料的弹性模量。
（2）弹性行为 • 弹性变形的特点是当载荷卸除后，试样的尺寸形状完全回复到原始状态。 • 根据材料的不同，其变形行为可分为三类：线弹性、非线弹性以及滞弹性。
理想的线弹性行为，应力 非线性弹性行为，如橡胶
和应变之间满足虎克定律。 之类的变形能力极好的弹
反映，用焦耳（J）来表示 • 在强度相等的情况下，延性材料断裂时所需要的能量比脆
性材料多，因此它的韧性也比脆性材料高。 • 评定材料韧性高低的方法，最常用的有两种： ➢ 一是用冲击试验所得的冲击韧性； ➢ 二是用断裂力学方法与试验测得的断裂韧性。
冲击韧性
一只重摆锤从高度h开始，沿着弧形轨迹向下摆动，冲击到试样上并把试 样打断，最后达到一个比较低的高度h` 。知道摆锤的初始高度h和最终高 度h`，就能算出势能差别。这一差别就是试样在断裂过程中所吸收的冲击 能Ak（冲击总功），如果除以缺口处试样的截面积，即得材料的冲击韧 性，用αk表示，单位为J/cm2。
材料力学性能分析及相关应用
材料力学性能分析及相关应用材料力学是研究材料在外力作用下所表现出的力学性质以及这些性质与材料结构、成分和制备工艺等之间的关系的学科。
在工程实践中，材料力学的应用非常广泛，例如材料的强度评估、结构耐久性分析、材料的断裂与损伤等方面。
本文将着重介绍材料力学性能分析及其相关应用。
1. 强度与韧性分析材料的强度和韧性是材料力学分析中的两个重要参数。
强度是材料在外力作用下抵抗破坏的能力，是材料所能承受的最大应力；而韧性是材料的断裂能力，是材料在受力过程中所能吸收的能量。
这两个参数的分析主要通过拉伸、压缩等试验进行。
在实际工程设计中，强度与韧性是决定材料是否能够满足设计要求的重要因素。
例如，机械工程师在设计机械结构时需要考虑材料的强度和韧性，以确保机械的正常运行。
同样的，建筑工程师在设计建筑结构时也需要考虑材料的强度和韧性，以确保建筑的安全性。
2. 断裂分析材料在承受外力时可能会发生断裂现象。
材料的断裂分析就是对断裂现象的研究。
断裂分析涉及到材料的断裂起始、断裂扩展、断裂韧度等方面的分析。
这些参数的分析有助于加深我们对材料在受力过程中的表现的理解。
断裂分析的应用非常广泛。
例如，石油工程师需要对石油管道的断裂进行分析，以确保管道的安全性；汽车工程师需要对汽车发动机的断裂进行分析，以确保发动机的可靠性。
3. 疲劳分析在材料的使用过程中，由于外部作用、温度变化等因素的影响，材料内部往往会形成裂纹。
如果这些裂纹积累到一定程度，就会导致材料的疲劳断裂。
疲劳分析就是对材料在受到重复载荷作用下引起的疲劳断裂进行的分析。
疲劳分析也是工程领域中的一个重要方向。
例如，航空工程师需要对飞机零件的疲劳寿命进行分析，以降低飞机事故的发生率；铁路工程师需要对高速列车的轴承进行疲劳寿命分析，以确保列车的安全性。
4. 加工成形分析加工成形分析是对材料在加工过程中的强度、韧性、加工性能等方面进行的分析。
加工成形分析可用于生产中材料的选型和加工工艺的改进。
材料的力学性质和应力分析
材料的力学性质和应力分析材料的力学性质是指材料在受到外力作用下的表现和特性。
了解材料的力学性质对于工程设计和制造具有重要意义，可以帮助我们优化结构和提高材料的使用效能。
本文将从基本概念入手，介绍材料的力学性质以及应力分析的相关内容。
一、弹性模量弹性模量（Young's modulus）是一个衡量材料刚度或者变形能力的物理量。
它定义为单位应力下材料所产生的应变。
一般表示为E，单位是帕斯卡（Pa）。
弹性模量越大，材料的刚性越高，变形能力越小。
常见的材料如钢材、铝合金等具有较高的弹性模量，而橡胶等弹性材料则具有较低的弹性模量。
二、屈服强度屈服强度是指材料在受到外力作用时开始产生塑性变形的应力值。
一般表示为σy，单位仍为帕斯卡。
屈服强度是材料抗应力能力的重要指标之一，反映了材料的强度和韧性。
一般来说，屈服强度越高，材料的抗应力能力越强。
三、断裂韧性断裂韧性是材料在受到外力作用时破坏前所能吸收的能量。
它是一个衡量材料抗断裂性能的指标，常用单位是焦耳/平方米。
高断裂韧性的材料能够在承受冲击或挤压等外力时具有较强的韧性和延展性，不容易发生断裂。
如钢材、陶瓷等材料具有较高的断裂韧性。
四、材料的应力分析应力是材料单位面积上的力，通常表示为σ，单位为帕斯卡。
应力分析是研究材料在受到外力作用时，应力如何分布和变化的过程。
常见的应力分析方法有静力学和动力学两种。
静力学应力分析是指在力平衡的条件下，通过解析或者数值方法计算材料的应力分布。
动力学应力分析则考虑了外界作用下材料的惯性效应和动态变化，对于研究材料在高速运动或者冲击载荷下的应力响应非常重要。
结论材料的力学性质和应力分析对于工程设计和制造过程具有重要的指导意义。
通过了解材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等性质，可以选择合适的材料类型，提高工程结构的可靠性和安全性。
同时，对于材料在受到外力作用时的应力分布和变化进行分析，可以帮助我们预测材料的受力情况，设计合理结构以及降低材料失效的风险。
材料的力学性质测试方法
材料的力学性质测试方法材料是我们现代工业生产中不可或缺的一部分。
而材料的力学性质则是我们评估材料质量、使用范围等方面的重要参考指标。
但是如何测试材料的力学性质？这是我们今天要探讨的问题。
一、拉伸试验拉伸试验是一种常用的材料力学性质测试方法，它可以测量材料的抗拉强度、断裂伸长率等性能。
在实验中，我们通常将材料制成标准的试样并夹紧在拉力机上，然后用拉力机慢慢施加力，同时记录下拉力与试样伸长的变化情况。
最终，我们可以得到一条应力-应变曲线。
通过计算这条曲线的斜率，我们就可以得到材料的弹性模量。
而通过曲线的最大应力点，我们则可以得到材料的抗拉强度。
二、硬度试验硬度试验是另一种常用的材料力学性质测试方法，它可以测量材料的硬度值。
硬度试验通常使用的设备为硬度计。
在试验中，我们将硬度计压在不同的材料表面上，并记录下所需的测试力以及压痕的直径大小。
通过这些数据，我们就可以计算出材料的硬度值。
三、冲击试验冲击试验是测试材料抗冲击强度的一种方法，它主要通过测试材料在受到冲击时的断裂或形变情况来评估材料的性质。
在实验中，我们通常使用冲击试验机将冲击力施加到试样上，并记录下材料的形变情况。
通过形变情况的分析，我们可以得到材料的冲击韧性、冲击强度等重要性能指标。
四、疲劳试验疲劳试验是一种测试材料在长时间或循环的应力作用下的强度和破坏性能的方法。
在实验中，我们通常将材料制成标准的试样，并在疲劳试验机上进行循环施力。
在不同时刻，我们会记录下材料的位移、载荷、应变或应力等关键数据。
通过分析这些数据，我们可以得到材料在不同循环次数下的疲劳极限和疲劳寿命等重要信息。
五、压缩试验压缩试验是一种测试材料围向压缩时的强度和破坏性能的方法。
在实验中，我们通常将材料制成标准的试样，并将其放置在压力测试机上，施加向下的压力。
在压力作用下，我们会记录下材料的变形情况以及所需的压缩力。
通过分析这些数据，我们可以计算出材料的围向强度、屈服强度等关键指标。
建筑材料力学性质
建筑材料的⼒学性质是指建筑材料在各种外⼒作⽤下抵抗破坏或变形的性质，包括强度、弹性、塑性、脆性、韧性、硬度和耐磨性。
弹性与塑性。
材料的弹性是指材料在外⼒作⽤下产⽣变形，外⼒去掉后变形能完全消失的性质。
材料的这种可恢复的变形，称为弹性变形。
材料的塑性是指材料在外⼒作⽤下产⽣变形，外⼒去掉后变形不能完全恢复，但也不即⾏破坏的性质。
强度。
材料的强度是指材料在外⼒作⽤下抵抗破坏的能⼒。
材料在建筑物上所受的外⼒主要有拉⼒、压⼒、弯曲及剪⼒。
材料抵抗这些外⼒破坏的能⼒分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。
硬度和耐磨性。
材料的硬度是指材料表⾯抵抗硬物压⼈或刻划的能⼒。
材料的耐磨性是指材料表⾯抵抗磨损的能⼒。
材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、硬度等有关。
材料的硬度愈⼤，耐磨性愈好。
脆性与韧性。
材料的脆性是指材料在外⼒作⽤下未发⽣显着变形就突然破坏的性质。
脆性材料的抗压强度远⼤于其抗拉强度，所以脆性材料只适⽤于受压构件。
建筑材料中⼤部分⽆机⾮⾦属材料为脆性材料，如天然⽯材、陶瓷、砖、玻璃、普通混凝⼟等。
809材料力学
809材料力学材料力学是材料科学领域的重要基础学科，研究材料在受力条件下的变形和破坏行为。
本文将深入探讨809材料力学的相关知识，帮助读者更好地理解和应用该领域的知识。
809材料力学是针对一种常见的材料进行研究的力学学科。
该材料具有特殊的物理和力学性质，广泛应用于工程领域。
通过研究该材料的力学性质，可以更好地设计和使用相关的工程部件。
2. 809材料力学的力学性质809材料在受力作用下表现出一些独特的力学性质。
首先，它具有良好的强度和刚度，能够承受较大的外力。
其次，809材料还具有一定的韧性和延展性，能够在一定程度上抵抗破坏。
3. 809材料力学的变形行为在受力作用下，809材料会发生变形。
一般情况下，它会出现弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指材料在受力后能够恢复原状的变形行为，而塑性变形则是指材料在受力后不完全恢复原状的变形行为。
4. 809材料力学的破坏行为809材料在受力过程中可能会发生破坏。
主要的破坏形式包括拉断、压碎和剪切等。
不同的破坏形式会对材料的性能产生不同的影响，需要合理预测和控制。
809材料力学在工程实践中有广泛的应用。
例如，在建筑领域中，809材料常用于制作混凝土和钢筋等结构部件。
在机械领域中，809材料常用于制造轴承和齿轮等零件。
通过深入研究809材料力学，可以更好地应用于相关领域的工程设计和生产中。
809材料力学作为材料科学的重要学科，研究材料在受力条件下的变形和破坏行为。
在本文中，我们详细介绍了809材料力学的概述、力学性质、变形行为、破坏行为以及应用领域。
希望通过本文的阐述，读者能够更好地掌握809材料力学的相关知识，并能够在实践中灵活应用。
机械工程中的材料力学
机械工程中的材料力学机械工程是应用物理学、材料科学和机械原理等知识的交叉学科，其发展离不开材料力学的支持。
材料力学研究材料在外力作用下的物理和力学性质，为机械设计提供强有力的理论和技术支持。
一、材料的力学特性机械工程中常用的材料有金属材料、非金属材料和复合材料。
这些材料在外力作用下表现出不同的力学特性。
金属材料具有良好的可塑性和可加工性，但易于疲劳开裂、氧化腐蚀。
为了预测材料在外力作用下的响应，需要对其力学特性进行测试和分析。
常用的力学特性包括拉伸强度、屈服强度、韧性、冲击韧性等。
非金属材料具有轻质、高强度、抗磨损等特点，在机械工程中常用于复合材料制造、陶瓷制品等。
非金属材料的力学特性主要包括弹性模量、拉伸强度、蠕变实验等。
复合材料是不同种类材料的组合，具有优良的力学性能和化学稳定性。
与单一材料相比，复合材料的力学特性更加丰富。
复合材料的力学特性主要涉及复合材料的强度、抗拉伸性能等。
二、应力分析与计算应力分析是机械工程中重要的理论支撑，其目的是预测材料在外力作用下的响应。
在机械工程中，应力分析主要涉及静力学、弹性力学、塑性力学、损伤力学等。
静力学研究材料在静态外力作用下的应力和变形。
常用的静力学分析方法包括黄斯定理、最大剪应力理论、最大正应力理论、迪高格准则等。
弹性力学是研究材料在弹性变形时的力学特性。
弹性力学基本理论包括胡克定律、泊松比、切应力、剪切应力等。
弹性力学在机械工程中具有重要的应用，能够准确预测材料在外力作用下的响应。
塑性力学是研究材料在塑性变形时的力学性质。
塑性变形是指材料在超过其屈服点后仍能继续变形。
塑性力学理论包括杨-李理论、迎面裂纹历程理论、格里菲斯裂纹理论等。
损伤力学是研究材料在外界损伤作用下的响应。
发展损伤力学的目的是准确预测损伤的程度和影响，为材料的保养和加工提供有效的理论支持。
损伤力学理论包括线性损伤模型、弹性后损伤模型、塑性损伤模型等。
三、疲劳试验与寿命预测疲劳是材料在循环载荷下发生裂纹、断裂的现象。
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泊松比的取值范围为 0 ~ 0.5。
各向同性线弹性体 物性常数间的关系
重要公式
E G= 2 (1 + ν )
2. 弹塑性体本构模型
刚塑性模型 ( plastic-rigid model ) 理想弹塑性模型 ( idealized elasticplastiε σ
σ = Eε + ηε&
σ = ηε&
Maxwell 模型
& 1& σ ε = —σ + — η E
三参数固体模型 ( 3-parameter solid ) 三参数流体模型 ( 3-parameter fluid )
2.4 构件的安全性
安全系数 n 许用应力 [σ] 强度基本要求 许用变形 [∆] 刚度基本要求 稳定性要求
三、材料的力学特性 塑性材料 比例极限 屈服点 强度极限 脆性材料 粘弹性体 蠕变 松弛
四、材料的本构模型 弹性体 Hooke 定律
σ = Eε
τ =G γ
E = ———– G 2(1 + ν )
E , G 和 v 间的关系 弹塑性体的本构模型 粘弹性体的本构模型
铸铁试件 的拉伸
σb σ
低碳钢试 件的压缩
σ
铸铁试件 的压缩
σ
0.001
ε
ε [σ – ]
ε
一般塑性材料和 脆性材料的抗拉、 抗压、抗剪能力 的比较
[σ +] [σ – ]
[τ] [σ +]
[τ]
塑性材料
脆性材料
3. 弹塑性和粘弹性 ( elastic-plasticity & viscoelasticity ) 粘弹性体的重要特征： 蠕变 ( creep )
对 AB 取矩 τ ( dydz ) · dx = τ ′(dxdy ) ⋅ dz τ τ’
dx A
B dz
重要公式
τ =τ′
dy
切应力互等定理是普适的
2.2 应变的概念
y B β p P b a α A x
pa − PA pb 正应变 ( normal strain ) ε x = lim —–—– ε y = lim —–− PB —– PA→0 PB →0 PA PB
h
P
轴向力相应的切应力 τP τP
[τ ]
τ P = P (π dh ) = 5.97 MPa
转矩相应的切应力 —–—–– 2 τ m = [τ ]2 − τ P = 8.02 MPa
τm τm
m
转矩
π m ≤ dh ·τ m d 2 = 3.63 kN · m
3. 切应力互等定理 ( theorem of conjugate shearing stress )
∗ 应力与所取的微元面的方位有关。
1. 定义 应力矢量 ( stress vector )
∆p lim t = ∆ A 0 —– ∆A
→
∗ 微元面上的正应力和切应力对微元面及其邻域的作用效应 不同。 正应力的作用效应 切应力的作用效应
分析和讨论
应力与力有什么区别？ 应力与压强有什么区别？ 杆件横截面上的内力和应力是什么关系？
z y
z y
z y
z y
N = ∫σ dA
A
Q = ∫ τ dA
A
z y
z y
z y
z y
M = ∫ σ y dA
A
T = ∫τ r dA
A
P m d
h = 80 d = 60
例 如图的轴和套之间紧密配合，外套固 定。 如果接触层的切应力 [τ] 超过 10 MPa 紧配合就会脱开， 而且己知向上的轴向力 P 为 90 kN， 那么，作用于轴上的转矩 m 最大允许多大？
ε x = 0, ε y = 0, γ xy = γ
分析和讨论
应变？
直角的变化量来定义切应变？能 不能用线段偏移的角度来定义切
2.3 材料力学性能与本构关系
2.3.1 材料力学性能介绍 1. 各向同性和各向异性 ( isotropy & anisotropy )
各向同性材料和各向异性材料的区别在于反映材料性 能的常数个数不同。
第三章 固体力学的基本概念
固体力学有哪些最本的概念？这些概念是什么 含义？ 材料的力学性能包含哪些内容？
2.1 应力的概念
n σ dp dA τ
t = t( x , y , z) n, t ) ,
正应力 σ ( normal stress ) 切应力 τ ( shearing stress ) 在国际单位制中，应力的单位 是 Pa ( =N / m )，或 MPa。 2. 应力的特点
切应变 ( shearing strain ) γ xy = α + β
例 边长为 1 的正方形发生如图的形变，γ 为很小的数。求正方形的应变。
D γ A
D’
C
B
考虑 AD 的变形 忽略二阶微量
AD 5 1 —–– = secγ = 1 + – γ 2 + — γ 4 + L = AD cosγ 24 2 = AD 1 为什么要用 故有
2. 塑性和脆性 ( plasticity & brittleness ) 低碳钢试件的拉伸
σ
ε
比例极限 σp ( proportional limit ) 屈服点 σs ( yield point ) 残余应变 ( residual strain ) 强度极限 σb ( strength limit )
σ = Eε (ε ≤ ) εs σ = Eε s (ε > ε s )
σ
εs
ε
线性强化模型 ( linear harden model )
σ = Eε εs (ε ≤ ) σ = Eε s + E − ε s ) (ε
εs
ε
例 直径 d 为10 mm 的金属试件测试长度 L为 100 mm，加载到 σ= 380 MPa 时产生屈服。保持这一荷载，使测试长度增加到 L’ = 105.0 mm，然后完全卸载。此时测试长度 Lr 成为 102.9 mm 而不能恢复。用理想弹塑性模型计算试件的杨氏弹性模量。 试件加载路径如图 总应变 残余应变 弹性应变 σ σs εr ε 弹性模量
σ σ
松弛 ( relaxation )
t
ε
ε
t
t
t
4. 影响材料力学性能的其它因素 温度的影响 加载速率的影响 尺度的影响
2.3.2 本构关系的概念 反映材料性能的关系称为本构关系 ( constitutive relation )，在固体力学中，本构关系一般指应力和应 变的关系。 1. 线弹性体的 Hooke 定律
s E = — = 18.1 GPa
ε = ( L L ) L = 0.05 − ε r = ( Lr − L ) L = 0.029 ε e = ε − ε r = 0.021 σ εe
ε
3. 粘弹性体的机械元件模型 弹簧 ( spring ) 阻尼器 ( dashpot )
σ = Eε
Kelvin 模型
σ
重要公式
σ = Eε
τ = Gγ
ε
E：杨氏弹性模量 ( Young’s modulus ) G：剪切弹性模量 ( shearing modulus )
在国际单位制中，弹性模量的单位是 Pa，或 GPa。 线弹性体的 Poisson 效应
ε yy ν= ε xx
ν：泊松比 ( Poisson’s ratio )
σ]=σs [ —
n
或
σb
— n
[σ σ ≤ ]
τ [ 或 τ ≤ ]
[σ ] ≤ 或 n = ––– [n] σ
w
[∆ ∆ ≤ ]
[ 或 — ≤ f ]
L
∆
σ ≤ cr 或 P ≤ σ Pcr
σ cr [n 或 n = — ≤ st ] σw
本章内容小结
—、应力的定义 二、应变的定义 正应力 切应力 切应力互等定理 正应变 切应变