材料力学性能-6-材料的抗冲击性能
抗冲击等级
抗冲击等级在现代社会中，我们经常会遇到各种各样的冲击和挑战。
无论是来自外部环境的物理冲击，还是来自内心的情感冲击，我们都需要具备一定的抗冲击能力来保护自己的安全。
本文将从不同角度探讨抗冲击等级，并提供一些建议来增强我们的抗冲击能力。
一、物理冲击等级物理冲击等级是指材料或结构抵御外部冲击的能力。
在工程领域中，我们经常会遇到类似的概念，如抗冲击材料、抗冲击设计等。
例如，在汽车行业中，车辆的抗冲击等级直接关系到乘客的安全。
车辆抗冲击等级的提升可以通过采用更坚固的材料、加强车身结构等方式来实现。
二、心理抗冲击等级心理抗冲击等级是指个体应对外界压力和挑战的能力。
在日常生活中，我们经常会面临各种各样的心理冲击，如工作压力、人际关系问题、情感困扰等。
具备较高心理抗冲击等级的人可以更好地应对这些挑战，保持心态平和和积极的情绪。
那么，如何提高心理抗冲击等级呢？首先，我们需要学会积极应对压力。
可以通过调节自己的心态，寻找解决问题的方法来缓解压力。
其次，建立良好的人际关系也是提高心理抗冲击等级的关键。
与家人和朋友保持良好的沟通和联系，可以在遇到困难时得到更多的支持和理解。
三、经济抗冲击等级经济抗冲击等级是指个人或组织应对经济冲击的能力。
在经济不稳定的时代，我们需要具备一定的经济抗冲击能力来保护自己的财务安全。
例如，建立紧急储蓄基金、多元化投资等都是提高经济抗冲击等级的有效方式。
我们还可以通过提升自己的职业技能和知识水平来增强经济抗冲击能力。
不断学习和提升自己的能力，可以增加在就业市场上的竞争力，降低遭受经济冲击的风险。
四、社会抗冲击等级社会抗冲击等级是指个体或社会群体应对社会变革和挑战的能力。
在当今社会，我们面临着快速变化的社会环境和不断涌现的社会问题。
具备较高社会抗冲击等级的个体和群体可以更好地适应社会变革，保持稳定和发展。
为了提高社会抗冲击等级，我们需要关注社会问题，并积极参与社会公益活动。
通过社会参与，我们可以了解社会问题的根源，提出解决方案，并与他人合作共同推动社会进步。
材料力学性能05_冲击
高强低韧材料1和高韧低强材料2 的A-N曲线有一个交点。说明在 大能量低冲击寿命下，高韧低强 材料2的多冲抗力居上，而在小 能量高冲击寿命时，高强低韧材 料的多冲抗力居上。因此，材料 抵抗大能量一次冲击的能力主要 取决于材料的塑性和韧性，而抵 抗小能量多次冲击的能力则主要 取决于材料的强度。
2020/7/9
18/24
SHPB冲击试验与应力波分析
SHPB实验原理是将试样夹持于两个 细长弹性杆(入射杆与透射杆)之间， 由圆柱形子弹以一定的速度撞击入射 弹性杆的另一端，产生压应力脉冲并 沿着入射弹性杆向试样方向传播。当 应力波传到入射杆与试样的界面时， 一部分反射回入射杆，另一部分对试 样加载并传向透射杆，通过贴在入射 杆与透射杆上的应变片可记录人射脉 冲，反射脉冲及透射脉冲。当材料在 受冲击时瞬间变形可近似地视为恒应 变率，由一维应力波理论可以确定试 样上的应变率、应力、应变。
(2) 弹塑性响应 当冲击载荷产生的应力超过屈服强度而低于104MPa时，材料的响应可用耗散过程来 描述，同时应考虑大变形、粘滞性、热传导等，本构方程十分复杂，呈非线性。
(3) 流体动力学—热力学响应 当冲击载荷产生的应力超过材料强度几个数量级，达到106MPa或更高，材料可作为 非粘性可压缩流体处理，其真实结构可不予考虑，材料的响应可用热力学参数来描 述，其本构关系可用状态方程表示，也为非线性。
2020/7/9
3/24
材料的冲击破坏
载荷以高速度作用于材料的现象称为冲击。材料在冲击载荷作用下 发生的破坏与静载破坏有着不同的特点。冲击破坏过程中的应力波效应 是造成这一差异的主要根源。此外材料的应变率性效应也会对材料的冲 击破坏产生影响。设法在实验测试中将材料的应力波效应与应变率效应 解耦是测定材料动态本构关系的关键。
材料实验技术力学性能测试方法详述
材料实验技术力学性能测试方法详述导言材料在工程中的应用广泛。
为了确保材料能够满足相应的工程要求，在设计和使用过程中，必须对材料的力学性能进行全面的测试和评估。
力学性能测试是材料相关研究的重要一环，它提供了关于材料的强度、硬度、韧性、刚度等信息。
本文将详细介绍常见的材料力学性能测试方法。
一、拉伸试验拉伸试验是最基本的力学性能测试之一，用于评估材料的强度和韧性。
在这个试验中，材料的样品会在受到外力作用下逐渐拉伸，直到断裂。
通过测量载荷和伸长量的变化，可以得到材料的应力应变曲线。
从应力应变曲线中可以得到材料的屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率等信息。
二、硬度测试硬度测试是评估材料抵抗针尖压入的能力。
硬度测试的结果可用于测量材料的硬度，从而根据材料硬度推断出材料的其他性能。
最常见的硬度测试方法包括布氏硬度测试、维氏硬度测试和洛氏硬度测试。
不同的硬度测试方法适用于不同材料的测试。
三、冲击试验冲击试验用于评估材料在受到突然加载时的韧性和抗冲击能力。
通常，冲击试验在室温下进行，并使用冲击力来创造出突然的载荷。
通过测量材料在冲击过程中吸收的能量、残余力等，可以获得材料的冲击韧性等参数。
常见的冲击试验方法包括冲击弯曲试验和冲击压缩试验。
四、弯曲试验弯曲试验用于评估材料在加载时的韧性、刚度和弯曲强度。
在弯曲试验中，材料样品通常被放置在两个支撑点之间，然后在中间进行加载。
通过测量材料的变形、载荷等参数，可以得到材料的弯曲应力应变曲线，进而计算出材料的抗弯强度、弯曲模量等。
五、压缩试验压缩试验用于评估材料在受压状态下的强度和变形特性。
在这个试验中，材料样品通常被放置在两个平行的支撑点之间，并受到垂直方向上的加载。
通过测量载荷和变形等参数，可以计算出材料的压缩应力应变曲线，进而得到材料的抗压强度、压缩模量等信息。
结论材料实验技术力学性能测试方法提供了评估材料性能的重要依据。
拉伸试验、硬度测试、冲击试验、弯曲试验和压缩试验是常用的方法，可以得到材料的强度、韧性、硬度以及变形特性等方面的参数，为工程设计和使用提供参考依据。
探讨材料抗冲击性能的关键因素
探讨材料抗冲击性能的关键因素材料的抗冲击性能是评估其在受到冲击或撞击时的抵抗能力的重要指标。
在工程领域中，材料的抗冲击性能对于确保结构的安全性和可靠性至关重要。
本文将探讨影响材料抗冲击性能的关键因素，并分析其对材料性能的影响。
首先，材料的物理性质是影响其抗冲击性能的重要因素之一。
材料的密度、硬度和弹性模量等物理性质直接影响了材料的抵抗能力。
一般来说，密度较高的材料具有较好的抗冲击性能，因为高密度材料能够吸收更多的冲击能量，并将其分散到周围环境中。
另外，硬度和弹性模量也会影响材料的抗冲击性能。
硬度较高的材料能够更好地抵抗外界冲击力，而弹性模量较高的材料能够更好地回复形变，从而减少冲击对材料的破坏程度。
其次，材料的微观结构也是影响其抗冲击性能的重要因素。
材料的晶粒尺寸、晶体结构和晶界等微观结构特征会影响材料的强度和韧性。
晶粒尺寸较小的材料通常具有较高的强度和韧性，因为小尺寸的晶粒能够限制位错的移动，从而增加材料的强度。
而晶体结构的稳定性和晶界的结构也会影响材料的抗冲击性能。
晶体结构稳定的材料通常具有较好的抗冲击性能，因为结构稳定的晶体能够更好地承受冲击力。
此外，晶界的结构也对材料的抗冲击性能有影响，晶界的存在能够阻碍裂纹的传播，从而提高材料的韧性。
第三，材料的化学成分也会对其抗冲击性能产生影响。
不同的化学成分会导致材料具有不同的力学性能和抗冲击性能。
例如，添加了合适的合金元素可以提高材料的强度和硬度，从而增强其抗冲击性能。
此外，化学成分还会影响材料的晶体结构和晶界特征，进而影响材料的抗冲击性能。
因此，在设计材料时，需要根据具体的应用需求选择合适的化学成分，以达到所需的抗冲击性能。
最后，材料的制备工艺和处理方法也对其抗冲击性能产生重要影响。
不同的制备工艺和处理方法会导致材料具有不同的微观结构和物理性质，从而影响其抗冲击性能。
例如，热处理可以改变材料的晶界结构和晶粒尺寸，进而影响材料的强度和韧性。
此外，表面处理方法如喷涂、镀层等也可以提高材料的抗冲击性能。
材料力学性能指标
= (V0-V1)/V0
2.1.2 材料的静载力学性能指标
静载力学性能是指材料在加载速度较慢 时表现出的力学性能。
(1) 静拉伸试验是工业上应用最广泛的力 学性能评定方法之一。试验时在试样两 端缓慢施加载荷，使其工作部分缓慢地 沿轴向伸长，直至拉断为止。
在应力较小时为弹性变形，外力去除后变 形消失。应力增大到一定程度后，外力去 除后变形也不能完全消失，而是有一部分 残余变形，即发生了塑性变形。材料不发 生塑性变形的最大应力为弹性极限σe。在 弹性变形阶段，应力—应变一般服从虎克 (Hook)定律，成正比关系，但应力达到某 一极限值σp后的短暂的弹性变形阶段应力 和应变偏离直线关系，σp是应力—应变成 正比关系的最大应力，称为比例极限。
静拉伸力学性能—— 应力应变曲线分析
不同材料的应力应变曲线
低碳钢
铝合金
不同材料的应力应变曲线
聚氯乙烯
无机材料
延伸率
材料的塑性是指材料发生塑性变形而不断裂的 能力。
延伸率（elongation percentage)δ定义为试样拉 断后工作部分长度的相对伸长量，即：
lb l0 100%
研究目的和意义
（1）正确地使用材料，保证构件在服役期内有 效运行。 （2）通过对材料力学性能的研究可以评价材料 合成与加工工艺的有效性，并通过控制材料的 加工工艺，提高材料的力学性能。 （3）在材料力学性能理论的指导下，采用新的 材料成分和结构，或新的加工和合成工艺，设 计和开发出新材料，以满足对材料的更高需求。
主要内容
2．1 材料的力学性能指标 2．2 材料的变形 2．3 材料的断裂 2．4 材料的断裂韧性 2．5 材料的疲劳 2．6 材料的抗冲击性能
复合材料的抗冲击性能与测试
复合材料的抗冲击性能与测试在现代工程和材料科学领域，复合材料因其卓越的性能而备受关注。
其中，抗冲击性能是评估复合材料质量和适用性的关键指标之一。
理解复合材料的抗冲击性能以及如何进行准确有效的测试，对于材料的研发、应用和质量控制都具有至关重要的意义。
复合材料通常由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组成，通过特定的工艺结合在一起，从而获得单一材料所不具备的综合性能。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料（如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料）和颗粒增强复合材料（如碳化硅颗粒增强铝基复合材料）等。
抗冲击性能反映了材料在受到突然施加的冲击载荷时吸收能量和抵抗破坏的能力。
对于许多应用场景，如航空航天、汽车工业、体育用品等，良好的抗冲击性能是确保产品安全性和可靠性的关键。
例如，在飞机结构中使用的复合材料必须能够承受鸟撞等突发事件带来的冲击；汽车的保险杠和车身部件需要在碰撞时有效地吸收能量，以保护乘客的安全；而体育用品如自行车车架和滑雪板，则要在运动过程中经受各种冲击而不发生损坏。
那么，复合材料的抗冲击性能究竟受到哪些因素的影响呢？首先，增强材料的类型、含量和分布方式起着重要作用。
以纤维增强复合材料为例，纤维的强度、模量和取向会显著影响材料的抗冲击性能。
通常，纤维沿着主要受力方向排列可以提高材料的抗冲击能力。
其次，基体材料的性能也不容忽视。
基体材料的韧性、强度和黏附性会影响复合材料在冲击载荷下的能量传递和分散。
此外，复合材料的界面性能，即增强材料与基体之间的结合强度和相容性，对其抗冲击性能也有重要影响。
一个良好的界面可以有效地传递载荷，避免局部应力集中，从而提高材料的抗冲击能力。
为了准确评估复合材料的抗冲击性能，科学家们开发了一系列的测试方法。
其中，最常见的包括落锤冲击试验、摆锤冲击试验和高速拉伸冲击试验等。
落锤冲击试验是一种简单而直接的方法。
在该试验中，一个具有一定质量的落锤从特定高度自由落下，撞击复合材料试样。
工程材料的力学性能
工程材料的力学性能
目录
contents
引言 弹性性能 塑性性能 强度性能 韧性性能 工程材料的实际应用
01
引言
力学性能是指材料在受到外力作用时表现出来的性质，包括强度、硬度、塑性、韧性等。
定义
工程材料的力学性能是决定其承载能力和耐久性的关键因素，对于工程安全和经济效益具有重要意义。
重要性
定义与重要性
提高材料的疲劳强度可以通过优化材料成分、改变加工工艺、强化表面处理等方法实现。
06
工程材料的实际应用
机械制造
钢铁材料是机械制造行业的基础材料，用于制造各种机械设备、交通工具和零部件，其耐磨、耐压、耐腐蚀的特性保证了设备的稳定性和可靠性。
建筑结构
钢铁材料广泛应用于桥梁、高层建筑、工业厂房等建筑结构中，以其高强度、高韧性、可塑性强的特点满足各种建筑需求。
韧性性能
冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时抵抗破坏的能力。
材料的冲击韧性与其内部结构、温度、杂质等因素有关。
冲击韧性通常用冲击功、冲击强度等参数来衡量。
冲击韧性对于材料的抗冲击性能和安全使用具有重要的意义。
冲击韧性
断裂韧性是指材料抵抗裂纹扩展的能力，是评价材料抵抗脆性断裂的重要指标。
材料的断裂韧性与其内部结构、温度、加载速率等因素有关。
详细描述
剪切模量是指在剪切应力作用下，材料抵抗剪切变形的能力。它是材料剪切刚度的度量。剪切模量越大，材料抵抗剪切变形的能力越强。
应用场景
在工程设计中，剪切模量是重要的设计参数，用于计算结构件的剪切强度和稳定性，以及预测材料在受力条件下的变形行为。
03
塑性性能
总结词
屈服强度是工程材料在受到外力作用时，开始发生屈服现象的应力极限。
材料冲击实验报告
材料冲击实验报告1. 引言材料的抗冲击性能是评估其在受到外界冲击载荷时能否保持完整性和功能性的重要指标。
为了研究材料的冲击性能，本实验通过对不同材料的冲击实验，评估材料的抗冲击能力，并分析材料的破坏机制。
本实验选取了三种常见的材料进行了冲击测试，包括金属材料 (铝合金)，塑料材料 (聚丙烯)和弹性材料 (聚氨酯)。
2. 实验目的•评估不同材料的抗冲击性能；•分析不同材料的破坏机制；•探讨材料冲击性能与材料特性的关系。
3. 实验装置和材料3.1 实验装置本实验使用的实验装置包括：•冲击试验机：用于提供冲击载荷；•冲击台：固定试样并接受冲击载荷；•冲击传感器：用于测量冲击过程中的载荷；•计算机数据采集系统：用于记录和分析实验数据。
3.2 实验材料本实验选取的材料包括：1.铝合金：作为典型的金属材料，具有很高的强度和硬度。
2.聚丙烯：作为典型的塑料材料，具有良好的韧性和耐冲击性。
3.聚氨酯：作为典型的弹性材料，具有很高的延展性和回弹性。
4. 实验方法4.1 样品制备首先，将铝合金、聚丙烯和聚氨酯分别加工为具有一定尺寸的试样，保证每个试样的尺寸和几何形状一致。
4.2 实验步骤1.将制备好的铝合金试样固定在冲击台上，调整冲击试验机的参数 (如冲击速度、冲击角度等)。
2.使用计算机数据采集系统连接冲击传感器，并调试传感器使其正常工作。
3.进行铝合金试样的冲击实验。
记录冲击过程中的载荷变化，并实时通过计算机数据采集系统保存数据。
4.重复上述步骤，分别对聚丙烯和聚氨酯试样进行冲击实验。
5.对实验得到的数据进行处理和分析，评估不同材料的抗冲击性能。
5. 实验结果和讨论经过冲击实验，得到了铝合金、聚丙烯和聚氨酯试样在不同冲击载荷下的载荷变化曲线。
根据实验数据，可以得到以下结论：1.铝合金在冲击载荷下承受能力较高，其载荷变化曲线较为平缓，说明其具有较好的抗冲击性能。
2.聚丙烯在冲击载荷下表现出较好的韧性，载荷变化曲线相对平缓，但其承受能力相对铝合金较低。
材料性能测试技术详解
材料性能测试技术详解材料的性能是衡量其可靠性和应用范围的重要因素之一。
在工程领域中，对材料的性能要求越来越高，因此开发出一系列科学的测试技术以评估和量化材料的性能就显得尤为重要。
本文将从不同角度详解材料性能测试技术。
一、力学性能测试力学性能是评估材料强度、刚度、韧性和耐磨性等关键指标的重要依据。
常见的力学性能测试方法包括拉伸试验、冲击试验、压缩试验和硬度测试等。
拉伸试验是一种通过对材料施加拉力来测定其抗拉强度、屈服强度和延伸率的方法。
这项测试通常使用拉伸试验机进行。
在测试过程中，加荷到材料上的拉力逐渐增大，直到材料发生断裂。
通过测试中的载荷-位移曲线可以计算出各种参数指标。
冲击试验则是测定材料在受到冲击载荷时的抗冲击性能。
它可以模拟出实际使用过程中的冲击作用，用来评估材料的耐用性和抗冲击性。
冲击试验中，一种常见的测试方法是冲击弯曲试验，利用冲击银子和冲击钳对材料进行冲击。
压缩试验主要用于评估材料在受到压缩时的抗压强度和变形能力。
通过施加压力，测定材料在压缩过程中的载荷-位移曲线，并得出相关参数，从而评估材料的表现。
硬度测试则用于测定材料对外界压力的抵抗能力，即其抗硬性。
常见的硬度测试包括布氏硬度试验、洛氏硬度试验等。
这些测试方法通过压入材料表面的金属球或锥形体，测定压印尺寸，从而计算出硬度值。
二、热学性能测试热学性能测试用于评估材料的热传导性能、热膨胀性、导热性和导电性等。
常见的热学性能测试方法包括热膨胀试验、热传导率测试和热阻测试。
热膨胀试验用于测定材料在温度变化下的热膨胀性。
该测试方法通过在不同温度下测量材料的长度变化或体积变化，从而计算出热膨胀系数。
热传导率测试用于测定材料的热传导性能，即材料传热的能力。
该测试方法通常使用热板法或热流仪进行，通过测量材料内部的温度梯度和传热率来计算热传导系数。
热阻测试则用于评估材料对热流的阻力。
常见的测试方法包括平板热阻测试、界面热阻测试等。
通过测量不同材料层之间的温度差和导热率，可以得出材料的热阻。
材料的力学性能报告
材料的力学性能读书报告一、材料的力学性能材料的力学性能是材料的宏观性能，可以定义为材料抵抗力与外形所呈现的性能。
一般指材料在不同温度下承受各种外加载荷时所表现出的力学特征，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性等。
研究材料的力学性能是材料取得实际应用的基础。
二、应力与应变当材料在外力作用下不能产生位移时，其几何形状和尺寸将发生变化，即形变，其原子、分子、离子间的相对位置和距离会发生变化，在材料的内部会产生原子、分子或离子间的附加内力来抵抗外力，并试图恢复到原来的状态，当达到平衡时，这种附加内力与外力相等、方向相反。
材料单位面积上所受的附加内力，其值等于单位面积上所受的外力，即应力。
表达式F=σ／A ，式中σ为应力，F 为外力，A 为面积。
应变是用来表征材料受力时内部各质点间的相对位移。
晶体材料的应变分为拉伸应变ε、剪切应变γ、压缩应变Δ拉伸应变 剪切应变 压缩应变 0001l l l l l ∆=-=ε0010V V V V V ∆=-=∆γ=tanθ拉伸应变是指材料受到垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时材料发生的形变。
剪切应变是指材料受到平行于截面积的大小相等、方向相反的两个剪切力时发生的形变。
压缩应变是指材料周围受到均匀应力P时，其体积从开始时的V0变化为V1=V0-V 的形变。
三、弹性形变及其性能指标1.对于理想的弹性材料，在应力的作用下会发生弹性形变其应力与应变关系2.服从Hook定律：σ=Eε比例系数E成为弹性模量（Elastic Modulus）,又称弹性刚度3.三种应变类型的弹性模量杨氏模量E、剪切模量G、体积模量B弹性模量的物理本质:原子间结合强度的标志之一弹性模量实际与曲线上受力点的曲线斜率成正比。
影响弹性模量的主要因素①原子结构和键合方式②晶体结构③化学成分④温度⑤微观结构4.泊松比μ:在拉伸试验中，材料横向单位面积的减少与纵向单位面积长度的增加之比值，即在E、G、B和μ四个参数中只有两个独立：E=2G(1+μ) =3B(1-2μ)四、材料的塑形、屈服与应变硬化1.塑性：材料在外力去除后仍保持部分应变的特性塑性形变在足够大的剪切应力 作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
抗冲击试验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在研究不同材料在受到冲击载荷时的性能表现，通过抗冲击试验，测定材料的冲击吸收功、断裂能等指标，评估材料的抗冲击性能。
实验选用不同类型的试样，包括低碳钢、铸铁和铝合金，通过对比分析，探讨材料在冲击载荷下的韧性和脆性变化。
二、实验原理抗冲击试验是研究材料在受到冲击载荷作用下的力学性能的一种实验方法。
实验过程中，将具有一定质量的摆锤从一定高度释放，使其冲击试样，试样在受到冲击过程中所吸收的能量即为冲击吸收功。
冲击吸收功的大小反映了材料在冲击载荷作用下的抗变形能力和抗断裂能力。
冲击吸收功的计算公式如下：\[ Ak = mg(H1 - H2) \]其中，\( Ak \) 为冲击吸收功，\( m \) 为摆锤质量，\( g \) 为重力加速度，\( H1 \) 为摆锤初始高度，\( H2 \) 为摆锤冲击试样后的高度。
三、实验材料与设备1. 实验材料：低碳钢、铸铁、铝合金2. 实验设备：摆锤冲击试验机、游标卡尺、电子秤、试样加工设备等四、实验步骤1. 根据国家标准GB/T 229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，制备不同材料的冲击试样。
2. 将试样安装在摆锤冲击试验机的试样支座上，确保试样缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间。
3. 将摆锤提升至一定高度，使其获得一定的位能。
4. 释放摆锤，使其冲击试样，记录摆锤冲击试样后的高度。
5. 重复上述步骤，进行多次实验，取平均值作为冲击吸收功。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试样：在冲击载荷作用下，低碳钢试样表现出较好的韧性，冲击吸收功较高，断裂能较大。
2. 铸铁试样：铸铁试样在冲击载荷作用下，表现出脆性断裂特征，冲击吸收功较低，断裂能较小。
3. 铝合金试样：铝合金试样在冲击载荷作用下，表现出较好的韧性和塑性，冲击吸收功较高，断裂能较大。
六、结论1. 低碳钢和铝合金在冲击载荷作用下，具有良好的抗冲击性能，适合用于承受较大冲击载荷的场合。
材料的力学性能和弹性模量
材料的力学性能和弹性模量材料的力学性能和弹性模量是材料科学中非常重要的参数，它们与材料的力学行为和性能密切相关。
本文将对材料的力学性能和弹性模量进行详细介绍和分析。
一、力学性能1. 强度：材料的强度是指材料在受力情况下能够承受的最大应力。
强度高的材料具有较高的抗拉、抗压等能力，常用来制造承重结构或需要抗外力作用的零部件。
2. 韧性：材料的韧性是指材料在受力情况下能够吸收能量的能力。
韧性高的材料能够在受到冲击或弯曲时发生塑性变形而不易断裂，常用于制造需要抗冲击或吸能的零部件。
3. 延展性：材料的延展性是指材料在受力情况下能够发生塑性变形的能力，即能够被拉长或压扁。
延展性高的材料具有较好的可加工性和适应性，常用于制造需要复杂形状或变形的零部件。
4. 脆性：材料的脆性是指材料在受力情况下发生断裂的倾向。
脆性高的材料容易发生断裂，常用于制造需要刚性和脆性的结构或零部件。
二、弹性模量弹性模量是材料在弹性阶段的应力和应变之间的比例关系。
常用的弹性模量包括杨氏模量、剪切模量和泊松比。
1. 杨氏模量：杨氏模量是指材料在拉伸或压缩过程中单位面积的应力与应变之间的比值。
杨氏模量越大，材料的刚度越高，即抵抗外力变形的能力越强。
2. 剪切模量：剪切模量是指材料在剪切过程中单位面积的剪应力与剪应变之间的比值。
剪切模量描述了材料在剪切应力作用下的变形特性。
3. 泊松比：泊松比是指材料在受力方向上的拉伸或压缩与垂直方向上的应力变形之间的比值。
泊松比描述了材料在受力作用下的变形特性，对材料的破坏和失效具有重要的影响。
三、材料选择和应用材料的力学性能和弹性模量是根据具体应用需求进行选择的。
不同的材料在力学性能和弹性模量上具有各自的优势和适用范围。
1. 金属材料：金属材料具有优异的强度和韧性，常用于制造机械零件、建筑结构和汽车零件等需要抗拉、抗压和抗冲击能力的领域。
2. 高分子材料：高分子材料具有良好的延展性和可加工性，常用于制造塑料制品、橡胶制品和纤维材料等需要复杂形状和变形能力的领域。
工程材料的力学性能
抗拉强度是通过拉伸试验测定的。拉伸试验的方法 是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力 和相应的伸长，直至断裂。根据测得的数据，即可求出 有关的力学性能。 下面把试验作一简单介绍：
r 0.2
r 0.2
S0
08:58:08
机械零件在工作时如受力过大，则因过量的塑性变 形而失效。当零件工作时所受的力，低于材料的屈 服点或规定残余伸长应力，则不会产生过量的塑性 变形。材料的屈服点或规定残余伸长应力越高，允 许的工作应力也越高，则零件的截面尺寸及自身质 量就可以减少。因此，材料的屈服点或规定残余伸 长应力是机械设计的主要依据，也是评定材料优劣 的重要指标。 ②抗拉强度 材料在拉断前所能承受的最大应力 称为抗拉强度。用符号 σb 表示，按下列公式计算：
08:58:10
维氏硬度用符号 HV 表 示， HV 前面为硬度值， HV 后面的数字按顺序表示试 验 条 件 。 例 如 640HV30 表 示 用 294.2N(30kgf) 试 验 力，保持 10—15s( 可省略 不标 ) 测定的维氏硬度值 为640。 维氏硬度因试验时所加的试验力小，压入深度较浅， 故可测量较薄的材料，也可测量表面渗碳、氮化层的硬度。 而维氏硬度值具有连续性(HVl0～1000)，故可测定很软到 很硬的各种材料的硬度，且准确性高。维氏硬度试验的缺 点是试验时需要测量压痕对角线的长度，测试手续较繁； 压痕小，对试件表面质量要求较高。
08:58:10
(2) 洛氏硬度 ①洛氏硬度测试原理 在初始试验力 (F0) 及总试验力 (F0+F1)先后作用下，将压头(金刚石圆锥体或钢球)压入 试样表面，经规定保持时间后卸除生试验力 (F1) ，用保 持初始试验力的条件下，测量的残余压痕深度增量来计 算硬度。图 1--7 为用金刚石圆锥体压头进行洛氏硬度试 验的示意图。从图中看出，洛氏硬度值 (HR) 是用洛氏硬 度相应标尺刻度满量程(100)与残余压痕深度增量（e)之 差计算硬度值。计算公式如下 HR=k-e 式中 HR--洛氏硬度值；K——常数，用金刚石圆锥体 压头进行试验时K为100；用钢球压头进行试验时，K为 130；e——残余压痕深度增量，单位为0.002mm。
工程材料的力学性能
弹性后效
总结词
弹性后效是指材料在卸载后，弹性变形部分不能完全恢复的现象。
详细描述
当材料在弹性范围内受到外力作用时，会发生弹性变形。当外力卸载后，材料 的弹性变形部分不能完全恢复，这种现象称为弹性后效。弹性后效的程度取决 于材料的种类和加载条件。
03
塑性性能
屈服强度
定义
屈服强度是材料在受到外力作用时，开始发生屈服现 象的应力极限。
工程材料的力学性能
目录
• 引言 • 弹性性能 • 塑性性能 • 强度性能 • 韧性性能 • 工程材料的选用01引言定义与重要性定义
工程材料的力学性能是指材料在 受到外力作用时表现出的性质， 如强度、硬度、韧性、弹性等。
重要性
力学性能是评价材料性能的重要 指标，对于工程结构的稳定性、 安全性和使用寿命具有至关重要 的作用。
影响因素
材料的延伸率与材料的成分、组织结构和温度等因素有关。
弯曲强度
定义
01
弯曲强度是材料在受到弯曲应力作用时，发生弯曲破坏的应力
极限。
意义
02
弯曲强度是衡量材料抵抗弯曲变形和破坏的能力，对于材料的
弯曲性能有重要意义。
影响因素
03
材料的弯曲强度与材料的成分、组织结构、温度和受力状态等
因素有关。
04
材料选择的原则
适用性原则
材料应满足工程要求，具有所需的力学性能、 耐久性和稳定性。
可行性原则
材料应易于加工、制造和安装，能够实现工 程结构的制造和施工。
经济性原则
在满足性能要求的前提下，优先选择价格低 廉、易于加工和采购的材料。
环保性原则
优先选择可再生、可回收、低污染的材料， 减少对环境的负面影响。
材料力学与抗冲击性能的关系研究
材料力学与抗冲击性能的关系研究材料力学是研究材料在受力作用下的力学性能的学科，而抗冲击性能则是材料在受到冲击或撞击时所能承受的能力。
这两者之间存在着密切的关系，通过研究材料力学参数的变化，可以更好地了解材料的抗冲击性能。
首先，材料的力学性能对其抗冲击性能有着直接的影响。
强度是材料力学性能中最重要的指标之一，它反映了材料在受力作用下的抵抗能力。
一般来说，强度越高的材料，其抗冲击性能也会相应增强。
这是因为在受到冲击或撞击时，材料需要承受更大的力量，如果材料的强度不够，就会发生破裂或变形，无法有效地抵抗冲击。
因此，提高材料的强度可以有效地提升其抗冲击性能。
其次，材料的韧性也是影响抗冲击性能的重要因素。
韧性是指材料在受到外力作用下发生塑性变形的能力。
具有较高韧性的材料在受到冲击时能够吸收更多的能量，从而减少冲击对材料的破坏。
相反，韧性较低的材料容易发生脆性断裂，无法有效地吸收冲击能量，从而导致严重的破坏。
因此，提高材料的韧性可以提升其抗冲击性能。
此外，材料的断裂韧度也对抗冲击性能有着重要的影响。
断裂韧度是指材料在断裂前所吸收的能量。
断裂韧度越高，材料在受到冲击时能够吸收更多的能量，从而减缓冲击的影响，提高抗冲击性能。
因此，提高材料的断裂韧度可以有效地提升其抗冲击性能。
此外，材料的微观结构也对其抗冲击性能有着重要的影响。
微观结构中的晶粒尺寸、晶界、孔隙等因素都会影响材料的力学性能和抗冲击性能。
例如，晶粒尺寸较小的材料通常具有较高的强度和韧性，能够更好地抵抗冲击。
而孔隙和缺陷则会降低材料的强度和韧性，使其更容易发生破裂。
因此，通过调控材料的微观结构，可以有效地改善其抗冲击性能。
综上所述，材料力学与抗冲击性能之间存在着密切的关系。
通过研究材料的力学性能参数，如强度、韧性和断裂韧度，以及调控材料的微观结构，可以有效地提升材料的抗冲击性能。
这对于各种领域的材料应用具有重要的意义，如航空航天、汽车制造、建筑工程等。
分析材料力学对抗冲击性能的影响因素
分析材料力学对抗冲击性能的影响因素材料力学是研究材料在外力作用下的力学性能的学科。
在工程领域中，材料力学的研究对于分析和预测材料在冲击载荷下的性能至关重要。
本文将探讨材料力学对抗冲击性能的影响因素。
首先，材料的强度是决定其抗冲击性能的关键因素之一。
强度指的是材料在外力作用下能够承受的最大应力。
强度越高，材料在冲击载荷下的变形和破坏能力就越强。
例如，高强度钢材通常具有较好的抗冲击性能，因为它们能够承受更高的应力而不会发生塑性变形或断裂。
其次，材料的韧性也对抗冲击性能起着重要作用。
韧性是指材料在外力作用下能够吸收能量并发生塑性变形的能力。
具有高韧性的材料能够在冲击载荷下发生较大的塑性变形，从而减缓冲击力对结构的影响。
例如，一些聚合物材料具有较高的韧性，因此在一些冲击载荷较大的应用中被广泛使用。
此外，材料的硬度也会影响其抗冲击性能。
硬度指的是材料抵抗划痕或压痕的能力。
较高的硬度通常意味着材料具有较好的抗冲击性能，因为它们能够抵抗冲击载荷引起的表面破坏。
例如，一些陶瓷材料具有较高的硬度，因此在一些需要高抗冲击性能的应用中被广泛使用。
此外，材料的密度也会对其抗冲击性能产生影响。
密度越大，材料在冲击载荷下的变形和破坏能力就越强。
例如，金属材料通常具有较高的密度，因此在一些需要高抗冲击性能的应用中被广泛使用。
最后，材料的微观结构也会对其抗冲击性能产生重要影响。
材料的晶体结构、晶界和缺陷等微观结构特征会影响材料的力学性能。
例如，晶体的晶界能够阻碍位错的移动，从而增加材料的强度和韧性。
此外，材料中的缺陷如夹杂物、裂纹等也会对材料的抗冲击性能产生重要影响。
综上所述，材料力学对抗冲击性能的影响因素包括强度、韧性、硬度、密度和微观结构等。
了解这些因素对材料性能的影响，有助于工程师和科学家设计和选择具有良好抗冲击性能的材料，从而提高结构的安全性和可靠性。
抗冲击计算
抗冲击计算抗冲击计算是针对材料或结构在受到突然冲击时的反应能力进行评估的过程。
这种计算可以应用于各种领域，例如航空航天、建筑工程、交通运输等，用于确定材料或结构的可靠性和安全性。
在抗冲击计算中，我们可以考虑以下几个方面的内容：1. 冲击载荷：冲击载荷是指外加于材料或结构上的突然冲击力。
冲击载荷的大小和方向对材料或结构的抗冲击能力产生重要影响。
冲击载荷可以分为单向冲击和多向冲击，需要根据实际情况具体考虑。
2. 材料特性：材料特性是指材料的力学性能、物理性质和几何形状等。
在抗冲击计算中，需要考虑材料的强度、韧性、刚度和断裂韧性等参数。
这些参数可以通过材料力学测试和实验获得。
3. 结构设计：结构设计是指在给定的载荷下，确定材料的几何形状和尺寸，以满足抗冲击能力的要求。
结构设计包括选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸，以及进行应力和变形的分析计算。
结构设计需要考虑抗冲击的目标和限制条件，例如最大位移、应力或变形等。
4. 抗冲击评估方法：抗冲击评估方法可以通过数值模拟和实验测试两种途径进行。
数值模拟基于数学模型和计算机软件，可以预测结构在给定冲击载荷下的响应。
实验测试可以通过加载设备和传感器等进行，可以直接测量结构的应力、变形或位移等指标。
数值模拟和实验测试通常需要相互验证，以提高评估的准确性和可靠性。
5. 结果分析和优化：在抗冲击计算中，需要对计算结果进行分析和优化。
分析可以包括对材料或结构的响应载荷、应力、变形和位移等进行评估。
通过分析结果，可以确定材料或结构的抗冲击能力是否满足要求，以及是否需要做进一步的优化和改进。
综上所述，抗冲击计算是针对材料或结构在受到突然冲击时的反应能力进行评估的过程。
通过考虑冲击载荷、材料特性、结构设计、抗冲击评估方法和结果分析等内容，可以确定材料或结构的抗冲击能力，并进行优化和改进。
对于不同的应用领域和具体情况，可以有不同的抗冲击计算方法和技术。
最终目标是提高材料和结构的可靠性和安全性。
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同一材料用不同缺口试样测得的吸收功是不同的，且不存在换算关系，是不可比的。
冲击韧性 αk ：
冲击吸收功 Ak 除以缺口底部净横截面积 SN：
αK = AK / SN
αk的单位为 J / cm2
注：Ak 的单位为N·M(J)。
冲击吸收功的意义
• 冲击实验中，冲断试样所吸收的冲击吸收 功是冲击截面附近材料累积消耗的断裂总 功。（忽略试样掷出、机身振动、空气阻力等）
缺口试样冲击吸收功Ak和解理断口百分数与温度关系
• Ak −T曲线存在上、下二个平台Akmax和Akmin ，
• Ak值进入上平台的温度T1－100%纤维状断口，此 温 度 称 为 塑 性 断 裂 转 变 温 度 FTP （ Fracture Transition Plastic）。
T> FTP ，则脆性断裂的几率趋于零，材料呈 现为完全韧断状态；
（Fracture Appearance Transition Temperature）
冷脆转变的断口（冲击断口）
• 缺口冲击试样的断口也分为三个区：
纤维区、放射区和剪切唇区。
各区的相对比例及分布 视材料的塑性而定。通 常裂纹源位于缺口根部 （受拉应力）的中段稍 离表面处。在受压应力 区，裂纹扩展速率减小 而出现二次纤维区。
• 塑性较好的材料，裂纹沿二侧向深度方向稳定 扩展，中央部分较深，构成中部突进式的纤维 状区域，然后失稳扩展而形成放射区。由于试 样的无缺口侧受压应力，应力状态变软，因而 可在此侧出现二次纤维区。
• 塑性很好的材料，则放射区可完全消失，整个 断面上只存在纤维区和二侧及底部最后形成的 剪切唇；
• 若材料塑性很差，则受压侧塑性变形区很小， 二次纤维区会消失，直至观察不到剪切唇，这 时断口几乎全部为放射区。
服强度重合，材料呈脆性断裂。
因此，Tk称为冷脆转变温度。
• 实际情况下，冷脆转变是在一个温度范 围内进行的，所以Tk只是这个范围的某 种表征值。
二、冷脆转变温度的评定和影响因素
• 冷脆转变温度是一个温度范围，但在材料 冷脆敏感性评定和工程构件的选材上都希 望用单一的温度值Tk来表征。
• 即使在同一材料的同一试样冲击吸收功— —温度曲线上，由于定义不同，也会得到 不同的Tk值。
• 对于高强度材料，如高强钢、钛合金等，在缺 口存在的所有温度下，通常都是脆性断裂，冲 击值都很低，因此冷脆现象也不明显；
• 对工程上应用很广的低、中强钢材料，则在低 温时可表现为解理断裂，而在高温时呈现韧性 断裂，即在某一温度范围内，冲击值对温度十 分敏感，因此对这类材料制造低温服役的结构 件时，必须考虑冷脆转变温度的影响。
• 当T<Tk时，σc<σs，即在屈服
变形前应力已经达到了σc，
满足了裂纹失稳的必要条件，
从而导致脆性断裂。
屈服应力σs和裂纹失稳扩展 临界应力σc随温度变化
• 实际上，即使在解理断裂中，裂纹形核 也是塑性变形的结果，而当应力达到 σc 时（σc<σs）尚无裂纹成核，不满足裂纹 失稳的充分条件。因此，只有当应力继 续增大到σs时，因塑性变形使裂纹成核 和裂纹扩展同时进行，即断裂强度与屈
• 晶粒尺寸：细化晶粒使Tk下降。
6、材料的抗冲击性能
许多机器零件在实际工作中要受到冲击 载荷的作用，如冲床、锻锤等，冲击载荷属 于动态载荷，而且，温度降低和加载速度提 高都会增加材料的脆断倾向。
本章主要讨论冲击载荷作用下材料的性 能评定和冷脆倾向及其影响因素。
6.2 冲击试验和冲击韧性
缺口、低温和高应变率是影响材料 脆化的三个因素，可使材料由原来的韧 性断裂状态变为脆性断裂状态。在影响 材料脆化的这三个因素中，缺口所造成 的脆化是最重要的。
• 若塑性功占比例很大，裂纹扩展的撕裂功 也大，则断口则是以呈纤维状为主的韧性 断口。
• 因此，Ak值的大小并不能直接反映材料的 韧或脆的性质，只有其中的塑性功，特别 是撕裂功的大小才显示材料的韧性本质。
冲击实验的应用
• 冲击试验采用了缺口试样，在缺口根部由于三向应力的 形成，使所处的应力状态变“硬”，加之冲击加载在缺 口根部形成很高的应变速率，这些作用提高了材料的脆 化倾向，而且这种脆化倾向主要是缺口所致（因为冲击 加载使缺口周围区域产生塑性变形，而松弛应力集中的 过程来不及进行）。所以，从这个意义上说，冲击吸收 功主要是反映材料的缺口敏感性。
冷脆现象与材料屈服应力σs和裂纹失稳扩展临界 应力σc（解理断裂强度）随温度的变化有关。
• σs随温度升高而明显下降， 而σc则对温度较不敏感。因 而 ， 在 某 温 度 Tk 时 二 种 应 力 相等。
• 当T>Tk时，σc>σs，材料先发 生屈服和形变硬化，使应力
σc
上升达到σc时呈韧性断裂；
• 放射区表征脆性断裂； • 纤维区及剪切唇区表征韧性断裂； • 在典型的冷脆转变条件下，几乎可以观察
到由100%的纤维+剪切唇区断口向100%的 放射区断口的过渡。
评定脆性转变温度TK时应注意：
• 不同材料对比冷脆性时，应采用相同定义 的TK 值；
• 用缺口弯曲试样测定的TK 值与实际零件的 TK值可能会因尺寸、形状等因素的影响， 有较大差异。
对于韧性好的材料，即使温度降至很低，也难 以产生脆性断裂，且冲击造成高应变率产生的脆化 作用也很有限。故冲击试验采用缺口试样。
冲击弯曲试验标准试样是U型或V型缺口，分别称 为夏比（Charpy）U型缺口试样和夏比V型缺口试样。
冲击试验原理
试验在摆锤式冲击试验机上进 行。将试样水平放在试验机支 座上，缺口位于冲击相背方向。 试验时，将具有一定质量的摆 锤 抬 起 至 一 定 高 度 H1 ， 使 其 获得一定的势能，然后将摆锤 放下，在摆锤下落至最低位置 处将试样冲断，之后 摆锤升 值 高 度 H2 。 摆 锤 在 冲 断 试 样 时所做的功称为冲击吸收功： 缺口试样冲击弯曲试验原理
的现象。
6.3 低温脆性和冷脆转变温度
一、低温脆性现象（冷脆转变）
材料因温度的降 低导致冲击韧性的急 剧下降并引起脆性破 坏的现象称为低温脆 性（冷脆）。
不同材料在冷脆 温度区间的冲击值与 温度的关系大致有三 种类型：
不同材料的冷脆倾向
• 对中、低强度的面心立方金属材料，其冲击值 在很宽的工程应用温度范围内都很高，可以不 考虑低温脆性和冷脆转变问题；
• Ak值进入下平台的温度T2－100%解理断口，此温 度 称 为 无 塑 性 温 度 NDT （ Nil Ductility Temperature）。
T< NDT ，则材料处于完全脆断状态。
断口形貌转变温度50% FATT：
• 定义对应于50%（断面占比）解 理断口的特征温度，称为断口形 貌转变温度，即50% FATT。
• 主要机制与位错被钉扎有关。当位错运动与其它 位错交割或因遇到内应力峰而受阻从而暂时停滞 时，在一定温度下溶质原子可借热激活而扩散并 重新在位错周围聚集形成气团，钉扎位错使之运 动受到更大的阻力，相应地提高变形抗力，并使 塑性下降而呈现出脆性。
• 重结晶脆性是在A1∼ A3温度区间，钢 中为α+γ二相混合组织，冲击值降低
• 冲击吸收功和冲击韧性值对金属材料的组织结构、冶金 缺陷比较敏感，可检验、控制材料的冶金质量及热加工 质量。
• 冲击实验可评定材料从低温到高温出现的各种脆化现象， 例如冷脆、蓝脆指钢加热到500℃左右出现冲击值下降的现象。 此时断裂面表面氧化呈蓝色。
• 蓝脆现象是一种在塑性变形过程中发生的应变时 效过程，可以称为动态应变时效。
• 因此，由缺口试样测定的TK只能作为工程 应用中的一种定性判断，对于重要构件应 用更接近实际工况的实验评定。
影响Tk的主要因素： • 材料结构的影响
• 合金成分的影响：钢中的 C、P、O、H、N、 Mo、Al、Si都使Tk上升；Ni、Mn、Ti、V都 使 Tk 下降；
• 组织的影响：冷作时效、上贝氏体使Tk上升； 低温马氏体、奥氏体组织、高温回火组织都使 Tk下降；
• 由冲断过程中所耗的功由三部分组成：
弹性功、塑性功、撕裂功（裂纹扩展功）
• 对不同材料，其冲击吸收功可以相同，但它们 的弹性功、塑性功和撕裂功却可能差异很大。
显然，冲击吸收功的大小难以真实反映材料的韧 性性质。
• 若弹性功所占比例很大，塑性功比例很小， 撕裂功几乎为零，则表明材料断裂前塑性 变形小，裂纹一旦形成便立即扩展直至断 裂，断口必然呈放射状甚至结晶状的脆性 断口。