材料力学中失效的形式
材料力学-拉压杆的强度条件及其应用
欢迎来到本次演讲！我们将探讨拉压杆的定义、应用和设计方法，以及计算 其强度的要点。让我们一起探索材料力学的世界吧！
拉压杆的定义和应用
定义
拉压杆是一种将力沿轴线方向作用于其两端的结 构元件。
应用
拉压杆广泛应用于桥梁、建筑、机械等领域，传 递拉力或压力以支撑和稳定结构。
拉压杆的设计方法
1
快速设计方法
根据经验公式和规范，快速确定拉压杆的尺寸和材料。
2
优化设计方法
使用数值分析和优化算法，找到最优的拉压杆设计，以提高强度和降低成本。
拉压杆的典型应用案例
桥梁结构
使用拉压杆支撑桥梁的跨度，确 保结构的稳定性和安全性。
建筑施工
在建筑施工中使用拉压杆以支持 和加固结构，如屋顶和悬挑。
机械元件
作为机械元件的一部分，使用拉 压杆传递力，以实现运动和控制。
总结和要点
了解拉压杆的定义和应用
熟悉拉压杆在桥梁、建筑和机械中的常见应用。
理解拉压杆的强度条件
掌握拉压杆的强度计算方法和相关失效形式。
掌握拉压杆的设计方法
了解快速设计和优化设计两种不同的拉压杆设计方法。
拉压杆的强度条件
பைடு நூலகம்
1 杨氏模量和截面面积
拉压杆的强度取决于材料的弹性特性（杨氏 模量）和截面的几何形状和尺寸。
2 失效形式
拉压杆在强力作用下可能会发生失效，如屈 曲、稳定失效或破坏。
计算拉压杆的强度
静力分析
通过应力和变形分析，计算拉压杆在静力加载下的 强度。
动态分析
考虑拉压杆在动态加载下的惯性和震荡效应，计算 其强度。
材料力学模型和失效分析方法
材料力学模型和失效分析方法材料力学模型和失效分析方法是材料科学与工程领域中非常重要的研究和实践内容。
通过建立适当的力学模型和采用合适的失效分析方法，可以揭示材料的力学行为和失效机制，为设计和制造高性能材料和组件提供科学依据。
本文将探讨材料力学模型和失效分析方法的基本概念、应用意义以及一些常见的模型和方法。
材料力学模型是描述材料的宏观力学行为的数学模型。
它通过几何形状、内部结构和材料特性等因素来描述材料的应力-应变关系。
材料力学模型可分为理论模型和经验模型两种。
理论模型是基于材料的微观结构和力学原理推导而来的，如弹性理论、塑性理论等。
经验模型是通过实验数据拟合得到的，对特定材料或特定条件下的力学行为进行近似描述。
常见的材料力学模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型和塑性模型等。
线性弹性模型是最基本的材料力学模型之一。
它是建立在胡克定律的基础上，假设材料在小应变范围内具有线性的应力-应变关系。
这种模型适用于强度较高的刚性材料，如金属。
同样重要的是非线性弹性模型，它考虑了材料在大应变下的非线性行为。
这种模型常用于强度较低的柔性材料，如橡胶。
塑性模型则用于描述材料的可塑性行为，主要应用于塑性变形过程的分析和预测。
失效分析方法是在材料失效问题中应用的一系列分析技术。
它们通过观察、测试和计算等手段，对材料失效的机理进行研究和分析。
失效分析的目标是找出材料失效的原因和机制，以便采取相应的措施来避免或延缓失效。
常见的失效分析方法包括金相分析、断口分析和有限元分析等。
金相分析是通过对材料的显微组织进行观察和测试，来了解材料的组织特征和性能状况。
通过金相分析，可以得出材料的晶体结构、晶界、相含量和多相分布等信息，从而推断失效的机理和形态。
断口分析是通过对材料的断口形貌进行观察和分析，来了解材料失效的形式和机理。
不同的断口形貌反映了不同的失效方式，如脆性破裂、韧性断裂和疲劳断裂等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过模拟材料的力学行为和受力状态，预测材料的应力分布和变形情况。
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。
第2章机械零件的工作能力和计算准则
复合应力计算安全系数为：
s sca [s] s 2 2 2 ( ) s
或： sca
s s s s
2 2
[s]
3.允许少量塑性变形的零件(可按 1.5 s 作为极限应 力)
这类零件可按允许一定塑性变形时的载荷进行强度计算。 看课本图2.3，受弯矩M的简支梁，用塑性材料制成时，随 着弯矩M的增大，由（a）到（c）变化，到（c）图时材料 全部屈服。此时梁承受的弯矩计为 M lim ，因此，可以按 进行强度计算。 M lim
第2章 机械零件的工作能力 和计算准则
1.失效：机械零件丧失工作能力或达不到设 计要求的性能时，称为失效。 有人平时不说“失效”，而说“坏了”，是 不准确的。有些零件看上去没有“坏”但 已经失效了。 2.常见的失效形式
零件失效表现在强度问题、刚度问题、表面 失效和其他方面。
零件的失效形式有： 1）断裂; 2）过大塑性变形； 3）过量的弹性变形； 4）表面失效（工作表面的过度磨损或损伤 等）； 5）其他形式（联接的松弛、摩擦传动的打滑 等）。
单位接触线载荷。B为接触线长度。
F P B
(2)两球接触
1 3 6F 2 2 1 1 1 2 E E2 1
2
F Hmax 2
H max
1
1 2 E1、E2 两接触体材料的弹性模 量 1、 2 两接触体材料的泊松比
式中 : 相应的强度条件可表示为:
σ、τ——零件的最大工作应力。其中σ为 正应力，可由拉伸、压缩、弯曲等产生；τ 为切应力，可由扭转、剪切等产生； 2.[σ]、[τ]——许用正应力、许用切应力； 3.σlim、τlim——材料的极限正应力、极限 切应力； 4.[Sσ],[Sτ]——对应于正应力、切应力的许 用安全系数。
聚合物材料力学行为和失效机理分析
聚合物材料力学行为和失效机理分析概述：聚合物材料是一类由重复单元组成的高分子化合物，具有轻质、高强度、耐化学品腐蚀等特点，广泛应用于各个领域。
在使用过程中，聚合物材料会受到外力的作用，其力学行为和失效机理的分析对于提高材料的性能和使用寿命至关重要。
本文将对聚合物材料的力学行为和失效机理进行分析，并探讨其在实际应用中的影响和优化措施。
一、聚合物材料的力学行为：聚合物材料的力学行为主要包括强度、刚度、塑性变形和疲劳行为。
1. 强度：聚合物材料的强度是指材料能够承受的最大外力或应力。
其中，拉伸强度是最常用的强度指标，表示材料在拉伸过程中的最大抗拉应力。
同时，还可以考虑材料的屈服强度、压缩强度等。
2. 刚度：刚度是指材料对外力的抵抗能力。
在聚合物材料的刚度分析中，弹性模量是一个重要指标，它反映了材料在应力加载下的变形程度。
聚合物材料普遍具有较低的弹性模量，表现为较高的变形能力。
3. 塑性变形：塑性变形是指材料在加载过程中能够发生可逆性变形的能力。
相比于金属材料，聚合物材料的塑性变形能力较弱，容易出现塑性失效，如破裂、开裂等。
4. 疲劳行为：疲劳行为是指材料在长时间重复加载下的变形和失效。
聚合物材料具有低强度、高韧性和易疲劳的特点，疲劳损伤往往是由于长期受到周期性加载而引起的，如振动、循环载荷等。
二、聚合物材料的失效机理：聚合物材料的失效机理主要包括应力集中、开裂和老化。
1. 应力集中：聚合物材料在受到外力作用时，容易产生应力集中现象，导致材料局部应力和变形增大。
应力集中会引起裂纹的扩展，最终导致材料的失效。
2. 开裂：聚合物材料的开裂行为是由于材料内部的缺陷或外部的应力超过材料的承载能力而引起的。
开裂可分为静态开裂和动态开裂，静态开裂主要是由于静态应力或静态应变引起的，动态开裂则是由于载荷的频率和幅度引起的。
3. 老化：聚合物材料随着时间的推移，可能会发生老化现象，导致材料性能的衰退和失效。
聚合物材料的老化主要表现为材料硬化、脆化、变形率的增加等，这些变化可能是由于化学反应、热量和光照等因素引起的。
材料力学中的失效预测和优化分析
材料力学中的失效预测和优化分析在材料力学中，失效预测和优化分析是非常重要的研究领域。
失效预测是通过对材料的性能和结构进行分析，以预测材料在特定条件下的失效情况。
而优化分析则是通过对材料的结构、组成和工艺等进行优化，以改善材料的性能和延长其使用寿命。
本文将围绕这两个主题展开讨论。
首先，我们来探讨失效预测的方法和技术。
失效预测可以分为许多不同的类别，其中包括疲劳失效、断裂失效和腐蚀失效等。
对于疲劳失效，我们通常使用疲劳寿命预测模型来预测材料在循环加载下的寿命。
这些模型基于材料的力学性能和加载条件等因素进行构建，能够提供合理的疲劳寿命估计。
对于断裂失效，我们可以使用断裂力学原理来预测材料在高应力下的破裂行为。
而腐蚀失效的预测则需要考虑到材料与环境之间的相互作用，使用腐蚀速率模型来估计材料在特定环境中的损失情况。
除了这些传统的失效预测方法，近年来还兴起了基于机器学习和人工智能的失效预测技术。
这些技术利用大数据分析和算法优化等方法，可以更准确地预测材料的失效情况，从而提前采取措施来避免事故的发生。
例如，利用神经网络模型可以对材料失效的概率进行预测，从而实现有效的风险评估和安全管理。
在失效预测的基础上，优化分析可以进一步改善材料的性能和延长其使用寿命。
优化分析通常包括材料的结构优化、组成优化和工艺优化三个方面。
结构优化旨在通过改变材料的形状和几何尺寸等来提高其性能。
例如，通过减少结构中的应力集中区域，可以减小疲劳失效的可能性。
组成优化则是通过调整材料的成分和合金元素等来改善其力学性能和耐蚀性等特性。
工艺优化则是通过优化制备工艺参数来提高材料的质量和性能。
例如，通过控制热处理参数，可以提高材料的硬度和强度。
与失效预测一样，优化分析也可以借助机器学习和人工智能等技术来实现更精确和高效的优化。
例如，通过基于遗传算法的优化方法，可以在材料的设计和制备过程中自动搜索最佳的组成和结构参数，从而实现材料性能的最大化。
总之，失效预测和优化分析是材料力学中重要的研究领域。
材料力学第八章
D2 E2 O2
某实际应力状态：与 包络线相切，1>3， 3 1 有正负。 E3O3 O1O3 D3O3 D1O1 OO1 OO3 E2O2 O1O2 D2O2 D1O1 OO1 OO2 1 3 [ c ] [ t ] D3O3 D2O2 D1O1 2 2 2 1 3 [ c ] [ t ] OO3 OO2 OO1 2 2 2
最大拉应力1，与应力状态无关； 1．断裂原因： 2．强度准则： 1 u / nb 1 [ ] 断裂判据： 1 u 1 b 3．u由单向拉伸断裂条件确定： u b nb [ ] 4．应用情况：符合脆性材料的多向拉断试验，或 压应力不超过拉应力情况，如铸铁单向拉伸和 扭转；不能用于无拉应力的应力状态。
1．屈服原因： 形状改变比能uf，与应力状态无关；
2．强度准则：
1 uf ufu / ns ( 1 2 )2 ( 2 3 )2 ( 3 1 )2 [ ] 2
屈服判据：
1 uf ufu ( 1 2 )2 ( 2 3 )2 ( 3 1 )2 s 2
4．应用情况： 符合表面润滑石料的轴压破坏，某些 脆性材料压应力很大时的双向拉压状态。
§8-2
断裂准则
一、最大切应力理论(第三强度理论，Tresca准则) 不论材料处于何种应力状态，引起材料屈服的 原因是最大切应力max达到共同极限值s。
1．屈服原因： 最大切应力max，与应力状态无关； 2．强度准则： max s / ns 1 3 [ ]
[t]、[c]：许可拉、压应力； [ t ] 1 3 [ t ] 如[t]=[c]，退化为最大切 [ c ] 应力准则。
材料力学性能 (4)
3、KI 裂纹扩展的动力，、a都是加剧应力场的因素
4、 K Y a
2 E a 2 E a
材料本质属性
？
裂纹扩展的抗力 ？
4.4.4 断裂判据
随着应力
或裂纹尺寸a的增大，KI因子不断增大。当KI因子增大到临界
KI = KIC
值KIC时，裂纹开始失稳扩展，用KIC表示材料对裂纹扩展的阻力，称为平 面应变断裂韧度（性）。因此，裂纹体断裂判据可表示为：
/2
0
m sin
dx
m
= 2
m 2 /
a0为平衡状态时原子间距
√
材料在低应力作用下应该是弹性的，在这一条件下sinx≈x ；同时，曲线开始部分近似 为直线，服从虎克定律，有 Ex / a
m sin
2x
=
2x m
Ex a0
2 m
ij
当 r<<a, θ →0 时，
KI f ij ( ) 1/ 2 (2r )
f ij ( ) 1
ij 0
根据弹性力学，裂纹尖端O点的应力
0
= 2
a/
裂纹尖端的曲率
K I 0 2r 2 a
2r Y
a
裂纹形状系数，与裂纹形式、试件几何形状有关
K I a K IC
可用测定的断裂韧性求断裂应力和临界裂纹尺寸：
c
K IC
a
ac
K 2 IC
2
、G、 K
容易理解 容易测量
G1 G1C
K1 K1C
（能量平衡观点讨论断裂） （裂纹尖端应力场讨论断裂） （应力-屈服强度比较讨论断裂）
河海大学 材料力学 第八章 杆类构件静力学设计第二节
要保证杆件安全而正常地工作，其最大工作应 力显然不能超过材料的极限应力。考虑到在实际使 用中存在的一些不利因素，如杆件可能承受超过设 计值的载荷，实际材料的极限应力可能小于试验结 果，计算时所取的计算简图可能不完全符合实际情 况，杆件尺寸制造不准确等等，以及还必需给杆件 必要的强度储备，因此设计时不能使杆件的最大工 作应力等于极限应力，而必须小于极限应力。
3、若材料的[s ] ≠ [s - ] (如铸铁等)，以及中性轴不
是截面的对称轴，则需分别对最大拉应力和最大压 应力作强度计算。
4、对于实心截面杆，在一般受力情况下，正应力强 度起控制作用，不必校核切应力强度。但对于薄壁 截面，如焊接工字型钢梁，以及集中载荷作用在靠 近支座处，从而使梁的最大弯矩较小而最大剪力较 大等这些情况，则需要校核切应力强度。
z FA=10kN
yb
FB=110kN
8kN•m (+)
(–)
M图 (2)确定危险截面、危险点 危险截面：截面B， C
危险点：截面B和C上a、b两点
截面B
16kN•m
sa = 29.4MPa(拉) < [s +] sb = 87.0MPa(压) < [s -]
截面C
sa = 14.7MPa(压) < [s -] sb = 43.5MPa(拉) > [s +]
例：T型截面铸铁梁，Iz=26.1×10 6mm4，y1=48mm，
y2=142mm， [s +] =40MPa，[s -] =110MPa ，试校核 该梁的强度。 超过[s +] 8.75%，该梁不安全
40kN 200kN/m
材料力学简答题
1、（中）材料的三个弹性常数是什么它们有何关系材料的三个弹性常数是弹性模量E，剪切弹性模量G和泊松比μ，它们的关系是G=E/2(1+μ)。
2、何谓挠度、转角挠度：横截面形心在垂直于梁轴线方向上的线位移。
转角：横截面绕其中性轴旋转的角位移。
3、强度理论分哪两类最大应切力理论属于哪一类强度理论Ⅰ.研究脆性断裂力学因素的第一类强度理论，其中包括最大拉应力理论和最大伸长线应变理论；Ⅱ. 研究塑性屈服力学因素的第二类强度理论，其中包括最大切应力理论和形状改变能密度理论。
4、何谓变形固体在材料力学中对变形固体有哪些基本假设在外力作用下，会产生变形的固体材料称为变形固体。
变形固体有多种多样，其组成和性质是复杂的。
对于用变形固体材料做成的构件进行强度、刚度和稳定性计算时，为了使问题得到简化，常略去一些次要的性质，而保留其主要性质。
根据其主要的性质对变形固体材料作出下列假设。
1.均匀连续假设。
2.各向同性假设。
3.小变形假设。
5、为了保证机器或结构物正常地工作，每个构件都有哪些性能要求强度要求、刚度要求和稳定性要求。
6、用叠加法求梁的位移，应具备什么条件用叠加法计算梁的位移，其限制条件是，梁在荷载作用下产生的变形是微小的，且材料在线弹性范围内工作。
具备了这两个条件后，梁的位移与荷载成线性关系，因此梁上每个荷载引起的位移将不受其他荷载的影响。
7、列举静定梁的基本形式简支梁、外伸梁、悬臂梁。
8、列举减小压杆柔度的措施（1）加强杆端约束（2）减小压杆长度，如在中间增设支座（3）选择合理的截面形状，在截面面积一定时，尽可能使用那些惯性矩大的截面。
9、欧拉公式的适用范围=只适用于压杆处于弹性变形范围，且压杆的柔度应满足：λ≥λ110、列举图示情况下挤压破坏的结果一种是钢板的圆孔局部发生塑性变形，圆孔被拉长；另一种是铆钉产生局部变形，铆钉的侧面被压扁。
11、简述疲劳破坏的特征（1）构件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；（2）即使是塑性材料，在没有显着的塑性变形下就可能发生突变的断裂破坏；（3）断口明显地呈现两具区域：光滑区和粗糙区。
材料力学性能参考答案
材料⼒学性能参考答案填空：1．影响材料弹性模数的因素有键合⽅式和原⼦结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间等。
2．提供材料弹性⽐功的途径有⼆，提⾼材料的弹性极限，或降低弹性模量。
3．退⽕态和⾼温回⽕态的⾦属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。
4．⾦属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移和孪⽣两种。
5．多晶体⾦属材料由于各晶粒位向不同和晶界的存在，其塑性变形更加复杂，主要有各晶粒变形的不同时性和不均匀性及各晶粒变形的相互协调性的特点。
6．影响⾦属材料屈服强度的因素主要有晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第⼆相、温度等。
7．产⽣超塑性的条件是（1）超细晶粒；（2）合适的条件，变形温度≥0.4Tm，应变速率ε≤ 10－3s－1 ；（3）应变速率敏感指数较⾼0.3≤m≤1 。
8．材料的断裂过程⼤都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为韧性断裂与脆性断裂；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理分为剪切断裂和解理断裂；按作⽤⼒的性质可分为正断和切断。
9.包申格效应：⾦属材料经过预先加载产⽣少量的塑性变形,⽽后再同向加载,规定残余伸长应⼒增加；卸载时降低的的现象。
10．剪切断裂的两种主要形式为滑断（纯剪切断裂）和微孔聚集性断裂。
11．解理断⼝的基本微观特征为解理台阶、河流花样和⾆状花样。
12．韧性断裂的断⼝⼀般呈杯锥状，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。
13．韧度是衡量材料韧性⼤⼩的⼒学性能指标，其中⼜分为静⼒韧度、断裂韧度和冲击韧度。
14. 材料在受到三向等拉伸应⼒作⽤时压⼒状态最硬，其最⼤切应⼒分量分量为零，材料最易发⽣脆性断裂，适⽤于揭⽰塑性较好的⾦属材料的脆性倾向。
单向拉伸时，正应⼒分量较⼤，切应⼒分量较⼩，应⼒状态较硬。
⼀般⽤于塑性变形抗⼒与切断抗⼒较低的所谓塑性材料试验；弯曲、扭转时应⼒状态较软，材料易产⽣塑性变形，适⽤于在单向拉伸时容易发⽣脆断⽽不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；材料的硬度试验属于三向压缩状态，应⼒状态⾮常软，可在各种材料上进⾏。
工程材料与结构的失效及失效分析
工程材料与结构的失效及失效分析工程材料与结构的失效及失效分析工程材料与结构的失效是指工程材料和结构在长时间使用、经历负载后发生破坏或不能令人满意地完成固有功能的现象。
这种破坏或失效可能会对人们的生命和财产安全造成威胁，因此对其进行有关的失效分析是非常必要的。
本文将对工程材料与结构的失效及失效分析进行探讨。
一、失效的分类失效可以分为不同类型，下面介绍几种常见的失效类型。
1. 疲劳失效疲劳失效是指在材料或结构的交替载荷下，由于应力集中、腐蚀、裂纹等因素，导致材料或结构发生变形、破裂或脆化等破坏形态。
2. 弹性失效在材料或结构的载荷作用下，应力超过弹性极限时，就会进入到塑性区，此时材料或结构呈现出不可逆的形变和变形，进而导致弹性失效。
3. 表面失效材料或结构的表面处理不当，或表面的损坏与磨损会导致表面失效，表现为表面的开裂、剥落、疲劳等。
4. 互穿失效当机械设备由多个部件组成时，各个部件之间的加工量和质量会影响最终的整体性能。
互穿累加就是在各个部件的相互影响下，加商所得的其整体性能的一种方法。
二、失效与失效分析材料与结构的失效是一个长期逐渐积累的过程。
在某一特定点下，材料或结构可能会突然发生破坏，但其实在此之前已经有一系列的现象在系统内发生。
因此，失效分析是极其困难和复杂的，它需要综合考虑多种因素，正确认识失效后的破坏机理和它们的组合作用。
失效分析可以帮助确定导致失效的原因和机理，并提出相应的对策进行预防和纠正。
下面介绍几种常见的失效分析方法。
1. 图像学分析图像学分析是通过微观结构的观察来研究材料的失效过程。
图像学分析方法包括电子显微镜、X射线衍射、化学分析等。
2. 材料力学分析材料力学分析是在材料强度理论的基础上，结合材料性质和材料结构进行的失效分析方法。
根据失效机理，计算材料或结构的强度、应变、应力等参数，并分析材料的破坏。
3. 材料化学分析材料化学分析是通过化学分析和测试，了解材料在不同环境下所作用的环境因素产生的化学作用，分析材料的化学性质、结构和表面处理的原因。
材料科学专业优质课材料力学与失效分析
材料科学专业优质课材料力学与失效分析材料科学专业优质课——材料力学与失效分析材料力学与失效分析是材料科学专业中的重要课程，它涵盖了材料的力学性能以及材料在使用过程中可能出现的失效原因和机制。
本文将从材料力学基础、失效分析方法和案例分析三个方面来介绍材料力学与失效分析的相关内容。
一、材料力学基础材料力学是研究材料的应力、应变、变形及其与力学性能之间的关系的基础学科。
它主要包括静力学、动力学和弹性力学等方面。
在静力学中，材料的受力分析和平衡条件是基本内容，可以通过受力分析确定材料的内力分布和力的平衡状态。
在动力学中，材料的运动和受力分析是重点内容，可以研究材料在受外力作用下的响应和变形情况。
弹性力学是材料力学中的重要概念，它研究的是材料在弹性变形范围内的力学性能，包括应力-应变关系、弹性模量和泊松比等参数。
二、失效分析方法1. 失效模式与机理分析失效模式是指材料在使用过程中可能出现的失效形式，比如断裂、疲劳、腐蚀等。
失效机理是指导致材料失效的原因和机制，比如应力集中、氢脆、晶体缺陷等。
失效模式与机理分析是材料失效分析的起点，通过对失效模式和机理的研究，可以确定失效原因并采取相应的措施预防失效。
2. 实验测试与数据分析实验测试是失效分析的重要手段之一。
通过对材料的物理、化学性能进行测试，可以获取与失效相关的数据。
比如断口形貌分析、材料组织结构分析、化学成分分析等。
数据分析是在实验测试的基础上，对获取的数据进行处理和解读。
可以通过统计学方法、数学模型等，对材料的失效行为进行分析和预测。
3. 数值模拟与仿真数值模拟和仿真是现代失效分析的重要手段之一。
通过建立适当的数学模型和计算方法，可以模拟材料在不同载荷条件下的响应和变形情况。
比如有限元方法可以对材料的应力分布、变形情况进行模拟和计算。
通过数值模拟和仿真，可以更好地理解材料的失效行为，指导材料的设计和改进。
三、案例分析1. 断裂失效案例分析断裂是材料在受力过程中出现的一种常见失效模式。
材料力学思考题答案
材料力学复习思考题1. 材料力学中涉及到的内力有哪些？通常用什么方法求解内力？轴力，剪力，弯矩，扭矩。
用截面法求解内力2. 什么叫构件的强度、刚度与稳定性？保证构件正常或安全工作的基本要求是什么？杆件的基本变形形式有哪些？构件抵抗破坏的能力称为强度。
构件抵抗变形的能力称为刚度。
构件保持原有平衡状态的能力称为稳定性。
基本要求是：强度要求，刚度要求，稳定性要求。
基本变形形式有：拉伸或压缩，剪切，扭转，弯曲。
3. 试说出材料力学的基本假设。
连续性假设：物质密实地充满物体所在空间，毫无空隙。
均匀性假设：物体内，各处的力学性质完全相同。
各向同性假设：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：材料力学所研究的构件在载荷作用下的变形或位移,其大小远小于其原始尺寸 。
4. 什么叫原始尺寸原理？什么叫小变形？在什么情况下可以使用原始尺寸原理？可按结构的变形前的几何形状与尺寸计算支反力与内力叫原始尺寸原理。
可以认为是小到不至于影响内力分布的变形叫小变形。
绝大多数工程构件的变形都极其微小，比构件本身尺寸要小得多，以至在分析构件所受外力（写出静力平衡方程）时可以使用原始尺寸原理。
5. 轴向拉伸或压缩有什么受力特点和变形特点。
受力特点：外力的合力作用线与杆的轴线重合。
变形特点：沿轴向伸长或缩短6. 低碳钢在拉伸过程中表现为几个阶段？各有什么特点？画出低碳钢拉伸时的应力－应变曲线图，各对应什么应力极限。
弹性阶段：试样的变形完全弹性的，此阶段内的直线段材料满足胡克定律εσE =。
p σ --比例极限。
e σ—弹性极限。
屈服阶段：当应力超过b 点后，试样的荷载基本不变而变形却急剧增加，这种现象称为屈服。
s σ--屈服极限。
强化阶段：过屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力， 要使它继续变形必须增加拉力.这种现象称为材料的强化。
b σ——强度极限局部变形阶段：过e 点后，试样在某一段内的横截面面积显箸地收缩，出现 颈缩 (necking)现象，一直到试样被拉断。
工程材料力学性能 第四章 金属的断裂
金属的断裂知识
断裂是机械和工程构件失效的主要形式之一。 • 失效形断式：磨损、腐蚀和断裂 。断裂的危害最大 。 断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性 断裂，它是突然发生的破坏，断裂前没有明显的征兆， 这就常常引起灾难性的破坏事故 • 断裂是材料的一种十分复杂的行为，在不同的力学、 物理和化学环境下，会有不同的断裂形式。 研究断裂的主要目的是防止断裂，以保证构件在服役 过程中的安全。
二、金属断裂强度
理论断裂强度就是把金属原子分离开所需的最大应 力 金属的理论断裂强度可由原子间结合力的图形算出， 如图。图中纵坐标表示原子间结合力，纵轴上方为 吸引力下方为斥力，当两原子间距为a即点阵常数 时，原子处于平衡位置，原子间的作用力为零。如 金属受拉伸离开平衡位置，位移越大需克服的引力 越大，引力和位移的关系如以正弦函数关系表示，
金属中含有裂纹来自两方面：一是在制造 工艺过程中产生，如锻压和焊接等；一是 在受力时由于塑性变形不均匀，当变形受 到阻碍(如晶界、第二相等)产生了很大的 应力集中，当应力集中达到理论断裂强度， 而材料又不能通过塑性变形使应力松弛， 这样便开始萌生裂纹。
ຫໍສະໝຸດ （二）裂纹形成的位错理论
裂纹形成可能与位错运动有关。 1．甄纳—斯特罗位错塞积理论 甄纳(G．zener)1948年提出. 如果塞积头处的应力集中不能为塑性变形所松弛，则塞积头处 的最大拉应力能够等于理论断裂强度而形成裂纹。
解理断裂过程包括如下三个阶段： 塑性变形形成裂纹；裂纹在同一晶粒内初期长大； 裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展。
甄纳—斯特罗理论存在的问题： 在那样大的位错塞积下，将同时产生很大切应力 的集中，完全可以使相邻晶粒内的位错源开动，产 生塑性变形而将应力松弛，使裂纹难以形成。
(完整版)材料力学简答题
1、（中）材料的三个弹性常数是什么？它们有何关系？材料的三个弹性常数是弹性模量E，剪切弹性模量G和泊松比μ，它们的关系是G=E/2(1+μ)。
2、何谓挠度、转角？挠度：横截面形心在垂直于梁轴线方向上的线位移。
转角：横截面绕其中性轴旋转的角位移。
3、强度理论分哪两类？最大应切力理论属于哪一类强度理论？Ⅰ.研究脆性断裂力学因素的第一类强度理论，其中包括最大拉应力理论和最大伸长线应变理论；Ⅱ.研究塑性屈服力学因素的第二类强度理论，其中包括最大切应力理论和形状改变能密度理论。
4、何谓变形固体？在材料力学中对变形固体有哪些基本假设？在外力作用下，会产生变形的固体材料称为变形固体。
变形固体有多种多样，其组成和性质是复杂的。
对于用变形固体材料做成的构件进行强度、刚度和稳定性计算时，为了使问题得到简化，常略去一些次要的性质，而保留其主要性质。
根据其主要的性质对变形固体材料作出下列假设。
1.均匀连续假设。
2.各向同性假设。
3.小变形假设。
5、为了保证机器或结构物正常地工作，每个构件都有哪些性能要求？强度要求、刚度要求和稳定性要求。
6、用叠加法求梁的位移，应具备什么条件？用叠加法计算梁的位移，其限制条件是，梁在荷载作用下产生的变形是微小的，且材料在线弹性范围内工作。
具备了这两个条件后，梁的位移与荷载成线性关系，因此梁上每个荷载引起的位移将不受其他荷载的影响。
7、列举静定梁的基本形式？简支梁、外伸梁、悬臂梁。
8、列举减小压杆柔度的措施？（1）加强杆端约束（2）减小压杆长度，如在中间增设支座（3）选择合理的截面形状，在截面面积一定时，尽可能使用那些惯性矩大的截面。
9、欧拉公式的适用范围？只适用于压杆处于弹性变形范围，且压杆的柔度应满足：λ≥λ1=10、列举图示情况下挤压破坏的结果？一种是钢板的圆孔局部发生塑性变形，圆孔被拉长；另一种是铆钉产生局部变形，铆钉的侧面被压扁。
11、简述疲劳破坏的特征？（1）构件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；（2）即使是塑性材料，在没有显著的塑性变形下就可能发生突变的断裂破坏；（3）断口明显地呈现两具区域：光滑区和粗糙区。
七材料力学强度失效及设计准则
(?
1
?
?
2 )2
?
(?
2
?
?
3 )2
?
(?
3
?
?
1)2
?
?
(形状改变比能准则)
强度失效判据与设计准则应用
例题1 已知铸铁构件上危险点的应力状态如
图。铸铁拉伸许用应力[? ] ?=30 MPa。
试校核该点的强度。
强度失效判据与设计准则应用
解：1、铸铁材料受拉应力失效形 式为脆性断裂，选择最大拉应力准 则
解：1、如图用应力圆求主应力：
σ1 = 0；
σ2 = -104MPa;
y -207
-207 x 103
σ3 = -310MPa;
2、按照最大切应力准则：
应力单位（MPa）
σr3 = σ1 - σ3 = 310MPa≤σs =330MPa;
零件不发生屈服。
σ3= -310
3、由最大切应力准则计算安全因数：
X(-207;103)
τ
R= 103
σ2= -104 σ
C=207
0
σr3 ≤ [σ] = σs / ns
y(-207;-103)
ns ≤ σs / σr3 = 330 / 310 = 1.065;
强度失效判据与设计准则的应用
例 题 5、P188 习题7-10 铝合金制成
的零件上某一点处的平面应力状态如
最大拉应力理最早由兰金提出最大正应力理论后修改成最大拉 应力理论。 注意这里的强度判据是最大拉应力，若无拉应力则不断裂。
强度失效判据与设计准则应用
要注意不同设计准则的适用范围 上述设计准则只适用于某种确定的失效形式。因此正确选
(完整版)材料力学简答题
1、（中）材料的三个弹性常数是什么它们有何关系?材料的三个弹性常数是弹性模量E，剪切弹性模量G和泊松比μ，它们的关系是G=E/2(1+μ)。
?2、何谓挠度、转角?挠度：横截面形心在垂直于梁轴线方向上的线位移。
?转角：横截面绕其中性轴旋转的角位移。
?3、强度理论分哪两类最大应切力理论属于哪一类强度理论?Ⅰ.研究脆性断裂力学因素的第一类强度理论，其中包括最大拉应力理论和最大伸长线应变理论；Ⅱ.?研究塑性屈服力学因素的第二类强度理论，其中包括最大切应力理论和形状改变能密度理论。
?4、何谓变形固体在材料力学中对变形固体有哪些基本假设?在外力作用下，会产生变形的固体材料称为变形固体。
?变形固体有多种多样，其组成和性质是复杂的。
对于用变形固体材料做成的构件进行强度、刚度和稳定性计算时，为了使问题得到简化，常略去一些次要的性质，而保留其主要性质。
根据其主要的性质对变形固体材料作出下列假设。
1.均匀连续假设。
2.各向同性假设。
3.小变形假设。
?5、为了保证机器或结构物正常地工作，每个构件都有哪些性能要求?强度要求、刚度要求和稳定性要求。
?6、用叠加法求梁的位移，应具备什么条件?用叠加法计算梁的位移，其限制条件是，梁在荷载作用下产生的变形是微小的，且材料在线弹性范围内工作。
具备了这两个条件后，梁的位移与荷载成线性关系，因此梁上每个荷载引起的位移将不受其他荷载的影响。
?7、列举静定梁的基本形式?简支梁、外伸梁、悬臂梁。
?8、列举减小压杆柔度的措施?（1）加强杆端约束（2）减小压杆长度，如在中间增设支座（3）选择合理的截面形状，在截面面积一定时，尽可能使用那些惯性矩大的截面。
?9、欧拉公式的适用范围?只适用于压杆处于弹性变形范围，且压杆的柔度应满足：λ≥λ1=?10、列举图示情况下挤压破坏的结果?一种是钢板的圆孔局部发生塑性变形，圆孔被拉长；另一种是铆钉产生局部变形，铆钉的侧面被压扁。
?11、简述疲劳破坏的特征?（1）构件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；（2）即使是塑性材料，在没有显着的塑性变形下就可能发生突变的断裂破坏；（3）断口明显地呈现两具区域：光滑区和粗糙区。
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材料力学中失效的形式主要有三种，分别是：
屈服失效：当材料受到超出其承受能力的应力作用时，会发生塑性变形，导致无法继续承载或保持原有的形状和尺寸。
例如，一根钢筋在受到过大的压力时，会发生塑性变形，从而使其无法再作为结构材料使用。
断裂失效：材料在受到应力作用时，由于材料的力学性能不足或者存在缺陷（如裂纹、夹杂物等），可能会导致材料在应力作用下发生突然的断裂，从而失去承载能力。
例如，一根钢梁在受到过大的集中力作用时，可能会在应力集中部位发生断裂。
疲劳失效：材料在受到交变应力作用时，由于材料的疲劳强度不足或者存在疲劳裂纹，可能会导致材料在循环应力作用下发生疲劳断裂。
这种失效需要经过一段时间的应力循环之后才会发生。
请注意，具体的失效形式可能因材料的种类、环境条件和受力情况等因素而有所不同。