三材料的力学性能PPT课件
合集下载
材料力学性能教学课件材料在冲击载荷下的力学性能
探讨合成材料在冲击载荷下的性 能特点，包括轻量化、高强度和 耐磨性等。
案例分析
1
案例介绍
选择一个具体案例，描述材料在冲击载荷下的实际应用场景。
2
冲击试验结果分析
分析该案例的冲击试验结果，讨论材料的性能表现和受力情况。
3
改进建议
根据试验结果提出改进建议，以提高材料在冲击载荷下的性能和可靠性。
总结
学习收获和启示
1
冲击载荷的概念和定义
介绍冲击载荷的概念和定义，解释其与静态载荷的区别和特点。
2
冲击载荷的分类
详细阐述不同类型的冲击载荷，如冲击力、冲击力矩等，并对其进行分类和讨论。
材料在冲击载荷下的力学性能
1
冲击试验方法介绍
介绍材料力学性能冲击试验的常用方法，
冲击试验数据分析
2
包括冲击试验设备和常见试验标准。
探讨如何分析冲击试验数据，重点关注力
导言
研究背景和意义
介绍材料力学性能在冲击载荷下的研究背景，探讨其在工程和科学领域的重要性。
冲击载荷对材料的影响
解释冲击载荷对不同材料的影响，包括力学性能的变化和材料的损伤和破坏。
课程目标和安排
明确课程的目标和安排，激发学生的学习兴趣，帮助学生理解材料力学性能在冲击载荷下的 重要性。
冲击载荷的概念和分类
学性能参数的计算和评估。
3
关键力学性能
描述材料在冲击载荷下的关键力学性能， 包括抗拉强度、塑性、韧性和硬度的含义 和评估方法。
常见材料在冲击载荷下的性能表现钢材解释钢材在冲击载荷下的性能表 现，包括其强度、韧性和变形能 力。
铝合金
介绍铝合金在冲击载荷下的性能 表现，如其强度、塑性和耐腐蚀 性。
案例分析
1
案例介绍
选择一个具体案例，描述材料在冲击载荷下的实际应用场景。
2
冲击试验结果分析
分析该案例的冲击试验结果，讨论材料的性能表现和受力情况。
3
改进建议
根据试验结果提出改进建议，以提高材料在冲击载荷下的性能和可靠性。
总结
学习收获和启示
1
冲击载荷的概念和定义
介绍冲击载荷的概念和定义，解释其与静态载荷的区别和特点。
2
冲击载荷的分类
详细阐述不同类型的冲击载荷，如冲击力、冲击力矩等，并对其进行分类和讨论。
材料在冲击载荷下的力学性能
1
冲击试验方法介绍
介绍材料力学性能冲击试验的常用方法，
冲击试验数据分析
2
包括冲击试验设备和常见试验标准。
探讨如何分析冲击试验数据，重点关注力
导言
研究背景和意义
介绍材料力学性能在冲击载荷下的研究背景，探讨其在工程和科学领域的重要性。
冲击载荷对材料的影响
解释冲击载荷对不同材料的影响，包括力学性能的变化和材料的损伤和破坏。
课程目标和安排
明确课程的目标和安排，激发学生的学习兴趣，帮助学生理解材料力学性能在冲击载荷下的 重要性。
冲击载荷的概念和分类
学性能参数的计算和评估。
3
关键力学性能
描述材料在冲击载荷下的关键力学性能， 包括抗拉强度、塑性、韧性和硬度的含义 和评估方法。
常见材料在冲击载荷下的性能表现钢材解释钢材在冲击载荷下的性能表 现，包括其强度、韧性和变形能 力。
铝合金
介绍铝合金在冲击载荷下的性能 表现，如其强度、塑性和耐腐蚀 性。
材料力学材料的力学性能优质课件
结论与讨 论
卸载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
再加载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
将卸载再加载曲线与原来旳应力-应变曲线进行比较(图 中曲线OAKDE上旳虚线所示)，能够看出：K点旳应力数值远 远高于A点旳应力数值，即百分比极限有所提升；而断裂时旳 塑性变形却有所降低。这种现象称为应变硬化。工程上常利 用应变硬化来提升某些构件在弹性范围内旳承载能力。
延伸率和截面收缩率旳数值越大，表白材料旳韧性越 好。工程上一般以为δ>5％者为韧性材料； δ＜5％者为脆 性材料。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
返回总目录
返回
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
材料压缩试验，一般采用短试样。低碳钢压 缩时旳应力-应变曲线。与拉伸时旳应力-应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前旳曲线基本重叠， 即拉伸、压缩时旳弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，因为试样愈压愈扁，应力-应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。
试样旳变形将随之消失。
这表白这一阶段内旳变形都是
弹性变形，因而涉及线性弹性阶段
在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 旳应力最高限
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
弹性力学性能
百分比极限与弹性极 限
大部分韧性材料百分比极限与弹性 极限极为接近，只有经过精密测量才干 加以区别。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨论
返回总目录
返回
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
卸载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
再加载
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
将卸载再加载曲线与原来旳应力-应变曲线进行比较(图 中曲线OAKDE上旳虚线所示)，能够看出：K点旳应力数值远 远高于A点旳应力数值，即百分比极限有所提升；而断裂时旳 塑性变形却有所降低。这种现象称为应变硬化。工程上常利 用应变硬化来提升某些构件在弹性范围内旳承载能力。
延伸率和截面收缩率旳数值越大，表白材料旳韧性越 好。工程上一般以为δ>5％者为韧性材料； δ＜5％者为脆 性材料。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
返回总目录
返回
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
材料压缩试验，一般采用短试样。低碳钢压 缩时旳应力-应变曲线。与拉伸时旳应力-应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前旳曲线基本重叠， 即拉伸、压缩时旳弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，因为试样愈压愈扁，应力-应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。
试样旳变形将随之消失。
这表白这一阶段内旳变形都是
弹性变形，因而涉及线性弹性阶段
在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 旳应力最高限
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
弹性力学性能
百分比极限与弹性极 限
大部分韧性材料百分比极限与弹性 极限极为接近，只有经过精密测量才干 加以区别。
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
单向压缩时材料旳力学行为
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨论
返回总目录
返回
第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
材料的力学性能最新课件
形成原因：纤维状是由于塑性变形过程中，众多微细裂 纹不断扩展和相互连接造成的，而暗灰色是纤维断口表 面对光的反射能力很弱所致。
举例：一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温 下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。
脆性断裂定义：是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变 形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因 而具有很大的危险性。
图 3.21 压痕相似原理图
F1 D12
D F222
D F2
常数
材料物理与性能
洛氏硬度试验
HR k h 0.002
HRA、HRB、 HRC
图 3.22 洛氏硬度试验过程示意图 a) 加初始实验力 b) 加主实验力 c) 卸除试验力
材料物理与性能
0.20F4 s in 136
HV 0.10F2
20.189 F1
（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强 度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高； 应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大， 越有利于塑性变形，屈服强度就越低。
应变硬化应变硬化源自变硬化应变硬化抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0
剪切断裂与解理断裂是两种不同的微观断裂方式，是材料 断裂的两种重要微观机理。
剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离 而造成的断裂。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起 的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。
材料物理与性能
剪切断裂的另一种形式为微孔 聚集型断裂，微孔聚集型断裂 是材料韧性断裂的普通方式， 其断口在宏观上常呈现暗灰色、 纤维状，微观断口特征花样则 是断口上分布大量“韧窝”， 如图1-26所示，微孔聚集断裂 过程包括微孔形核、长大、聚 合直至断裂。
举例：一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温 下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征。
脆性断裂定义：是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变 形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因 而具有很大的危险性。
图 3.21 压痕相似原理图
F1 D12
D F222
D F2
常数
材料物理与性能
洛氏硬度试验
HR k h 0.002
HRA、HRB、 HRC
图 3.22 洛氏硬度试验过程示意图 a) 加初始实验力 b) 加主实验力 c) 卸除试验力
材料物理与性能
0.20F4 s in 136
HV 0.10F2
20.189 F1
（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强 度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高； 应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大， 越有利于塑性变形，屈服强度就越低。
应变硬化应变硬化源自变硬化应变硬化抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0
剪切断裂与解理断裂是两种不同的微观断裂方式，是材料 断裂的两种重要微观机理。
剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离 而造成的断裂。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起 的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。
材料物理与性能
剪切断裂的另一种形式为微孔 聚集型断裂，微孔聚集型断裂 是材料韧性断裂的普通方式， 其断口在宏观上常呈现暗灰色、 纤维状，微观断口特征花样则 是断口上分布大量“韧窝”， 如图1-26所示，微孔聚集断裂 过程包括微孔形核、长大、聚 合直至断裂。
《材料力学性能》PPT课件
反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
精选ppt
19
精选ppt
20
消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
精选ppt
16
金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
精选ppt
3
第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
精选ppt
17
1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
精选ppt
18
包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
精选ppt
24
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
精选ppt
19
精选ppt
20
消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
精选ppt
16
金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
精选ppt
3
第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
精选ppt
17
1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
精选ppt
18
包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
精选ppt
24
材料物理性能与力学性能PPT课件
3. 弹性模量的影响因素
弹性模量是构成材料的离子或分子之间键合强度的主 要标志，凡是影响键合强度的因素均能影响弹性模量。 如：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温 度、加载方式和速度等。
第22页/共119页
1）键合方式和原子结构 共价键、离子键、金属键----较高 分子键----较弱 原子半径越大，E越小
5）温度----温度升高，E降低 特例：橡胶。其弹性模量随温度升高而增加。
第25页/共119页
6）加载条件和负荷持续时间 加载方式、速率和负荷持续时间对金属材料、陶瓷材料 影响很小。 对于高分子聚合物，负荷时间延长，E下降。
第26页/共119页
4、比例极限和弹性极限
p
Fp A0
Fp：比例极限对应的应力 A0 ：试棒的原始截面面积
第39页/共119页
第四节 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理 定义：材料微观组织的相邻部分产生永久性位移，并不 引起材料破裂的现象。 1：金属材料的塑性变形机理：滑移、孪生 滑移系越多，塑性越好
复习： 滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对
滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
第6页/共119页
五、本课程学习注意问题：
预备知识：材料力学和金属学方面的基本理论知识。 理论联系实际:是实用性很强的一门课程。某些力学性能指
标根据理论考虑定义,而更多指标则按工程实用 要求定义。 重视实验: 通过实验既可掌握力学性能的测试原理，又可 掌握测试技术，了解测试设备，进一步理解所 测的力学性能指标的物理意义与实用意义。 做些练习: 加深理解――巩固所学的知识。
消除方法：进行较大塑性变形；再结晶退火
工程材料学-材料的力学性能培训课件
1. 布氏硬度( Brinell-hardness )
布氏硬度计
用于测定硬度不高的 金属材料。主要有铸 铁、有色金属、低合 金结构钢、结构调质 钢等。
1. 布氏硬度( Brinell-hardness )
测定原理：
用一定大小的载荷P，把直 径为D的淬火钢球压入被测金 属的表面，保持一定的时间后 卸除载荷，用金属压痕的表面 积，除载荷所得的商值即为布 氏硬度值。
比强度 30～37 23～36 90～111
3. 塑性指标：
塑性变形： 不可恢复的永久变形。塑性是表征材料断
裂前具有塑性变形的能力。
断后伸长率δ（δ5、δ10）：
断后试样标距伸长量与原始标距之比的百分率，
即： LK L0 100%
L0
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
1.2.1 拉伸试验
3．均匀塑形变形阶段（曲线de段）
在此阶段中，试样的一部分产生塑性变形，虽 然这一部分截面减小，使此处承受负荷能力下 降。但由于变形强化的作用而阻止塑性变形在 此处继续发展，使变形推移到试样的其它部位。 这样、变形和强化交替进行，就使试样各部位 产生了宏观上均匀的塑性变形。曲线上的d点是 屈服阶段结束点也是加工硬化开始点。
1.2.1 拉伸试验
1．弹性变形阶段（曲线ob段）
在弹性变形阶段内的oa段，试样的伸长与外力 成正比例直线关系，即每增加一定外力，就对 应一定的伸长量，因此，oa段也称为线弹性变 形阶段。一旦外力超过曲线上的a点时，正比例 关系就破坏了。而该点对应的外力Fp称为比例 变形的极限外力。ab段为弹性变形的非线性阶 段，此阶段很短，一般不容易观察到。
1. 弹性指标：
材料的力学性能课件06_缺口试样
缺口试样的静拉伸试验 缺口试样偏斜拉伸试验 缺口试样的静弯曲试验 缺口试样冲击试验 缺口试样疲劳试验
缺口敏感性试验
在缺口试样试验 中，缺口的几何形状、 大小是一个很重要的影 响因素。缺口几何参数 通常包括缺口深度t、 缺口根部曲率半径ρ以 及缺口张角ω。
缺口敏感性试验-缺口试样的静拉伸
由于断裂韧度有多种不同的定义方式，包括Kc、Gc、Jc、δc等，加之材
料的特性不同，测试方法也有很多种。其中最重要的就是平面应变断裂
韧度KⅠc的测定，这已在工程实践当中有着重要的应用。
不同于缺口敏感性试验，该类试验重在分析缺口试样局部区域的力学行 为，因此对试样尺寸有着严格要求，一定要符合理论计算模型的要求。
断裂韧度测定试验-KⅠc的测定
测定KIC用的试样尺寸 必须保证裂纹顶端处
于平面应变及小范围 屈服状态
断裂韧度测定试验-KⅠc的测定
断裂韧度测定试验-KⅠc的测定
三点弯曲试样加载时，裂纹尖端的应力强度因子KI为：
紧凑拉伸试样加载时，裂纹尖端的应力强度因子KI为：
将当前B、W条件下裂纹失稳扩展的临界载荷FQ及试样的裂 纹长度a0代人上述KI表达式即可求出KI的条件值，记为KQ。
缺口效应
缺口对材料的力学行为影响可归结为四个方面： ①应力集中； ②双向或三向复杂应力状态； ③应变集中； ④局部应变速率增大。 这些统称为缺口效应，其中应力集中是最为重要的一种影响。
缺口效应
缺口效应
应力集中系数
反映局部应力增高程度的参数称为应力集中系数。 将应力集中区域内的峰值应力与不考虑应力集中时的基准应力的比值称为 理论应力集中系数:
疲劳裂纹扩展试验
当材料中存在裂纹并且外加应力达到某一临界值后，裂纹就会发生失 稳扩展。因此含裂纹材料的断裂可根据断裂韧度加以判别。不过在很 多情况下，这种足够大的宏观临界裂纹是在载荷作用下由萌生的小裂 纹逐渐扩展而成的，这也就是所谓的亚临界裂纹扩展过程。 疲劳载荷下的亚临界裂纹扩展尤为重要，这也是导致材料疲劳破坏的 主要原因。通过疲劳裂纹扩展试验，得到疲劳裂纹从萌生到亚临界扩 展再到最后失稳扩展的全过程，可以测定材料中疲劳裂纹扩展的门槛 值，得到疲劳裂纹扩展速率的变化规律，进而估算材料的疲劳寿命。
材料力学性能教学课件材料在冲击载荷下的力学性能
总结词：材料的能量吸收能力是指在冲击载荷作用下，材料能够吸收的能量大小。材料的能量吸收能力与其种类、状态和结构等因素有关。
材料的抗冲击性能指标
冲击韧性是衡量材料抵抗冲击载荷破坏能力的重要指标。
总结词
冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收能量、抵抗破坏的能力。它受到材料的内部结构、温度、试样形状和尺寸等因素的影响。冲击韧性值越大，表示材料抵抗冲击载荷的能力越强。
通过在材料表面进行涂层或处理，改变其表面结构和性能，以达到提高抗冲击性能的目的。
表面处理和涂层技术可以在不改变材料本身性能的情况下，提高其抗冲击性能。例如，在金属表面进行喷涂、电镀或化学镀等处理，可以形成具有高硬度和高韧性的涂层，从而提高其抗冲击和耐磨性能。同时，表面处理还可以改变材料的表面粗糙度、硬度和附着力等性能，从而提高其抗冲击能力。
感谢观看
THANKS
材料力学性能教学课件ppt材料在冲击载荷下的力学性能
材料力学性能概述材料在冲击载荷下的力学性能材料的抗冲击性能指标提高材料抗冲击性能的方法
目录
材料力学性能概述
材料力学性能是指材料在受到外力作用时表现出来的特性，包括强度、硬度、韧性、塑性等。
这些特性与材料的内部结构和化学成分密切相关，是材料科学和工程领域研究的重要内容。
详细描述
疲劳裂纹扩展速率是指在循环载荷作用下，裂纹扩展的速率。它是评估材料在交变应力作用下的耐久性和可靠性的重要指标。疲劳裂纹扩展速率越小，表示材料的疲劳寿命越长，抵抗裂纹扩展的能力越强。
提高材料抗冲击性能的方法
通过添加合金元素，改变材料的成分，以达到提高抗冲击性能的目的。
合金元素的添加可以改变材料的晶体结构、相变行为和微观组织，从而提高材料的韧性、强度和耐冲击性能。例如，钢中添加铬元素可以提高其抗腐蚀和耐磨性能，而铝合金中添加镁元素则可以提高其强度和抗冲击性能。塑性ຫໍສະໝຸດ 材料在冲击载荷下的力学性能
材料力学(全套483页PPT课件)-精选全文
三、构件应有足够的稳定性
稳定性(stability)—构件承受外力时， 保持原有平衡状态的能力
4
材料力学的任务： 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。
5
1.2 变形固体的基本假设
1.连续性假设
假设在变形体所占有的空间内毫无空隙地充满了物质。即认 为材料是密实的。这样，构件内的一些力学量（如各点的位 移）可用坐标的连续函数表示，并可采用无限小的数学分析 方法。
2、横向变形、泊松比
横向线应变： b b1 b
bb
称为泊松比
32
是谁首先提出弹性定律? 弹性定律是材料力学中一个非常重要的基础定
律。一般认为它是由英国科学家胡克(1635一1703) 首先提出来的，所以通常叫做胡克定律。其实，在 胡克之前1500年，我国早就有了关于力和变形成正 比关系的记载。
1-1截面
A
X 0 N1 40 30 20 0 N1 N1 50kN(拉)
2-2截面
X 0 N 2 30 20 0
1 B 2C 3D 40 kN 30 kN 20 kN
N2
30 kN 20 kN
N2 10kN(拉)
3-3截面
N 50 kN
N3
20 kN
X 0
N 3 20 0 N 3 20 kN(压)
10 103 100 103 500 106
10 103 100 103 200 106
mm
0.015mm
计算结果为负，说明整根杆发生了缩短
35
静定汇交杆的位移计算，以例题说明。 例3 图示结构由两杆组成，两杆长度均为 l，B 点受垂直荷 载 P 作用。（1） 杆①为刚性杆，杆②刚度为 EA ，求节点 B 的位移；（2） 杆①、杆②刚度均为 EA，求节点 B 的位 移。
稳定性(stability)—构件承受外力时， 保持原有平衡状态的能力
4
材料力学的任务： 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。
5
1.2 变形固体的基本假设
1.连续性假设
假设在变形体所占有的空间内毫无空隙地充满了物质。即认 为材料是密实的。这样，构件内的一些力学量（如各点的位 移）可用坐标的连续函数表示，并可采用无限小的数学分析 方法。
2、横向变形、泊松比
横向线应变： b b1 b
bb
称为泊松比
32
是谁首先提出弹性定律? 弹性定律是材料力学中一个非常重要的基础定
律。一般认为它是由英国科学家胡克(1635一1703) 首先提出来的，所以通常叫做胡克定律。其实，在 胡克之前1500年，我国早就有了关于力和变形成正 比关系的记载。
1-1截面
A
X 0 N1 40 30 20 0 N1 N1 50kN(拉)
2-2截面
X 0 N 2 30 20 0
1 B 2C 3D 40 kN 30 kN 20 kN
N2
30 kN 20 kN
N2 10kN(拉)
3-3截面
N 50 kN
N3
20 kN
X 0
N 3 20 0 N 3 20 kN(压)
10 103 100 103 500 106
10 103 100 103 200 106
mm
0.015mm
计算结果为负，说明整根杆发生了缩短
35
静定汇交杆的位移计算，以例题说明。 例3 图示结构由两杆组成，两杆长度均为 l，B 点受垂直荷 载 P 作用。（1） 杆①为刚性杆，杆②刚度为 EA ，求节点 B 的位移；（2） 杆①、杆②刚度均为 EA，求节点 B 的位 移。
材料的性能PPT课件
切削参数
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
切削速度、进给量和切削深度等切削参数对于金属的切削加工性有重要影响。合理的切削 参数可以提高加工效率、降低成本并延长刀具使用寿命。
06
材料性能的影响因素与改善途径
化学成分的影响
元素种类与含量
01
不同元素对材料性能有不同影响，如增加强度、硬度、耐腐蚀
性等。
合金化
02
通过添加合金元素，改善材料的力学性能、物理性能和化学性
电阻率
材料对电流的阻碍程度， 高电阻材料可用于绝缘体 等。
磁学性能
磁化率
磁导率
材料在磁场作用下的磁化程度，反映 材料的磁性。
材料对磁场的响应程度，高磁导材料 可用于电磁铁等。
矫顽力
去除磁场后，材料保持磁化状态的能 力。
光学性能
折射率
光线在材料中传播速度 与真空中传播速度的比 值，影响透镜等光学元
热学性能
01
02
03
热容
材料吸收或放出热量时， 温度变化的程度，反映材 料储存热能的能力。
热导率
材料传导热量的能力，高 导热材料可用于散热器等 。
热膨胀系数
材料在温度变化时，体积 或长度的变化程度。
电学性能
电导率
材料传导电流的能力，高 电导材料如铜、银等用于 导线。
介电常数
材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器等电子 元件的性能。
塑性
金属材料在载荷作用下，产生塑 性变形（永久变形）而不破坏的 能力。
硬度与韧性
硬度
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力 。
韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形 功和断裂功的能力。
疲劳与蠕变
疲劳
材料在交变应力作用下发生的性能变化。
《金属材料力学性能》课件
《金属材料力学性能》PPT课件
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
• 金属材料力学性能概述 • 金属材料的拉伸性能 • 金属材料的冲击韧性 • 金属材料的硬度与耐磨性 • 金属材料的疲劳性能 • 金属材料的断裂韧性
01
金属材料力学性能概述
定义与分类
定义
金属材料的力学性能是指金属材料在受到外力作用时所表现出来的性能，包括 弹性、塑性、韧性、强度等。
屈服阶段
屈服阶段是金属材料在受到外力作用后发生屈服现象的阶段，此时金属材料开始 发生塑性变形，应力与应变不再呈线性关系。
屈服强度是描述金属材料在屈服阶段的力学性能指标，反映了金属材料抵抗屈服 现象的能力。
强化阶段
强化阶段是金属材料在屈服阶段之后发生强度增高的阶段， 此时金属材料的应力与应变关系呈上升趋势。
通过改变材料的内部结构来提高韧性，如通过退火或淬火处理。
提高金属材料断裂韧性的方法
冷加工
通过塑性变形提高材料的韧性，如轧 制、拉拔或挤压。
提高金属材料断裂韧性的方法
表面处理
VS
通过喷丸、碾压或渗碳淬火等表面处 理技术提高材料的韧性。
THANKS
感谢观看
金属材料的力学性能与经济发展密切 相关，高性能的金属材料能够推动产 业升级和经济发展。
科学研究
金属材料的力学性能是科学研究的重 要领域之一，对于深入了解金属材料 的本质特性和发展新型金属材料具有 重要意义。
02
金属材料的拉伸性能
拉伸试验与拉伸曲线
拉伸试验
通过拉伸试验可以测定金属材料的拉 伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、 延伸率等指标。
冲击试验与冲击韧性指标
冲击试验
通过在试样上施加冲击负荷，测定材 料抵抗冲击断裂的能力。
冲击韧性指标
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 材料的力学性能
内容
金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 力学实验 加工硬化原理 蠕变 疲劳 磨损
聚合物及陶瓷材料的力学性能
金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
力-伸长曲线和应力应变曲线
c C
Op——直线关系与pe——偏离直线关 系，即弹性形变阶段（可逆形变）；
F到达FA至Fc点时，产生不均匀塑性变 形（不可逆的永久变形）；
（3）溶质元素：晶格畸变应力场与位错应力场产生交互作用； 溶质与溶剂之间的电学交互作用；化学交互作用；有序作用等 都使位错运动受阻，从而提高屈服强度，产生固溶增强化。
影响金属材料屈服强度的因素
（4）第二相：其强化效果与质点的性质有关。
（5）温度：一般情况下，温度升高金属材料的屈服强度下降。 但是，晶体结构不同，其变化形式各异。
材料的化学成分有关，与其组织变化无关，与热处理状态无 关。各种钢的弹性模量差别很小，金属合金化对其弹性模量 影响也很小。
◆影响弹性模数的因素
温度Байду номын сангаас
键合方式
化学成分
微观组织
晶体结构
加载条件和负荷持续时间
总之，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力 学性能指标，外在因素的变化对它的影响也比较小， 主要取决于材料的本性与晶格类型
数量、尺寸、形态、分布的影响。 （2）变形的相互协调性 多晶体作为一个整体，不允许晶粒仅在一个
滑移系中变形，否则将造成晶界开裂。 五个独立的滑移系开动，才能确保产生任何
方向不受约束的塑性变形。
屈服现象
屈服机理
影响金属材料屈服强度的因素
（1）晶体结构：金属材料的屈服过程主要是位错的运动。
（2）晶界与亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多， 对材料屈服强度的提高贡献越大。 （晶粒细化）
弹性变形——比例极限与弹性极限
弹性变形——比例极限与弹性极限
σp、σe的工程意义
对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机 件，如测力计弹簧，是依靠弹性变形的应力正比于应变 的关系显示载荷大小的，则应以比例极限作为选择材料 的依据；对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件， 设计时应按弹性极限来选择材料。
弹性变形——弹性变形及其实质
材料在受到外力作用时产生 变形或者尺寸的变化，而且 能够恢复的变形叫做弹性变 形。
弹性变形的重要特征是其可 逆性，即受力作用后产生变 形，卸除载荷后,变形消失。
金属的弹性性质是金属原子 间结合力抵抗外力的宏观表 现。
弹性变形——弹性变形及其实质
构成材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反映。
F A Ar02
和
r2 r4
A和r0为与原子本性或晶体 、晶格类型有关的常数
双原子模型
弹性变形——弹性模量
弹性模量，又称杨氏模量，弹性模数是产生100%弹性变 形所需的应力。
拉伸时σ=Eε，剪切时τ=Gγ，E和G分别为拉伸时的杨氏模 数和切变模数。
可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。 材料的抗弹性变形的一个量，材料刚度的一个指标。它只与
抗拉强度是材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。高分 子材料和陶瓷材料的抗拉强度是产品设计的重要依据。
塑性与塑性指标
（1）定义：塑性是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
（2）材料塑性的评价：在工程上一般以光滑圆柱试样的拉伸 伸长率和断面收缩率作为塑性性能指标。常用的塑性性能指标 有三种：
弹性变形——弹性比功
思考：人们日常所说的材料弹性的好坏指的是什么？
提高材料弹性比功的途径
（1）提高σe （2）降低E
举例（高弹性比功材料） 弹簧（金属材料）——减振、储能 橡胶（高分子材料）——不能做受力结构件
c O
图 3.1 低碳钢的力-伸长曲线
塑性变形——塑性变形方式及特点
塑性变形 ：材料的塑性变形上微观结构的相邻部分产生 永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强 度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高； 应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大， 越有利于塑性变形，屈服强度就越低。
应变硬化
应变硬化
应变硬化
应变硬化
抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0
CB——均匀塑性变形；Bk——再次不
O
均匀塑性变形；K点——发生断裂
图 3.1 低碳钢的力-伸长曲线
纵横坐标分别除以原始截面积A0和原 始标距长度L，即可得应力应变曲线
真实应力应变曲线
真实应力应变曲线与工程应力应变曲线不同，为什么？
真实应力应变曲线与应力应变曲线的 区别
应力-应变曲线中的应力和应变是以试样的初始尺寸进行计算 的，事实上，在拉伸过程中试样的尺寸是在不断变化的，此 时的真实应力S应该是瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积 （A），即：S=P/A；同样，真实应变e应该是瞬时伸长量除 以瞬时长度de=dL/L。真应力-真应变曲线，它不像应力-应 变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降，而是继续上升直 至断裂，这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化， 从而外加应力必须不断增高，才能使变形继续进行，即使在 出现缩颈之后，缩颈处的真实应力仍在升高，这就排除了应 力-应变曲线中应力下降的假象。
金属材料的塑性变形机理 金属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移和孪生两种。
塑性变形-滑移
定义： 滑移面：原子最密排面； 滑移向：原子最密排方向。 滑移系：滑移面和滑移向的组合。 滑移系越多，材料的塑性越好。
晶体结构的影响较大： fcc＞bcc＞hcp
滑移的临界分切应力 τ=(P/A)cosφcosλ φ—外应力与滑移面法线的夹角； λ—外应力与滑移向的夹角； Ω= cosφcosλ 称为取向因子。
塑性变形-滑移模型
滑移是金属晶体在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的 切变过程。
塑性变形-孪生模型
孪生本身提供的变形量很小,但可以调整滑移面的方向,使新 的滑移系开动,因而可以对塑性变形产生影响。
单晶金属
塑性变形的特点
（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性 ∵各晶粒的取向不同 即 cosφcosλ不同。 对于具体材料，还存在 相和第二相的种类、
内容
金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 力学实验 加工硬化原理 蠕变 疲劳 磨损
聚合物及陶瓷材料的力学性能
金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
力-伸长曲线和应力应变曲线
c C
Op——直线关系与pe——偏离直线关 系，即弹性形变阶段（可逆形变）；
F到达FA至Fc点时，产生不均匀塑性变 形（不可逆的永久变形）；
（3）溶质元素：晶格畸变应力场与位错应力场产生交互作用； 溶质与溶剂之间的电学交互作用；化学交互作用；有序作用等 都使位错运动受阻，从而提高屈服强度，产生固溶增强化。
影响金属材料屈服强度的因素
（4）第二相：其强化效果与质点的性质有关。
（5）温度：一般情况下，温度升高金属材料的屈服强度下降。 但是，晶体结构不同，其变化形式各异。
材料的化学成分有关，与其组织变化无关，与热处理状态无 关。各种钢的弹性模量差别很小，金属合金化对其弹性模量 影响也很小。
◆影响弹性模数的因素
温度Байду номын сангаас
键合方式
化学成分
微观组织
晶体结构
加载条件和负荷持续时间
总之，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力 学性能指标，外在因素的变化对它的影响也比较小， 主要取决于材料的本性与晶格类型
数量、尺寸、形态、分布的影响。 （2）变形的相互协调性 多晶体作为一个整体，不允许晶粒仅在一个
滑移系中变形，否则将造成晶界开裂。 五个独立的滑移系开动，才能确保产生任何
方向不受约束的塑性变形。
屈服现象
屈服机理
影响金属材料屈服强度的因素
（1）晶体结构：金属材料的屈服过程主要是位错的运动。
（2）晶界与亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多， 对材料屈服强度的提高贡献越大。 （晶粒细化）
弹性变形——比例极限与弹性极限
弹性变形——比例极限与弹性极限
σp、σe的工程意义
对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机 件，如测力计弹簧，是依靠弹性变形的应力正比于应变 的关系显示载荷大小的，则应以比例极限作为选择材料 的依据；对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件， 设计时应按弹性极限来选择材料。
弹性变形——弹性变形及其实质
材料在受到外力作用时产生 变形或者尺寸的变化，而且 能够恢复的变形叫做弹性变 形。
弹性变形的重要特征是其可 逆性，即受力作用后产生变 形，卸除载荷后,变形消失。
金属的弹性性质是金属原子 间结合力抵抗外力的宏观表 现。
弹性变形——弹性变形及其实质
构成材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反映。
F A Ar02
和
r2 r4
A和r0为与原子本性或晶体 、晶格类型有关的常数
双原子模型
弹性变形——弹性模量
弹性模量，又称杨氏模量，弹性模数是产生100%弹性变 形所需的应力。
拉伸时σ=Eε，剪切时τ=Gγ，E和G分别为拉伸时的杨氏模 数和切变模数。
可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。 材料的抗弹性变形的一个量，材料刚度的一个指标。它只与
抗拉强度是材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。高分 子材料和陶瓷材料的抗拉强度是产品设计的重要依据。
塑性与塑性指标
（1）定义：塑性是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
（2）材料塑性的评价：在工程上一般以光滑圆柱试样的拉伸 伸长率和断面收缩率作为塑性性能指标。常用的塑性性能指标 有三种：
弹性变形——弹性比功
思考：人们日常所说的材料弹性的好坏指的是什么？
提高材料弹性比功的途径
（1）提高σe （2）降低E
举例（高弹性比功材料） 弹簧（金属材料）——减振、储能 橡胶（高分子材料）——不能做受力结构件
c O
图 3.1 低碳钢的力-伸长曲线
塑性变形——塑性变形方式及特点
塑性变形 ：材料的塑性变形上微观结构的相邻部分产生 永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
（6）应变速率与应力状态：应变速率对金属材料的屈服强 度有明显的影响。应变速率高，金属材料的屈服应力显著提高； 应力状态对金属材料屈服强度的影响规律是：切应力分量越大， 越有利于塑性变形，屈服强度就越低。
应变硬化
应变硬化
应变硬化
应变硬化
抗拉强度
抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的 应力。其值等于最大拉力Fb除以试样的原始横截面面积A0， 抗拉强度用σb表示，即 σb=Fb/A0
CB——均匀塑性变形；Bk——再次不
O
均匀塑性变形；K点——发生断裂
图 3.1 低碳钢的力-伸长曲线
纵横坐标分别除以原始截面积A0和原 始标距长度L，即可得应力应变曲线
真实应力应变曲线
真实应力应变曲线与工程应力应变曲线不同，为什么？
真实应力应变曲线与应力应变曲线的 区别
应力-应变曲线中的应力和应变是以试样的初始尺寸进行计算 的，事实上，在拉伸过程中试样的尺寸是在不断变化的，此 时的真实应力S应该是瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积 （A），即：S=P/A；同样，真实应变e应该是瞬时伸长量除 以瞬时长度de=dL/L。真应力-真应变曲线，它不像应力-应 变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降，而是继续上升直 至断裂，这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化， 从而外加应力必须不断增高，才能使变形继续进行，即使在 出现缩颈之后，缩颈处的真实应力仍在升高，这就排除了应 力-应变曲线中应力下降的假象。
金属材料的塑性变形机理 金属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移和孪生两种。
塑性变形-滑移
定义： 滑移面：原子最密排面； 滑移向：原子最密排方向。 滑移系：滑移面和滑移向的组合。 滑移系越多，材料的塑性越好。
晶体结构的影响较大： fcc＞bcc＞hcp
滑移的临界分切应力 τ=(P/A)cosφcosλ φ—外应力与滑移面法线的夹角； λ—外应力与滑移向的夹角； Ω= cosφcosλ 称为取向因子。
塑性变形-滑移模型
滑移是金属晶体在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的 切变过程。
塑性变形-孪生模型
孪生本身提供的变形量很小,但可以调整滑移面的方向,使新 的滑移系开动,因而可以对塑性变形产生影响。
单晶金属
塑性变形的特点
（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性 ∵各晶粒的取向不同 即 cosφcosλ不同。 对于具体材料，还存在 相和第二相的种类、