工程材料力学行为
材料的力学行为
2、孪生
孪晶（带）：发生切变的晶体部分。
每层原子面相对于相邻原子面的移动量相同，移动距离和离
孪生面的距离成正比，且不是原子间距的整数倍。
孪生变形部分晶体与未变形部分晶体在孪生面两侧呈镜面对
称。
产生孪生所需要的切应力一般高于滑移所需，即是否
产生孪生与晶体是否产生滑移有关。
孪生变形会引起晶格畸变，因此产生的塑性变形量不
迥线包围的面积表示输入的能量，即单位体积的材料在每一周期所 消耗的能量（消耗于加热材料和周围的环境）。
原子移动消耗部分机械能为热能而消散
滞弹性对振动过程起阻尼作用
四、高弹性
一般弹性变形不能超过某一个范围。
如：结晶态物质
弹性体：可逆弹性变形范围大的材料。
如：橡胶→100％以上
特点：弹性变形大，弹性模量小，且弹模随温度升高
流动：材料内部质点调换其相邻质点的切变过程
固体材料的塑性变形→晶体的塑性流动
原子面按照晶体学规律相互滑动
（一）单晶体的塑性流动
1、滑移（主要原因）
晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）的一定方向
（滑移方向）相对于晶体的另一部分发生滑动。
结果：在晶体表面造成相对位移，形成滑移台阶
滑移带 滑移台阶 滑移线
塑性和脆性随温度、含水率、加荷速度而改变
沥青：低温脆性，高温塑性
塑性变形
屈服强度
材料由弹性行为转变为塑性行为时所承受的应力。
σ 屈服强度 σb 弹性变形 ε 塑性变形 破坏
a’— 比例极限
a — 弹性极限 b — 屈服上限 c — 屈服下限 e — 极限强度
二、塑性变形机理
亚微观和微观看，永久变形是结构发生了流动
材料的力学行为和性能
（2）钢的淬透性 1）淬透性的概念 淬透性是在规定条件下，决定钢材有效淬硬层深度 和硬度分布的特性，它是钢材本身固有的属性，也 是钢重要的热处理工艺性能之一。钢的淬透性主要 取决于马氏体的临界冷却速度。凡是增加过冷奥氏 体的稳定性，减小马氏体临界冷却速度的因素，都 可以提高钢的淬透性。
钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性， 它主要决定于M的碳含量。
3.钢的淬火 （1）淬火工艺 将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为Ac3 以上30 ℃～50 ℃；共析钢和过共析钢为Ac1 以上30 ℃～50 ℃），保温一定时间后快速 冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬 火。 常用的冷却介质是水和油。 常用的淬火方法有单介质淬火，双介质淬火， 分级淬火和等温淬火等。
洛氏硬度
硬度标尺：HRA、HRB、HRC。其中 C标尺最常 用 。 在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用.
维氏硬度 表示方法： 如：640HV30/20 测量精度高、范围广， 但比较麻烦，主要用于 研究工作。
注： 各硬度值之间大致有以下关系： 布氏硬度值在200-600范围内， HBW≈10HRC； 布氏硬度值小于450HBS， HBW≈HV
二、材料的静态力学性能
1、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有： 屈服强度σ s，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ 和断面收缩率Ψ 。
2、硬
度
硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面 的能力。 布什硬度（HBW）
F 2F HBW S D（D D 2 d 2）
工程材料第二章 (材料的力学行为)
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材料规定应力循环基数
钢铁材料：应力循环次数 为：107 有色金属：应力循环次数 为：108
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2.1.4 冲击韧度（韧性） 1）概念
材料在冲击载荷的作用下，抵 抗破坏的能力。
2）试验方法
一次冲击弯曲实验，或称一次 性摆锤弯曲冲击试验。
3）冲击韧度指标
以材料受冲击断裂时单位面积 上所消耗的能量来表示的。 (J/mm2 ) Ak-冲击功，F-缺口处截面积
51
（3）残余应力的危害 降低工件的承载能力 当残余应力与工作应力一致时可能会使工件 产生宏观或微观的破坏。 使工件尺寸及形状发生变化 ； 在其平衡状态受到破坏，工件的应力状态将 发生变化，从而引起工件形状和尺寸的变 化，丧失精度。 降低工件的耐蚀性 残余应力的存在，使金属晶体处于高的能量 状态下，金属易与周围介质发生化学反应， 而导致金属耐蚀性降低 （4）消除残余应力主要方法：
ak ＝Ak /F
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一般情况下： a 值越小,表明材料的韧性越 低， 脆性越大。 一般把韧性值a 高的材料称作 韧性材料， a 值低的材料称为 脆件材料。
k k k
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Titanic沉没原因
Titanic ——含硫高的钢 板，韧性很差，特别是在 低温呈脆性。所以，冲击 试样是典型的脆性断口。 近代船用钢板的冲击试样 则具有相当好的韧性。
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3) 孪生
(1) 孪生变形 在切应力作用下，晶体的 一部分对应于一定的晶面 （孪晶面）产生一定角度 的切变。 (2) 特点 原子移动的距离与原子离 开孪晶面的距离成正比； 相邻原子间的位移只有一 个原子间距的几分之一。
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2.2.2 多晶体的塑性变形
1) 晶界和晶粒位向的影响
(1) 晶界的影响 两晶粒试样拉伸变形特点 远离晶界的地方变形量较 大，而晶界附近变形量较小 （“竹节”现象）。
材料力学行为
材料力学行为引言材料力学行为是指材料在受到外部力或加载下的变形和破坏过程。
研究材料力学行为对于设计和优化材料及结构具有重要意义。
本文将介绍材料力学行为的基本概念、应力应变关系、材料的弹性和塑性行为以及材料破坏机制。
基本概念材料力学行为的基本概念包括应力、应变、弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
1.应力：应力是单位面积上的力，通常用符号σ表示。
根据受力方式的不同，应力可以分为拉应力、压应力、剪应力等。
2.应变：应变是物体长度相对于初始长度的变化比例，通常用符号ε表示。
根据变形模式的不同，应变可以分为线性应变、剪切应变等。
3.弹性模量：弹性模量是材料在弹性变形时的应力和应变之间的比例关系，通常用符号E表示。
弹性模量越大，材料的刚度越大。
4.屈服强度：屈服强度是材料开始发生塑性变形的应力值。
超过屈服强度后，材料会发生不可逆的变形。
5.断裂强度：断裂强度是材料在拉伸过程中断裂前的最大应力值，也称为极限强度。
应力应变关系材料的应力应变关系描述了材料在外部加载下的行为。
根据材料的性质和加载条件的不同，应力应变关系可以分为线性弹性、非线性弹性和塑性三种情况。
1.线性弹性：在线性弹性阶段，材料的应力和应变之间存在着线性关系。
根据胡克定律，线性弹性材料的应力与应变成正比，即σ = Eε，其中E为杨氏模量。
2.非线性弹性：当材料受到更大的应力时，应力应变关系可能不再是线性的，而是存在一定的非线性变化。
通常在应力达到屈服强度范围时出现非线性变化。
3.塑性：当材料受到超过屈服强度的应力时，材料开始发生塑性变形，并且在应力解除后仍然保持一定的塑性变形。
塑性变形通常伴随着材料微观结构的变化。
材料的弹性和塑性行为材料的弹性行为是指在加载后能够恢复到初始状态的能力。
材料的塑性行为是指材料在受力过程中发生可持续的形变。
1.弹性行为：材料在弹性阶段内，其应力-应变关系呈线性关系。
当外加载荷作用移除后，材料能够恢复到原始形态，无永久塑性变形。
机械工程材料—材料的力学行为
1. 拉伸试验 按国家标准GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》制作标准拉伸试 样，在拉伸试验机上缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力F，并引起试样沿轴 向伸长ΔL=Lu－Lo，直至试样断裂。将拉力F除以试样原始截面积So，即得拉应 力R，即R=F/So，单位为N/mm2；将伸长量ΔL除以试样原始长度Lo，即得应变ε。 以R为纵坐标，ε为横坐标，则可画出应力应变图，如图2.1所示。此图已消除试 样尺寸的影响，从而能直接反映材料的性能。
3) 塑性
Rm
Fm So
N/mm2
材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力称为塑性。塑性大小用
断后伸长率A和断面收缩率Z来表示。即
A Lu Lo 100% Lo
Z So Su 100% So
A、Z越大，材料塑性越好。由于伸长率值与试样尺寸有关，因此，比较伸
长率时要注意试样规格的统一。
第2章 材料的力学行为
第2章 材料的力学行为
1.1
第2章 材料的力学行为
本章内容
•材料的性能 •金属的塑性变形与再结晶 •金属的热加工 •材料的超塑性 •高聚物的力学状态 •习题
1.2
第2章 材料的力学行为
教学提示： 一、学习方法 对于材料的力学性能，只要掌握和理解基本内容即可，着重理解力学性能指标及 名词、术语的物理意义。 对金属的塑变，首先应理解单晶体金属塑性变形的主要方式——晶面间的滑移， 进而了解位错对塑性变形的贡献；在此基础上，了解晶界和晶粒位向对滑移的影响， 即可理解多晶体的塑性变形；结合地毯模型理解位错的作用和位错密度增加对性能的 影响。 理解了大分子链的运动方式，有利于高聚物的三种力学状态等方面知识的掌握。 二、重点和难点 力学性能的重点是金属材料力学性能的物理意义，有关材料的物理性能、化学性 能和工艺性能只要求做一般了解。 金属塑变的重点是塑性变形的实质、位错滑移机理、冷变形强化和细晶强化，难 点是多晶体的塑性变形过程。 高聚物的力学状态的重点是大分子链的运动方式及3种力学状态，难点是结晶和交 联的影响。
工程材料的力学行为-变形、断裂与疲劳的工程方法
工程材料的力学行为-变形、断裂与疲劳的工程方法工程材料的力学行为变形、断裂与疲劳的工程方法工程材料的力学行为是指材料在受力作用下的变形、断裂和疲劳等力学特性。
这些特性对于工程设计和材料选择至关重要。
本文将介绍工程材料的力学行为变形、断裂和疲劳的工程方法。
一、变形的工程方法变形是指材料在受力作用下发生的形状和尺寸的改变。
变形的工程方法主要包括弹性变形和塑性变形。
1.弹性变形弹性变形是指材料在受力作用下发生的可逆变形。
当外力作用消失时，材料会恢复到原来的形状和尺寸。
弹性变形的工程方法主要包括杨氏模量和泊松比。
杨氏模量是指材料在弹性变形时单位应力下的应变。
杨氏模量越大，材料的刚度越大，弹性变形能力越强。
泊松比是指材料在弹性变形时横向应变与纵向应变之比。
泊松比越小，材料的弹性变形能力越强。
2.塑性变形塑性变形是指材料在受力作用下发生的不可逆变形。
当外力作用消失时，材料不会恢复到原来的形状和尺寸。
塑性变形的工程方法主要包括屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数。
屈服强度是指材料在塑性变形时开始发生塑性变形的应力值。
延伸率是指材料在塑性变形时断裂前的伸长量与原始长度之比。
冷加工硬化指数是指材料在冷加工过程中硬度的增加量。
二、断裂的工程方法断裂是指材料在受力作用下发生的破裂现象。
断裂的工程方法主要包括断裂韧性和断裂强度。
1.断裂韧性断裂韧性是指材料在断裂前吸收的能量。
断裂韧性越大，材料的抗断裂能力越强。
断裂韧性的工程方法主要包括冲击韧性和拉伸韧性。
冲击韧性是指材料在受冲击载荷作用下的抗冲击能力。
拉伸韧性是指材料在拉伸载荷作用下的抗拉伸能力。
2.断裂强度断裂强度是指材料在断裂时的应力值。
断裂强度越大，材料的抗断裂能力越强。
三、疲劳的工程方法疲劳是指材料在受交变载荷作用下发生的损伤和破坏。
疲劳的工程方法主要包括疲劳寿命和疲劳极限。
1.疲劳寿命疲劳寿命是指材料在受交变载荷作用下能够承受的循环次数。
疲劳寿命越长，材料的抗疲劳能力越强。
材料力学行为和破坏机理概述
材料力学行为和破坏机理概述材料力学行为和破坏机理是材料科学与工程领域中的重要研究方向。
通过对材料力学行为的研究，可以深入了解材料在受力下的表现，从而为材料设计和工程应用提供基础理论支持。
同时，破坏机理的研究有助于掌握材料的失效原因，提高材料的强度和耐久性。
材料力学行为主要包括弹性、塑性、粘弹性和蠕变等方面的研究。
弹性是指材料在受力后可以恢复原状的性质。
弹性密度矩阵是一个重要的参数，它描述了材料在受力下的变形行为。
当材料受到外力作用时，其原子和分子会发生位移和变形，形成应力和应变。
弹性力学模型可以通过应力和应变之间的关系来描述材料的弹性行为。
塑性是指材料在受力下会发生持久性变形的性质。
当材料的应力超过其弹性范围时，会产生塑性变形。
通常，材料的塑性行为可以通过屈服强度和塑性应变来描述。
屈服强度是材料在受力下开始发生塑性变形时的应力值，而塑性应变则是材料发生塑性变形的量度。
塑性变形一般会导致材料的断裂或失效，因此塑性行为的研究对于材料设计和使用至关重要。
粘弹性是一种介于弹性和流变之间的材料行为。
粘弹性材料在受力下会同时表现出弹性和流变的特点。
粘弹性行为主要由粘弹性模量和粘弹性系数来描述。
粘弹性模量表示材料在受到外力作用时所表现出的回弹性质，而粘弹性系数则表示材料在变形过程中的粘滞程度。
蠕变是材料在长时间高温下发生的持续性变形现象。
蠕变行为的研究对于高温环境下工程结构的设计具有重要的意义。
蠕变主要由蠕变速率和蠕变寿命来描述。
蠕变速率表示材料在长时间受力下的变形速度，而蠕变寿命则是材料能够承受蠕变变形的时间。
在材料的使用过程中，破坏机理是一个至关重要的研究领域。
破坏机理的研究可以帮助我们了解材料的强度和耐久性，从而对材料的使用和维护提供指导。
常见的破坏机理包括断裂、疲劳和腐蚀等。
断裂是指材料在受到外力作用下破碎或失效的现象。
断裂行为可以通过断裂韧性来描述。
断裂韧性是材料抵抗断裂的能力，通常通过拉伸试验中的断裂应变和断裂应力来评估。
材料力学行为
材料力学行为材料力学行为是指材料在外力作用下所表现出的特性和性能。
材料力学行为的研究对于材料的设计、加工和应用具有重要意义。
在工程实践中，我们常常需要对材料的力学行为进行分析和评估，以确保材料在使用过程中能够满足设计要求并具有良好的性能。
首先，材料的力学行为受到其组成和结构的影响。
不同的材料具有不同的组成和结构，因此它们的力学行为也会有所不同。
例如，金属材料通常具有良好的塑性和韧性，而陶瓷材料则具有较高的硬度和脆性。
这些不同的力学行为特性使得不同材料在不同的工程应用中具有各自的优势和局限性。
其次，材料的力学行为还受到外部加载条件的影响。
材料在不同的加载条件下会表现出不同的力学行为特性。
例如，在拉伸加载下，金属材料通常会表现出良好的延展性和塑性变形，而在压缩加载下则会表现出较高的强度和刚度。
因此，对于不同的工程应用，我们需要根据材料的力学行为特性选择合适的加载条件，以确保材料能够发挥最佳的性能。
此外，材料的力学行为还受到温度、湿度等环境因素的影响。
在不同的环境条件下，材料的力学行为可能会发生变化。
例如，高温会降低金属材料的强度和硬度，从而影响其使用性能；而潮湿的环境则会加速某些材料的腐蚀和疲劳破坏。
因此，在工程实践中，我们需要充分考虑环境因素对材料力学行为的影响，以确保材料能够在特定的环境条件下具有良好的稳定性和可靠性。
综上所述，材料力学行为是材料科学和工程领域中的重要研究内容。
通过对材料的力学行为进行深入的研究和分析，我们能够更好地理解材料的性能和特性，为材料的设计、加工和应用提供科学依据和技术支持。
同时，我们也能够更好地利用材料的特性和优势，开发出更加先进和具有竞争力的工程材料，推动材料科学和工程技术的发展。
材料力学行为建模方法
材料力学行为建模方法材料力学行为建模方法是研究材料在力学作用下的变形、损伤和断裂等过程的数学模型和分析方法。
它在材料科学和工程领域中起着举足轻重的作用，为开发新材料、设计高性能工程结构以及预测材料寿命和性能提供了科学基础。
材料力学行为建模方法是通过数学模型来描述材料在外力加载下的力学行为。
常见的材料力学行为包括弹性、塑性、破裂、损伤等。
针对不同的材料行为，研究者们开发了各种不同的建模方法，其中包括基于连续介质力学的方法、基于离散原子模拟的方法以及基于机器学习的方法等。
基于连续介质力学的方法是最常见的材料力学行为建模方法之一。
它假设材料是一个连续的介质，通过描述应力和应变之间的关系来预测材料的行为。
最简单的连续介质力学模型是线性弹性模型，它基于胡克定律，将应力和应变之间的关系描述为一个线性的函数。
然而，当材料发生塑性变形或出现损伤时，线性弹性模型就不再适用。
此时，可以使用塑性力学模型或损伤力学模型，这些模型可以更准确地描述材料的行为。
基于离散原子模拟的方法是近年来发展起来的一种新型材料力学行为建模方法。
它基于原子尺度上的物理力学原理和分子尺度上的模拟方法，通过模拟材料中原子的运动来研究材料的机械行为。
这种方法可以更准确地描述材料的本质行为，如材料的晶体结构、原子间相互作用等。
然而，由于计算复杂度较高，这种方法在实际工程应用中还受到一定的限制。
近年来，随着机器学习技术的快速发展，基于机器学习的方法也成为一种热门的材料力学行为建模方法。
机器学习方法通过从大量实验数据中学习模式和规律，能够快速构建材料力学行为模型。
这种方法可以减少传统试验方法的成本和时间，同时能够提供更准确的预测结果。
它在高通量材料研究和材料设计中具有广泛的应用前景。
总之，材料力学行为建模方法在材料科学和工程领域中起着重要的作用。
基于连续介质力学的方法、基于离散原子模拟的方法以及基于机器学习的方法都是研究者们常用的建模工具。
这些方法能够帮助科学家和工程师理解材料的力学行为，预测材料的性能，并为新材料的开发和工程结构设计提供准确的科学依据。
材料的力学行为及性能
低温会导致材料收缩，因为原子或分子的振动幅度减小。
腐蚀环境下的力学性能
腐蚀疲劳
在腐蚀环境中，材料会经历周期性的腐 蚀和损伤，导致材料的疲劳性能下降。
腐蚀速率
腐蚀环境会影响材料的腐蚀速率，导 致材料的力学性能随时间发生变化。
应力腐蚀开裂
在腐蚀和应力的共同作用下，材料可 能发生应力腐蚀开裂，即材料在较低 的应力下发生脆性断裂。
人工智能预测
总结词
人工智能预测是一种基于数据和算法的预测 方法，通过机器学习等技术对材料性能进行 预测。
详细描述
随着大数据和机器学习技术的发展，人工智 能在材料科学领域的应用越来越广泛。通过 训练机器学习模型，输入材料的成分、结构 等信息，可以预测材料的力学性能、热学性 能等。这种方法具有快速、准确、可预测性 高等优点，为材料设计和优化提供了新的思 路和方法。
跨学科研究的融合
材料科学与生物医学
将材料科学应用于生物医学领域，如组织工程和药物传递，实现 个性化医疗和精准治疗。
材料科学与环境科学
研究材料的环境适应性，发展环保型材料，降低生产过程中的能 耗和排放。
材料科学与信息科学
探索新型电子材料和光子材料，推动信息技术的发展和革新。
智能化与自动化的应用
材料性能模拟与预测
蠕变
在高温下，材料会经历蠕变，即随着 时间的推移发生缓慢的塑性变形。
热膨胀
高温会导致材料膨胀，因为原子或分 子的振动幅度增大。
低温下的力学性能
弹性模量 屈服强度
脆化 热收缩
随着温度降低，材料的弹性模量通常会增加，导致材料变得更 加刚硬。
低温下，材料的屈服强度通常会增加，因为原子或分子的振动 幅度减小，增强了原子间的相互作用力。
材料力学行为仿真模拟及在工程设计中的应用价值
材料力学行为仿真模拟及在工程设计中的应用价值概述材料力学行为仿真模拟是一种利用计算机技术模拟材料在力学载荷下的行为的方法。
它可以预测和评估材料的疲劳寿命、断裂行为、塑性变形以及其他力学性质，为工程设计提供重要的指导。
本文将介绍材料力学行为仿真模拟的基本原理，并探讨其在工程设计中的应用价值。
一、材料力学行为仿真模拟的基本原理材料力学行为仿真模拟基于材料力学和计算机数值分析方法，通过建立数学模型和运用数值求解技术来预测材料在不同载荷条件下的行为。
其基本原理可以被概括为以下几点：1. 材料建模：通过实验测试或基于已有的实验数据，确定材料的力学性质和行为规律。
这些数据可以包括材料的应力—应变曲线、破坏强度、断裂韧性等。
2. 建立数学模型：根据材料的力学性质，建立合适的数学模型，如有限元模型、连续介质力学模型等。
这些模型可以定量描述材料的行为特征，并提供仿真所需的参数。
3. 数值求解：通过数值方法求解建立的数学模型，得到材料在不同载荷条件下的力学响应。
常用的数值求解方法包括有限元法、边界元法等。
4. 仿真结果验证：将仿真结果与实验数据进行验证，并对仿真模型进行校准。
这可以提高仿真的准确性和可靠性。
二、材料力学行为仿真模拟在工程设计中的应用价值1. 新材料开发：通过材料力学行为仿真模拟，可以快速评估新材料的性能和可靠性，为材料的选用和开发提供指导。
这有助于降低材料开发的成本和时间，并推动新材料的应用和推广。
2. 结构设计优化：在工程结构的设计过程中，通过材料力学行为仿真模拟可以研究不同材料参数、结构尺寸和载荷条件对结构性能的影响。
基于仿真结果，可以对结构设计进行优化和改进，提高结构的可靠性、安全性和经济性。
3. 疲劳寿命预测：疲劳是工程材料常见的失效模式之一，特别是在循环载荷下。
材料力学行为仿真模拟可以通过模拟材料在实际工作条件下的应力分布和变形情况，预测材料的疲劳寿命，提前识别潜在的疲劳失效问题，从而采取相应的改进措施，延长结构的使用寿命。
材料力学行为
材料力学行为
材料力学行为是材料科学中的一个重要概念，它描述了材料在外力作用下的变
形和破坏过程。
材料力学行为的研究对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
在材料科学领域，人们常常关注材料的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能，这些性能直接关系到材料在工程领域中的应用。
材料的力学行为受到多种因素的影响，包括材料的组织结构、化学成分、晶体
结构等。
不同种类的材料具有不同的力学行为，例如金属材料通常具有良好的塑性和韧性，而陶瓷材料则具有较高的硬度和脆性。
因此，了解材料的力学行为对于选择合适的材料以及预测材料在实际工程中的表现具有重要意义。
材料的力学行为可以通过实验和理论模型来研究。
实验是了解材料力学行为的
直接途径，通过施加外力并观察材料的变形和破坏过程，可以得到材料的应力-应
变曲线等重要数据。
同时，理论模型也是研究材料力学行为的重要手段，通过建立数学模型和计算方法，可以预测材料在不同条件下的力学性能。
材料的力学行为还受到温度、湿度、应变速率等外部条件的影响。
在高温、高
湿或高速加载条件下，材料的力学行为可能发生显著变化，甚至导致材料的失效。
因此，在工程实践中，需要考虑材料的力学行为在不同环境条件下的表现，以确保材料的可靠性和安全性。
总之，材料力学行为是材料科学中的重要内容，它描述了材料在外力作用下的
变形和破坏过程。
了解材料的力学行为对于材料的设计、制备和应用具有重要意义，需要通过实验和理论模型来研究材料的力学性能，并考虑外部条件对材料力学行为的影响。
只有深入了解材料的力学行为，才能更好地利用材料的优势，并避免材料在工程实践中出现意外失效的情况。
材料力学行为
材料力学行为材料力学行为是指材料在外力作用下所表现出的力学性质和行为。
材料力学行为的研究对于材料的设计、制备和应用具有重要的意义。
在材料科学与工程领域中，对材料力学行为的研究已经成为一个重要的研究方向，它涉及到材料的强度、韧性、硬度、塑性等多个方面。
首先，材料的强度是材料力学行为中的重要指标之一。
材料的强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
不同材料的强度差异很大，比如金属材料通常具有较高的强度，而塑料材料则具有较低的强度。
材料的强度与其内部晶体结构、晶界、缺陷等微观结构密切相关，通过对材料的微观结构进行分析，可以更好地理解材料的强度表现。
其次，材料的韧性也是材料力学行为中的重要性能之一。
材料的韧性是指材料在受到外力作用下能够抵抗破坏并具有一定的变形能力。
韧性高的材料具有良好的抗冲击性和抗疲劳性，能够在外部应力作用下保持稳定的性能。
材料的韧性与其断裂机制、晶粒大小、晶界性质等因素密切相关，通过对材料的断裂表面进行观察和分析，可以揭示材料的韧性表现。
此外，材料的硬度也是材料力学行为中的重要指标之一。
材料的硬度是指材料在受到外力作用下抵抗划痕和变形的能力。
硬度高的材料具有较好的耐磨性和耐磨损性能，能够在恶劣环境下保持稳定的性能。
材料的硬度与其晶体结构、晶粒取向、位错密度等因素密切相关，通过对材料的硬度测试和显微组织分析，可以揭示材料的硬度表现。
最后，材料的塑性也是材料力学行为中的重要性能之一。
材料的塑性是指材料在受到外力作用下能够发生可逆的形变。
塑性好的材料具有良好的加工性能和成形性能，能够通过加工工艺得到复杂的形状和结构。
材料的塑性与其晶体结构、位错运动、晶粒取向等因素密切相关，通过对材料的塑性变形进行观察和分析，可以揭示材料的塑性表现。
综上所述，材料力学行为涉及到材料的强度、韧性、硬度、塑性等多个方面，这些方面的性能表现与材料的微观结构、断裂机制、晶粒取向、位错密度等因素密切相关。
通过对材料力学行为的研究，可以更好地理解材料的性能表现，为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
材料的力学行为
第二章材料的力学行为2.1工程材料的力学性能工程材料力学性能是关于材料强度的一门科学，其研究对象主要是材料受力作用后的力学行为规律及其物理本质和评定方法。
主要内容包括：1、金属材料在各种服役条件下的失效现象及微观机理；2、金属力学性能指标的本质、物理概念、实用意义，以及各种力学性能指标间的相互关系；3、影响金属力学性能的因素，提高金属力学性能的方向和途径；4、金属力学性能指标的测试技术；金属材料的力学性能：是指金属在外加载荷(外力或能量〕作用下或载荷与环境因素〔温度、介质和加载速率〕联合作用下所表现的行为。
这种行为又称为力学行为，通常即表现为金属的变形和断裂。
因此，金属材料的力学性能可以简单的理解成金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂能力。
而绝大多数机器零件或构件〔简称机件〕都是用金属材料制成的，并在不同的载荷与环境下服役。
如果金属材料对变形和断裂的抗力与服役条件不相适应，便会使机件失去预定的效能而损坏,即产生所谓“失效现象〞。
因此，金属材料的力学性能从某种意义上说，又称为金属材料的失效抗力。
常见的主要失效形式有：1、过量变形；弹性变形、塑性变形；2、断裂；包括磨损、接触疲劳等不完全断裂；因为金属机件的承载条件一般用各种力学参量〔如应力、应力场强度因子、应变和冲击能量等〕来表示，因此，人们便将表征金属材料力学行为的力学参量的临界值或规定值称为金属力学性能指标，如强度指标σ0.2 、σb 、σ—1、塑性指标δ、ψ，韧性指标αKU 、KIc等等。
金属材料力学性能的优劣就用这些指标的具体数值来衡量。
金属材料的力学性能决定于材料的化学成分、组织构造、冶金质量、剩余应力及外表和内部缺陷等内在因素，但外在因素如载荷性质〔静载荷、冲击载荷、交变载荷〕、载荷谱、应力状态〔拉、压、弯、扭、剪切、接触应力及各种复合应力〕、温度、环境介质等对金属的力学性能也有很大的影响。
显然，分析上述各种内在与外在因素对金属力学性能的影响，掌握金属力学性能的变化规律，对于正确选择材料，明确提高金属力学性能的方向和途径，是具有十分重要意义的。
工程材料的力学行为教学设计
工程材料的力学行为教学设计一、引言工程材料力学行为是土木、建筑和机械等领域的核心课程之一。
它涉及工程材料受力、变形和失效等方面的基本理论与方法，对工程实践具有重要意义。
在教学过程中，如何设计科学合理的教学方案，提高学生的兴趣和素养，已经成为重点关注的问题之一。
本文基于自身的教学经验，探讨了工程材料力学行为教学设计方案，以期提供一些借鉴和帮助。
二、课程的基本特点1.理论和实践相结合。
力学行为的研究既有理论模型的构建和分析，也有相关科学实验的开展和数据获取，因此在教学过程中需要兼顾理论和实践的结合。
2.知识结构复杂。
力学行为涉及的知识点众多，而且各个知识点之间存在交叉和融合，学生需要具备扎实的数理基础和科学素养，才能全面理解和掌握。
3.数学分析方法的应用。
力学行为的研究中普遍采用了较为复杂的数学分析和计算方法，因此学生需要具备一定的数学知识和计算能力，才能顺利地开展课程学习和研究。
三、教学设计方案1. 教学内容力学行为课程的教学内容包括：1.材料的应力应变关系2.材料的变形与失效机制3.材料的强度和刚度的计算方法4.材料疲劳和断裂的理论和实验研究5.材料的应用和改进方向2. 教学方法力学行为课程的教学方法主要包括：1.讲授，采用PPT、板书和黑板报告等方式，进行知识点的阐述和理论的构建。
2.实验，通过实际操作、数据分析和结果呈现等方式，让学生深入了解和掌握材料在各种条件下的力学行为特性。
3.案例，通过典型的工程案例和成果，以及成就和展望等方式，让学生对工程材料力学行为的发展和实践有更深入的了解和认识。
3. 教学手段力学行为课程的教学手段主要包括：1.PPT，利用多媒体工具，呈现教学内容和重点知识点的讲解。
2.黑板，通过书写图形和符号，帮助学生理解和记忆核心概念和公式。
3.器材，利用各种实验和检测设备，让学生亲身体验和参与材料力学行为的研究和探究。
四、总结和展望本文针对工程材料力学行为的课程教学进行了设计方案的探讨和总结，通过理论和实践相结合的方法，帮助学生全面系统地了解和掌握相关理论和方法，为未来的工程实践打下坚实的基础。
材料变形的本质和力学行为
材料变形的本质和力学行为材料工程是一个广泛而又重要的领域，在这个领域中，材料的变形是最常见的现象。
在生活中，我们经常会见到各种各样的变形现象。
比如，塑料椅子上的凹陷和钢筋混凝土中的裂缝，都是材料变形的结果。
材料变形的本质是什么？它有哪些力学行为？下面，我们来深入探讨材料变形的本质和力学行为。
1.材料变形的本质在材料科学中，变形是指材料形状和体积的改变。
材料变形有三种类型，分别是弹性变形、塑性变形和断裂变形。
弹性变形是指材料受力后仅产生临时性变形，去除外力后能恢复原来的形状和大小。
塑性变形是指材料受力后，形状和大小发生了不可恢复的变化。
而断裂变形则是指材料无法承受受到的力量而发生破裂。
材料变形的本质源于牛顿第三定律：任何物体受到的力都会产生与之大小相等、方向相反的反作用力。
材料的变形其实是由于内部的原子和分子之间的相互作用互相抵消的结果。
材料的内部有着微观结构，其中原子和分子之间的相互作用力是相对稳定的。
当材料受到外部的力作用时，原子和分子之间的相互作用力受到破坏，使得材料中原子和分子之间的距离变化，从而引起材料的形状和大小发生变化。
2.材料力学行为材料在受力作用下的力学行为不同，可以分为弹性力学、塑性力学和断裂力学。
下面，我们来分别探讨它们的特点。
2.1.弹性力学弹性力学是研究材料在受小的外部力作用下，产生一定大小的弹性变形，并在去除外力后恢复原来形状和大小的一种力学。
在材料的弹性阈值之内，材料的应变与应力呈线性关系，这被称为胡克定律。
在弹性阈值之内，材料变形是可逆的。
2.2.塑性力学塑性力学是研究材料在受大的外部应力作用下，发生不可逆塑性变形的一种力学。
它的特点是在材料的应力超过一定的阈值之后，材料会出现沿着应力方向产生塑性变形的现象，而且在去除外力后不会完全恢复原来的大小和形状。
塑性变形可以被控制，利用此特性从而制造出各种极为广泛的塑性件。
2.3.断裂力学断裂力学是研究材料在受到超过其断裂强度时发生破坏现象的力学。
力学行为与材料的结构关系
力学行为与材料的结构关系材料工程是研究和应用材料的学科，其中一个重要的方面是理解力学行为与材料结构之间的关系。
力学行为指材料在外界受力作用下所表现出的性质，而材料结构则涉及材料的微观组织和晶体结构等方面。
深入研究力学行为与材料结构的关系可以帮助我们更好地设计和使用材料，本文将从不同角度探讨这一问题。
1. 力学行为对材料结构的影响力学行为与材料结构之间存在紧密的联系，不同的材料结构会对力学性能产生显著的影响。
以金属材料为例，晶格结构的排列方式以及晶体缺陷的存在对材料的强度和韧性都有着重要的影响。
晶体缺陷可以是位错、孔洞、晶界等，它们的分布和形态会影响材料的力学特性，如蠕变、疲劳和断裂等。
此外，晶体的晶格结构也是影响力学行为的重要因素。
晶体的晶格常数和晶体面的取向决定了材料的力学性能。
例如，在单晶材料中，晶体的取向会影响材料的拉伸强度和塑性变形行为。
而在多晶材料中，晶界的存在会导致材料的强度和韧性变化。
2. 材料结构对力学行为的反馈除了力学行为对材料结构的影响之外，材料结构本身也能反馈到力学行为上。
材料结构的特征参数可以通过力学测试来测定，进而推断材料内部的结构特征。
例如，通过进行拉伸实验，可以获得材料的应力-应变曲线，进而通过分析曲线的形状和特征点的位置来推测材料的相变、晶体取向等信息。
此外，结构特征还可以通过显微镜、X射线衍射、电子衍射等技术进行表征。
通过这些手段，可以观察到材料内部的晶体结构、相变、晶界形态等信息，从而深入理解力学行为与材料结构之间的关系。
3. 结构调控对力学性能的影响通过调控材料的结构特征，可以改变材料的力学性能。
结构调控包括合金元素的掺杂、热处理、力学加工等方法。
以金属材料为例，通过添加合适的合金元素，可以改变材料的晶体结构，进而影响其力学性能。
热处理和力学加工可以改变材料的晶体尺寸和晶粒取向，从而调控材料的强度和韧性。
此外，结构调控还可以通过控制晶界的分布和形态来影响材料的力学性能。
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作业习题＞＞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。
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。
背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。
因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。
这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。
其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。
实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。
其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。
另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。
作业习题＞＞第二章金属在其他静载荷下的力学性能一、解释下列名词：（1）应力状态软性系数——材料最大且盈利与最大正赢利的比值，记为α。
（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。
（3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。
（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。
（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。
（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。
的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。
（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。
（8）肖氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。
（9）里氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。
二、说明下列力学性能指标的意义（1）σｂｃ——材料的抗压强度（2）σｂｂ——材料的抗弯强度（3）τｓ——材料的扭转屈服点（4）τｂ——材料的抗扭强度（5）σｂｎ——材料的抗拉强度（6）NSR——材料的缺口敏感度（7）HBS——压头为淬火钢球的材料的布氏硬度（8）HBW——压头为硬质合金球的材料的布氏硬度（9）HRA——材料的洛氏硬度（１０）HRB——材料的洛氏硬度（１１）HRC——材料的洛氏硬度（１２）HV——材料的维氏硬度（１３）HK——材料的努氏硬度（１４）HS——材料的肖氏硬度（１５）HL——材料的里氏硬度三、缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?那些材料不能用此方法检验和评定？答案：缺口冲击韧性试验能评定的材料是低、中强度的体心立方金属以及Bb，Zn，这些材料的冲击韧性对温度是很敏感的。
对高强度钢、铝合金和钛合金以及面心立方金属、陶瓷材料等不能用此方法检验和评定。
四、在评定材料的缺口敏感应时，什么情况下宜选用缺口静拉伸试验?什么情况下宜选用缺口偏斜拉伸?什么情况下则选用缺口静弯试验?答案：缺口静拉伸试验主要用于比较淬火低中温回火的各种高强度钢，各种高强度钢在屈服强度小于1200MPa时，其缺口强度均随着材料屈服强度的提高而升高；但在屈服强度超过1200MPa以上时，则表现出不同的特性，有的开始降低，有的还呈上升趋势。
缺口偏斜拉伸试验就是在更苛刻的应力状态和试验条件下，来检验与对比不同材料或不同工艺所表现出的性能差异。
缺口试样的静弯试验则用来评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度。
作业习题＞＞第三章材料在冲击载荷下的力学性能一、解释下列名词（1）冲击韧度——材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
（2）冲击吸收功——冲击弯曲试验中试样变形和断裂所消耗的功（3）低温脆性——体心立方晶体金属及其合金或某些密派六方晶体金属及其合金在试验温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象。
（4）韧脆转变温度——材料呈现低温脆性的临界转变温度。
（5）韧性温度储备——材料使用温度和韧脆转变温度的差值，保证材料的低温服役行为。
二、说明下列力学性能指标的意义（1）AK——材料的冲击吸收功AKV (CVN) 和AKU——V型缺口和U型缺口试样测得的冲击吸收功（2）FATT50——结晶区占整个端口面积50%是的温度定义的韧脆转变温度（3）NDT——以低阶能开始上升的温度定义的韧脆转变温度（4）FTE——以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义的韧脆转变温度（5）FTP——高阶能对应的温度三、J积分的主要优点是什么?为什么用这种方法测定低中强度材料的断裂韧性要比一般的KIC测定方法其试样尺寸要小很多？答案：J积分有一个突出的优点就是可以用来测定低中强度材料的KIC。
对平面应变的断裂韧性KIC，测定时要求裂纹一开始起裂，立即达到全而失稳扩展，并要求沿裂纹全长，除试样两侗表面极小地带外，全部达到平面应变状态。
而JIC的测定，不一定要求试样完全满足平面应变条件，试验时，只在裂纹前沿中间地段首先起裂，然后有较长的亚临界稳定扩展的过程，这样只需很小的试验厚度，即只在中心起裂的部分满足平面应变要求，而韧带尺寸范围可以大而积的屈服，甚至全面屈服。
因此．作为试样的起裂点．仍然是平面应变的断裂韧度，这时JIC的是材料的性质。
当试样裂纹继续扩展时，进入平面应力的稳定扩展阶段，此时的J不再单独是材料的性质，还与试样尺寸有关。
作业习题＞＞第四章金属的断裂韧度一、解释下列名词（1）低应力脆断：在屈服应力以下发生的断裂。
（2）张开型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。
（3）应力强度因子：表示应力场的强弱程度。
（4）小范围屈服：塑性尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小，小一个数量级以上的屈服。
（5）有效屈服应力：发生屈服时的应力（6）有效裂纹长度：将原有的裂纹长度与松弛后的塑性区相合并得到的裂纹长度（7）裂纹扩展能量释放率：裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。
（8）J积分：裂纹尖端区的应变能，即应力应变集中程度（9）COD：裂纹尖端沿应力方向张开所得到的位移。
二、疲劳断口有什么特点?答案：有疲劳源。
在形成疲劳裂纹之后，裂纹慢速扩展，形成贝壳状或海滩状条纹。
这种条纹开始时比较密集，以后间距逐渐增大。
由于载荷的间断或载荷大小的改变，裂纹经过多次张开闭合并由于裂纹表面的相互摩擦，形成一条条光亮的弧线，叫做疲劳裂纹前沿线，这个区域通常称为疲劳裂纹扩展区，而最后断裂区则和静载下带尖锐缺口试样的断口相似。
对于塑性材料，断口为纤维状，对于脆性材料，则为结晶状断口。
总之，一个典型的疲劳断口总是由疲劳源，疲劳裂纹扩展区和最终断裂区三部份构成。
三、什么是疲劳裂纹门槛值，哪些因素影响其值的大小?答案：把裂纹扩展的每一微小过程看成是裂纹体小区域的断裂过程，则设想应力强度因子幅度△K=Kmax-Kmin是疲劳裂纹扩展的控制因子，当△K小于某临界值△Kth时，疲劳裂纹不扩展，所以△Kth叫疲劳裂纹扩展的门槛值。
应力比、显微组织、环境及试样的尺寸等因素对△Kth的影响很大。
作业习题＞＞第五章材料的疲劳一、解释下列名词腐蚀疲劳：材料或零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下造成的失效。
应力腐蚀：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏。
氢脆：就是材料在使用前内部已含有足够的氢并导致了脆性破坏。
二、如何判断某一零件的破坏是由应力腐蚀引起的?答案：应力腐蚀引起的破坏，常有以下特点：1、造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一舶是拉伸应力。
2、应力腐蚀造成的破坏，是腕性断裂，没有明显的塑性变形。
3、只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐蚀。
4、应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10-9一10-6m/s，有点象疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。
5、应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。
6、应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物，而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。
7、应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。
但不要形成绝对化的概念，应力腐蚀裂纹并不总是分技的。
8、应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断裂。
如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹有似人字形或羽毛状的标记。
三、如何识别氢脆与应力腐蚀？答案：氢脆和应力腐蚀相比，其特点表现在：1、实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加一小的阳极电流，如使开裂加速，则为应力腐蚀；而当施加一小的阴极电流，使开裂加速者则为氢脆。
2、在强度较低的材料中，或者虽为高强度材料但受力不大，存在的残余拉应力也较小这时其断裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此处三向拉应力最大，氢浓集在这里造成断裂。
3、断裂的主裂纹没有分枝的悄况．这和应力腐蚀的裂纹是截然不同的。
4、氦脆断口上一般没有腐蚀产物或者其量极微。
5、大多数的氢脆断裂(氢化物的氢脆除外)，都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关系。
氢脆只在一定的温度范围内出现，出现氢脆的温度区间决定于合金的化学成分和形变速率。
作业习题＞＞第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂一、名词解释1、应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。
2、氢脆：由于氢和应力共同作用而导致的金属材料产生脆性断裂的现象。
3、白点：当钢中含有过量的氢时，随着温度降低氢在钢中的溶解度减小。
如果过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成氢分子。