浙大10-材料力学性能121219
浙江大学力学实验教学中心理论力学和材料力学自制设备情况
浙江大学力学实验教学中心理论力学和材料力学自制设备情况简介多年来，浙江大学力学实验教学中心一直注重自制设备的研发和使用。
到目前为止，自制设备也已经形成了规模化和系列化和层次化，在实验教学中自制设备及其实验装置的数量已达到250台套，自制设备在各个课程的实验教学中均得到广泛的使用，并在实验教学中起到了挑起大梁的作用，自制设备承担的实验项目超过总实验项目的60％以上。
利用自制的实验设备和装置不仅可以开设出各种实验项目，而且，开设出的实验内容具有一定的有挑战性和理论和实际相结合的特点。
同时，利用自制设备还可以创造出优良的实验教学环境，有利于提高实验教学质量和效率。
通过这些实验，能进一步提高学生的动手能力、创新意识、分析和解决问题的能力。
已完成的自制设备及实验装置一览基础实验教学中大规模使用自制的设备和实验装置的意义先进的、有创新、有特色的力学实验教学资源是保证实现实验教学改革、培养大批高素质创新人材的基本保证。
力学实验中心不断开发自制设备和创新实验装置，并不断增加其种类和数量，使自制设备已经形成规模化、系列化，从某种程度上改变了教学模式，提高了实验教学的质量和效率。
过去，自制设备台套数的不足，一个班（32人左右）做一个实验项目需四个课时，两名指导教师，大大限制了实验教学效率的提高。
2002年后，在材料力学实验室，我们投入了五十余台多功能自制的实验台架，装备到四间总面积达430多平方米的实验室，这些设备可用于弯曲正应力、压杆稳定、扭转测G、弯扭组合、摩擦因数测定、转动惯量测定、物体重心测定、弹簧质量系统频率测定等实验教学项目。
新近开发的4台微机控制多功能实验台架，可用于小试样拉伸、压缩及弯曲实验，增加附件还可做扭转、扭弯组合等实验内容；4台内压台架可用于内压、轴力、弯矩联合作用下内力分离实验教学。
最新研发成功的集成式实验台架作为小型的实验平台更加适合学生自主实验的需要。
大规模使用自制的实验设备和实验装置，使力学实验中心实验取得了良好的教学效果，同时，实验室的容量也大幅提高。
《材料性能学》课后答案
《材料性能学》课后答案《⼯程材料⼒学性能》（第⼆版）课后答案第⼀章材料单向静拉伸载荷下的⼒学性能⼀、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作⽤下，应变落后于应⼒现象。
静⼒韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最⾼应⼒。
⽐例极限：应⼒—应变曲线上符合线性关系的最⾼应⼒。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。
解理断裂：沿⼀定的晶体学平⾯产⽣的快速穿晶断裂。
晶体学平⾯－－解理⾯，⼀般是低指数，表⾯能低的晶⾯。
解理⾯：在解理断裂中具有低指数，表⾯能低的晶体学平⾯。
韧脆转变：材料⼒学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断⼝特征由纤维状转变为结晶状）。
静⼒韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静⼒韧度。
是⼀个强度与塑性的综合指标，是表⽰静载下材料强度与塑性的最佳配合。
⼆、⾦属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是⼀个对结构不敏感的⼒学姓能?答案：⾦属的弹性模量主要取决于⾦属键的本性和原⼦间的结合⼒，⽽材料的成分和组织对它的影响不⼤，所以说它是⼀个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。
改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不⼤。
三、什么是包⾟格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包⾟格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。
特别是弹性极限在反向加载时⼏乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形⽴即开始了。
包⾟格效应可以⽤位错理论解释。
第⼀，在原先加载变形时，位错源在滑移⾯上产⽣的位错遇到障碍，塞积后便产⽣了背应⼒，这背应⼒反作⽤于位错源，当背应⼒(取决于塞积时产⽣的应⼒集中)⾜够⼤时，可使位错源停⽌开动。
【浙江大学 材料性能】14-材料力学性能130102
Materialas and Design 闭孔材料 高分子颗粒 金属包覆 烧结
美国加州大学休斯研究实验室 有限公司和加州理工学院开发 密度仅0.9mg/cm3，比泡沫 塑料轻100倍。
第九章 先进材料的力学性能
四、块状非晶合金的力学性能
材料
抗拉强 弹性模 度/MPa 量/GPa
1089
软、硬两种原子区域组成的微结构，2%的塑性
第九章 先进材料的力学性能
五、纳米材料的力学性能
纳米金属材料
1.8
纳米Cu的超塑性
制备
急冷：106K/s，100mm薄带 合金化：Pd基、Ni基、Fe基
1 K/S，100mm圆柱
特性
弹性应变量可达2.2% 一般金属＜0.2%
高温下玻璃态（高塑性）
Pd80Si20
1330
67
Pd77Cu6Si17
1530
96
Pd64Ni16P20
1560
93
Pd16Ni64P20
1760
非晶塑性未表达出来，是实验条件所致
Physical Review B (2007,75,134201) Applied Physics Letters (2007,90,191909)
冲压试验方法---提高切应力分量 发现明显的剪切变形带，有稳定的剪切变形能力
马氏体相变=塑性？
A. L. Greer, K. L. Rutherford, and I. M. Hutchings, Wear resistance of amorphous alloys and related materials, International Materials Reviews, 47(2002)87-112
浙大材料力学11-材料力学性能
裂纹的形成 晶界上空洞形成和长大、相互连接 楔形裂纹：晶界滑动三叉晶界受阻 晶界裂纹：晶界第二相质点
蠕变指标
蠕变极限：高温长期作用下材料的塑性变形抗力
给定温度下使材料产生规定蠕变速率的应力值Tέ(MPa) 给定温度和规定时间内，材料产生一定的蠕变伸长率的应力值T/t(MPa) 高温螺栓5001/105=100MPa(10万小时1%伸长率)
NdFeB的氢脆
腐蚀机理 富Nd相吸氢脆化
能源
美国橡树岭国家实验室 防止氢脆、Al2O3好，需要Al 奥氏体不锈钢含Ni ，Al促进铁素体形成 含Al奥氏体不锈钢---Al2O3
核工业
核聚变等
管道内壁阻氚涂层制备
低活化马氏体钢
抗蠕变 氢脆、中子辐照损伤
阻氚涂层
热浸镀铝、渗铝 高温扩散 力学性能下降
抗蠕变方法（以镁合金为例） 镁合金蠕变机理
位错滑移和晶界滑移(空位流动少)； AZ91D：晶界处Mg17Al12熔点低，高温易变形，无法钉扎住晶界
如何提高镁合金的抗蠕变性能
基体强化：固溶强化、析出强化和弥散强化 ▪ RE、Ca、Sr等。
晶界强化：晶界处形成大量细小析出硬化相，表面活性元素
金相组织特征：主裂纹、树枝状分叉
区分晶间腐蚀、腐蚀疲劳等
锅炉泄漏分析
沿晶开裂及腐蚀坑
应力腐蚀断裂(SCC)机理
应力和介质共同作用下裂纹的形成与扩展 保护膜破坏理论（阳极溶解）
表面有保护膜 特定介质中，保护膜防止发生均匀腐蚀
拉应力下，局部区域保护膜破裂，新鲜表面 特定介质导致保护膜破坏（Cl离子对Cr2O3）
疲劳影响因素 基体成分与组织结构---KIC 表面状态、夹杂物
lg a 有限寿命区
浙大机械考研试题及答案
浙大机械考研试题及答案模拟试题：浙江大学机械工程专业考研真题一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列关于材料力学性质的描述，哪一项是不正确的？A. 弹性是指材料在外力作用下发生形变，去除外力后能完全恢复原状的性质B. 塑性是指材料在外力作用下发生永久性形变的性质C. 硬度是指材料抵抗外物体压入其表面的能力D. 韧性是指材料在断裂前能吸收的能量2. 在机械设计中，通常采用哪种方法来提高零件的疲劳强度？A. 增加材料的硬度B. 减少零件的表面粗糙度C. 增加零件的工作温度D. 增加零件的尺寸3. 下列关于热力学第一定律的表述，哪一项是正确的？A. 能量守恒定律B. 能量可以被创造或消灭C. 能量的转换具有方向性D. 能量转换过程中总量会减少4. 在液压系统中，帕斯卡定律描述的是：A. 液体的静压力与其深度成正比B. 液体的流速与管道直径成反比C. 液体中任意一点的压力与该点到液面的距离成正比D. 液体中任意一点的压力与该点到液面的距离成反比5. 机械振动中，阻尼对振动的影响是：A. 增加振动的频率B. 减少振动的幅度C. 改变振动的周期D. 使振动的频率和幅度同时增加6. 下列关于齿轮传动的描述，哪一项是正确的？A. 齿轮传动的效率与齿轮的齿形无关B. 齿轮传动的效率与润滑条件无关C. 齿轮传动的效率与齿轮的材质无关D. 齿轮传动的效率与齿轮的制造精度有关7. 在铸造工艺中，哪种方法可以减少铸件的内应力？A. 增加浇注温度B. 减少冷却速度C. 增加铸件壁厚D. 减少铸型材料的强度8. 下列关于轴承的描述，哪一项是不正确的？A. 滑动轴承主要依靠滑动摩擦来工作B. 滚动轴承主要依靠滚动摩擦来工作C. 轴承的寿命与轴承的负载无关D. 轴承的润滑可以减少摩擦和磨损9. 在机械加工中，刀具材料的基本要求包括：A. 高硬度和高耐磨性B. 高韧性和高冲击负荷C. 高耐热性和低热硬度D. 高导热性和低热膨胀系数10. 下列关于机械系统的描述，哪一项是正确的？A. 机械系统的动态特性只与系统的结构有关B. 机械系统的动态特性只与系统的负载有关C. 机械系统的动态特性与系统的结构和负载都有关D. 机械系统的动态特性与系统的材料无关答案：1. B2. B3. A4. A5. B6. D7. B8. C9. A10. C二、简答题（每题10分，共30分）11. 简述机械加工过程中的切削三要素及其对加工过程的影响。
浙江大学材料力学性能复试课件16 材料力学性能复习
第三章：塑性变形
• 晶体塑性变形机理：位错运动 • 塑性变形难易：与位错运动的难易有关 • 滑移与孪生 • 高分子及非晶材料的塑性变形机理 • 金属材料的强化 • 机理：阻止位错运动、无位错 • 方法：固溶、相变、弥散、加工硬化、细晶、无缺陷 • 实例：??? • 材料的超塑性 • 现象： • 机理：？ • 与位错运动不同的变形机理 • 纳米材料的超塑性？
Cu-Al合金变形行为的 原位透射电镜研究
指导教师：孟 亮 教授 刘嘉斌 讲师
报 告 人：陈陈旭 3090103046 材料0903班
研究现状
Cu-Al合金
0.2～ 2wt.%
4～6wt.%
符合 hall-petch
关系
额外硬化 [7]
孪 晶
图一 不同Al含量的Cu-Al合金 准静态压缩应力－应变曲线[7]
材料的其他力学性能试验
• 弯曲 • 压缩 • 扭转 • 不同试验方法的特点及选择---为什么？ • 塑性材料 • 脆性材料 • 扭转试验
第四章：材料的硬度
• 何谓材料的硬度？ • 定性 • 半定量 • 定量：压入法、回跳法 • 布氏、洛氏、维氏、努氏、肖氏、里氏 • HB、HRC、HRA、HRB、HV、HK、HS、HL • 硬度检测方法的选择 • 不同材料：陶瓷、珠宝 • 不同硬度：软、硬 • 不同形状尺寸：大件、小件 • 不同部位：表面层、微观组织 • 不同环境：现场检测
性 • 原因？ • 纳米材料的力学性能 • 有哪些特殊的力学现象？ • 超塑性、反Hall-Petch关系
• 高温力学性能 • 蠕变现象：与时间有关 • 蠕变变形机速率、蠕变伸长率） • 持久强度 • 抗蠕变方法？ • 应力腐蚀开裂与氢脆 • 现象：特定材料与特定的腐蚀环境 • 断口特征： • 机理： • 氢脆
浙江工业大学材料力学第10章答案
浙江⼯业⼤学材料⼒学第10章答案10.1 ⼀端固定⼀端铰⽀的⼯字形截⾯细长压杆，已知弹性模量GPa 208=E ，截⾯尺⼨200mm×100mm ×7mm ，杆长m l10=，试确定压杆的临界压⼒。
解：4337.16796532121869312200100mm I x =?-?=4332.11719831271861210072mm I y =?+?=因为x y I I <，故y I I =()()kN N l EI F cr 1.49101.49100007.02.117198310208323222=?===πµπ10.2 两端固定的圆截⾯钢质压杆，直径为50mm ，受轴向压⼒F 作⽤。
已知GPa 210=E 和MPa 200=p σ，试确定能够使⽤欧拉公式的最短压杆长度l 。
解：8.10120010210505.044322=??==≥??===πσπλµµλp p E l d l i l可得：mm l 2545≥10.3 截⾯为矩形h b ?的压杆，两端⽤柱销联接（在y x -平⾯内弯曲时，可视为两端铰⽀；在zx -平⾯内弯曲时，可视为两端固定）。
已知GPa 200=E ，MPa 200=p σ，试求：（1）当mm 30=b ，mm50=h 时，压杆的临界压⼒；（2）若使压杆在两个平⾯（y x -和z x -⾯）内失稳的可能性相同时，求b 和h 的⽐值。
解：43331250012503012mm bh I z =?==，1=z µ，故()()kNN l EI F z z cr 1171011723001312500102003232221=?===πµπ43311250012305012mm hb I y =?==，5.0=y µ，故()()kN N l EI F y y cr 1681016823005.0112500102003232222=?===πµπ故kN F cr 117=。
工程材料力学性能
一：名词解释：
屈服强度：P10是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。
对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。
大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。
形变强化：P15在金属的整个形变过程中当外力超过屈服强度后，要塑性变形继续进行必须不断增加外力，从而在真实的应力-应变曲线上表现为应力不断上升。
形变强化，即加工硬化，属于典型的四种金属强化方式之一，随着塑性变形量的增加，金属流变强度也增加，这种现象称为形变强化或加工硬化。
抗拉强度：P18抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。
符号为Rm（GB/T 228-1987旧国标规定抗拉强度符号为σb），单位为MPa。
疲劳：P95
磨损：P139
韧窝：P30在韧窝断裂(微孔聚集型断裂) 的断口上,覆盖着大量显微微坑,这些微坑(窝坑) 称为“韧窝”。
河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动儿相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶高度足够大时，便成为河流花样。
断口：P0
硬度：P49
冲击韧性:P57
冲击功：P57
二、符号意义，表征什么
δ0.2：塑性材料的屈服强度，对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生0.2%塑性应变时的应力作为屈服指标，并用σ0.2 来表示。
三、简单题
1、金属材料的强化机制,强化机理?
应变、弥散、固溶、细晶强化。
浙江大学材料科学基础实验力学实验报告
浙江大学材料科学基础实验力学实验报告专业：材料科学与工程姓名：实验报告学号：日期：地点：曹楼课程名称：材料科学基础实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：光学性能实验类型：________________同组学生姓名：一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析七、讨论、心得材料的力学性能实验1 45钢的静拉伸试验一、实验目的掌握金属拉伸性能指标的测定方法，加深对拉伸性能指标物理意义的理解。
了解组织形态对力学性能特点的影响。
二、实验原理屈服强度σS 淬火低温回火的45钢没有明显物理屈服现象，应测量其屈服强度σ中标距部分残余伸长达原长度%的应力。
抗拉强度σb 即为试验在拉伸过程，将试样加载至断裂，断裂前的最大载荷所对应的应力即为抗拉强度。
延伸率δ 延伸率为试样拉断后标距长度的增量与原标距长度的百分比即：δ=[/L0]×100% L0与LK分别为试样原标距长度和拉断后标距间的长度。
根据测定延伸率的需要，在试样上先刻出标距，并分为10分格。
于断裂位置对δ有影响，其中以断在正中的试样伸长率为最大。
因此测量断后标距部分长度LK时分为两种情况：Ⅰ.如果拉断处到邻近标距端点的距离大于1/3L0，可直接测量断后两端点的距离LK。
Ⅱ.如果拉断处到邻近标距端点的距离小于或等于1/3L0则要用移位法换算LK，如图所示：先在长段上从断口处O截取一段OC，其长度等于1/2或稍大于1/2标距的总格数；再C向断口方向截取一段CB，令CB的格数等于C到邻近标距端点D的格数CD；则AC+CB便是断后长度。
这样处理就相当于把CB移到试样的另一端，接到A处，变为断口在正中。
断面收缩率ψ 断面收缩率为试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比即：ψ=[/F0]×100% 其中F0与FK分别为试样原始横截面积和拉断后缩颈处的最小横截面积。
浙大材料的性能复习资料汇总资料
第五章材料的变形5.1材料的拉伸试验1）屈服平台或不连续塑性变形对应的应力称为屈服强度。
2）形变强化段试样所能承受的最大应力称为抗拉强度。
3）试样中某处突然变小，发生所谓的“颈缩”现象。
4）脆性是指材料在断裂前不产生塑性变形的性质。
5）塑性表示材料在断裂前发生永久变形的性质。
6）材料的强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力。
7）材料的塑性大小表示材料断裂前发生塑性变形的能力（可用伸长率和断面收缩率表示）。
材料脆性的大小可用材料的弹性模量和脆性断裂强度表示。
8）材料的韧性指断裂前单位体积材料所吸收的变形能和断裂能，即外力所做的功。
包括三部分能量：弹性变形能、塑性变形能、断裂变形能。
玻璃态9）高分子高弹态粘流态高分子拉伸曲线：<< Tg——>应力与应变成正比直至断裂。
[Tb （脆化温度），Tg（玻璃化温度）]——>出现屈服点后应力下降。
略低Tg，应变增加，直至断裂> T,无屈服点，应变很大。
g5.2材料的其他力学试验1）弯曲试验三点弯曲试验时：试样总在最大弯矩附近处断裂。
四点弯曲试验时：在两加载点间，试样受到等弯矩的作用，试样通常在该长度内的组织缺陷处发生断裂，因此能较好地反映材料的性质，结果较准确。
指标：挠度、抗弯强度。
陶瓷材料拉伸试验困难，通常采用弯曲试验，用抗弯强度表征力学性能弯曲试验不能测试高塑性材料，可测脆性材料、陶瓷、灰铸铁及硬质合金。
2）压缩试验常用于测定脆性材料。
塑性材料压缩时只发生压缩变形而不断裂，压缩曲线一直上升。
指标：抗压强度、相对压缩率、相对断面扩张率。
试样高径比越大，抗压强度越低。
端面需光滑平整，相互平行，减小摩擦。
3）扭转试验○1可用于测定在拉伸时表现为脆性的材料，如淬火低温回火钢的塑性。
○2扭转曲线不出现拉伸时的颈缩现象，因此可用此测定高塑性材料的变形抗力和变形能力。
○3可明确区分材料的断裂方式，正断或切断：对于塑性材料，断口与试样轴线垂直，断口平整并有回旋状塑性变形痕迹，这是由切应力造成的切断。
浙江大学材料力学乙第一讲-绪论
材料力学主要研究变形体受力后发生
的变形；研究由于变形而产生的附加内力； 研究由此而产生的失效以及控制失效的准 则。在此基础上导出工程构件静力学设计
的基本方法。
一些基本概念
1、构件：工程结构或机械的每一组成部分。
（例如：行车结构中的横梁、吊索等） 2、变形：在外力作用下，固体内各点相对位置的改变。
(宏观上看就是物体尺寸和形状的改变）
玻璃
刚度大，强度小
弹簧
强度大，刚度小
钢铁
强度大，刚度大
强度与刚度
《复仇者联盟 1》： FF战机在经受绿巨人撞击后机身同 时发生了破坏与变形，但是绿巨人身体未发生变化。
实例：纸桥过车
中央电视台《异想天开》节目（2003年10月）：
利用6吨废报纸，能否在10天时间内，设计制作出一个长6米，
离地面高2米的纸桥，使之能让真正的吉普车通过？允许把报纸变 成纸浆做成纸砖之类的方案，关键是整个纸桥要由纸做成。
材料力学的任务就是在满足强度、刚度和稳定性的 要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论 基础和计算方法。
构件横截面尺寸不足或形 状不合理，材料选用不当 不恰当地加大横截面尺寸 或选用优质材料
不满足上述要求，不 能保证安全工作. 增加成本，造成浪费
}
均 不 可 取
研究构件的强度、刚度和稳定性，还需要了解材 料的力学性能。因此在进行理论分析的基础上，实验 研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。
罗伯特· 胡克
物理学家，天文学家
法国科学家马略 特于 1680 年也独立地 得到了胡克定律。
胡克发明的万向接头
§1.1.3 材料力学的发展
材料力学的发展期（17世纪至19世纪末）
聚合物材料的力学性能
聚合物具备高弹性的条件是在室温下为非晶体， 且其玻璃化转变温度远低于室温。 具备高弹性时，聚合物链结构上应具有下列特征： ①链非常长，并有很多弯； ②室温下链段在不停地运动； ③每二、三百个原子就有一处交联连接。 聚合物的高弹性在工程上常用于要求减振和密 封性的场合。
三、聚合物在粘流态下的变形
t＞tf时，聚合物处于粘流状态。 聚合物分子链在外力作用下可进行整体相对滑 动，呈粘性流动，导致不可逆永久变形。 粘流态拉伸应力-应变曲线如曲线d，在应力很 小时，就发生较大的变形。
聚合物不能得到完全的晶体结构，实际上是晶区与非晶区 同时存在。 聚合物的结晶程度用晶体所占总体的质量分数表示，称为结 晶度。聚合物的结晶度通常小于98。电镜观察表明，高分子单 晶为折叠链结构(图9-6)。分子链折叠排列整齐有序，致密度较 高，分子间作用力较大。
图9—6
聚合物结晶态结构示意图
非晶态结构的高分子链多呈无规则线团 形态，为分子链近程有序，其中局部可以存 在高分子链折叠区。
二、高分子链的近程结构——构型
定义：由化学键所固定的几何形状—— 指高分子链的化学组成、键接方式和立体构 型等。
由一种结构单体合成的，故该类聚合物 又称为均聚物。如聚乙烯。 由两种以上结构单体聚合而成的聚合物 称为共聚物。如丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯 的共聚物。
丁苯橡胶主要应用于制作轮胎，还用于机械制 品、制鞋、地板材料、粘结剂等。
聚合物与低分子材料的特点(区别)
材料\特点 高分子材料 低分子材料 ＜500 不可分割 整个分子或原子 大部分或完全结晶较小 固定 气，液，固三态
相对分子质量 104～106 分子可否分割 可分割成短链 热运动单元 结晶程度 分子间力 熔点 物理状态 链节，链段，整链等多重热运动单元 非结晶态或部分结晶态 加合后可大于主键力 软化温度区间 只有液态和固态（包括高弹态）
浙大材料力学4-材料力学性能
6、超弹性材料
材料：NiTi合金、NiTiCu合金、PtTi等
超弹性定义:
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
“形状记忆效应”
“形状记忆合金”
原因?
NiTiAl合金的应力-应变曲线
有无关于超弹性材料 的最新研究报道？
第二章 材料的塑性
加工：塑性要好 使用：塑性好则强度低，但安全
刘苏骅
要点
复习弹性变形
刘苏骅：陶瓷弹簧
塑性变形
屈服平台的内部机理 形变强化的机理 强化的方法及机理
强化机理 阻止位错的运动 如何阻止位错运动?
方法
形变强化
变形 位错交互作用，位错运动受阻
如何形变？
5、材料的强化
还有其他方法吗？
没有位错
完整晶体 超级钢计划
陶瓷呢？
高分子的强化
陶瓷不要强化
颗粒强化：形成交联结构，力的传递
要增韧
复合强化（“复合材料的力学性能”章）
陶瓷弹簧
1. 塑性变形方程
弹性变形有： =E 塑性变形呢？
T=K(T)n 经验方程式
T、T为真实应力应变，K称强度系数，n为形变强度系数 n=1时材料为弹性体，n=0材料无形变强化能力，一般金属n在0.1~0.5之间 还有一种方程：T=K’(έT)m έT为真实应变速率，K’为常数，m为应变速率敏感系数 m=1时为粘性固体，m=0材料无应变速率敏感性，m越大抗颈缩能力越强
大量位错中，某些位错在切应力作用下滑移产生变形。运动受阻时，另一 些位错在力的作用下开动，继续产生变形，由此形成了锯齿状曲折线段。
4、形变强化（拉伸曲线DB段）
应力超过屈服强度后，变形需不断增加外力
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低周疲劳
第六章 材料的疲劳
一、交变应力的描述 应力幅a、平均应力m或应力比R
max
0 min
0
0
0
轴
构件中支撑件
压力容器
预紧螺丝
a=(max-min)/2，m=(max+min)/2，R=mix/man
第六章 材料的疲劳
二、微观断口形貌 裂纹扩展区的疲劳条带 微米尺寸 一个加载循环形成一个条带
第六章 材料的疲劳
五、影响疲劳性能因素
频率：高于170次/s时频率高好，低于1次/s时疲劳极限低 次载锻炼：低于疲劳极限应力下工作一定时间，疲劳极限高 组织结构：夹杂物有害、细晶有利 表面质量：粗糙、加工痕迹、记号等导致疲劳极限下降
活塞连杆
板弹簧
表面强化处理：淬火、渗碳氮化、喷丸处理等可提高疲劳极限。
高循环疲劳区(长寿命区)：应力低于弹性极限， Nf大于105 无限寿命区：某一a下不断，ac为材料的理论疲劳极限(耐久限)
疲劳极限：在给定的疲劳寿命下，试样所能承受的上限应力幅值
一般取Nf=107周次。R = -1时的疲劳极限记为-1 -1=(a,i+a,i+1) /2。a,I时疲劳寿命小于107，a,i+1时寿命大于107
静态力学性能
动态力学性能:疲劳
力与环境其他因素共同作用
高温环境：蠕变 腐蚀环境：氢脆、应力腐蚀开裂
固体环境：磨损
第六章 材料的疲劳
引言
人的疲劳，原因是什么？
条件
持续பைடு நூலகம்时间、大强度的体力活动，肌肉持久或过度收缩
机理
产生乳酸、酮酸、二氧化碳等酸性物质（疲劳素） 疲劳素在肌肉内积贮，妨碍肌肉细胞的活动能力 疲劳素进入血液，刺激中枢神经系统
华
航
波
音
7 4
英国彗星喷气式飞机
7 断裂韧性，裂纹如何产生？
第六章 材料的疲劳
现象：在低于屈服强度或断裂强度的应力作用下断裂
交变的应力作用（飞机的震动、汽车减震板） 断口宏观形貌（三区）
疲劳源 裂纹扩展区（贝纹线） 瞬时断裂区
断裂机理？
交变应力下裂纹的形成 交变应力下裂纹的扩展
高周疲劳
陶瓷增韧
减少裂纹源：光滑的表面，烧结致密性 抑制裂纹扩展： 金属增韧、相变、微裂纹增韧、晶须、细晶
其他方法？
仿生 铁电材料的力学性能
裂纹扩展使铁电畴发生翻转，电畴翻转后会导致不协调的应变 材料断裂韧性会发生明显的变化。 物理性能+力学性能
金属与晶粒细化 双重增韧，解决陶瓷刀具脆性问题
结果
人体疲乏无力、烦躁不快，对什么都失去兴趣
如何测定是否疲劳？
• 早晨不能按时醒来，醒后懒得起床 • 走路抬不起腿 • 不想参加社交活动，尤其不愿见陌生人 • 懒得讲话，说话声音细而短，自觉有气无力 • 坐下后不愿起来，时常托腮呆想发楞 • 说话、写文章不时出错 • 提不起精神来，过分地想用茶或者咖啡提神 • 口苦、无味，食欲差，饭菜没滋味，厌油腻，总想加些刺激性调料 • 耳呜、头昏、目眩、眼前冒金星、烦躁、易怒 • 眼睛疲劳，呵欠不断 • 下肢沉重，休息时总想把脚架在桌上 • 入睡困难，想这想那，易醒多梦 • 打盹不止，四肢像抽筋一般
铝合金
由疲劳裂纹同样可以追述过去！
第六章 材料的疲劳
三、疲劳断裂机理
裂纹源
表面滑移带开裂 夹杂物与基体分离或自身断裂 晶界或亚晶界开裂
裂纹扩展 a)应力=0，裂纹闭合
b)拉应力，裂纹张开，尖端45º滑移 c)拉力最大，尖端塑性钝化，扩展停止 d)压应力，裂纹闭合，滑移反方向进行尖端
耳形切口，下一个45º滑移准备 e)压力最大，尖端锐角，一个条带形成
lg a 有限寿命区
第六章 材料的疲劳
短寿命区
长寿命区 ac
四、疲劳性能指标
无限寿命区
疲劳寿命
lgNf
加载开始到试样断裂所经历的应力循环数，Nf 疲劳实验机，不同应力幅a试验一组试样，得lga-lgNf曲线
疲劳寿命曲线，习惯称-N曲线
-N曲线的三区
低循环疲劳区(短寿命区)：应力高于弹性极限，快速断裂1/4-104
复习
第五章：材料的断裂
断裂韧性：KIc
KIc= Y c ac
材料中存在裂纹时，判定断裂的指标
I是指I型裂纹（拉开型）；c是指临界值：KI ＞KIc时，材料断裂 与材料的成分、组织结构有关
由材料KIc和所受应力，可算允许最大裂纹ac 由材料KIc和裂纹尺寸a，可算最大承载力c KIc越大越好
断口形貌
纳米Al2O3-TiC-5%Co粉末
微米Al2O3-TiC-Co
纳米Al2O3-TiC-Co
←刀具 试验→
弹性指标:E和e，We
塑性指标:δ、ψ
强度指标:b，s，0.2 ，k
硬度指标：HB、HRC、HRB、HRA、HV、HK、HL 韧性指标:塑性+强度 冲击韧性指标:ak 韧脆转变指标：Tc 断裂的难易程度: 断裂韧性 KIc
另一种疲劳
法国加谬的《西西里弗的故事》
古希腊神话中的大力神 因为得罪宙斯而被罚做苦力： 将一块巨石推上山顶，然而到了山顶，巨石又滚到山底
俄罗斯陀思妥耶夫斯基 《罪与罚》
对犯人的惩罚 将一堆沙挑到一个地方； 然后又将其挑回原处
第六章 材料的疲劳
背景：异常的现象
1948年美国马丁202运输机正常航行坠毁 1952年美国F86涡轮歼击机空中爆炸 同年人类第1架喷气式客机“彗星”空中爆炸 1998年德国火车出轨 2002年华航波音747-200客机空中解体
超细陶瓷制备中的问题：
细晶陶瓷韧性好 → 超细粉体烧结
金属包覆陶瓷复合粉体
超细粉烧结易长大
金属
陶瓷
？
“壳/核”结构的金属包覆陶瓷粉体
阻止超细陶瓷颗粒的长大 金属均匀分布
晶粒细化和金属双重增韧
国家863计划项目：
金属包覆陶瓷粉体制备技术及其高性能刀具的研究
高性能陶瓷刀具
硬度HRA：93.5~95 抗弯强度：800~1100 MPa 断裂韧性：6~8 MPa•m1/2