强度、断裂及断裂韧性

2、屈服强度 (Yield Strength)
3、断裂强度 (Fracture Strength) （1）抗张强度(tensile strength) 规定的温度、湿度和加载速度条件，标准试样 上沿轴向施加拉伸力直到试样被拉断为止，计算断 裂前试样所承受的最大载荷F max 与试样截面积之比。 量纲 MN/m2, MPa 高分子材料＜低于金属材料， 树脂基复合材料＞钢等金属材料。
1180~1570
2870~2940 2360~2540 1270 2550 1960~2940 2750 3140 1960~2060 880
线形聚酯 聚四氟乙 烯
78.4
13.9~24.7
200
250~350
2850
390
114.8
10.8~13.7
（3）抗冲强度(impact strength)
量纲 MN/m2, MPa
t =1.5 F max l0 / (b.d2)
l0，b及d分别为试样的长、宽、厚 加载方式: 三点弯曲, 四点弯曲。 特点： ①适用于 A 测定加工不方便的脆性材料，如铸铁、工具钢、硬质合金乃 至陶瓷材料的断裂强度和塑性。 B 高分子材料，常用于筛选配方或控制产品质量。 ②可较灵敏地反映材料的缺陷， 抗张强度大，则抗弯强度也大
1130~1380
2450~4120 3140~3240 2550 1570 2710 2160~2360 2450~2750 ~ 2450~2750 4080
41.4~55.2
69.2~110.4 98.0~108.0 98.0 87.2 89.2~90.2 96.2~104.2 106.0~125.0 >98.0 96.2~134.8 68.6~75.6
表4-1-3 几种常见金属材料与复合材料性能比较 比重 拉伸强度 弹性模量 比强度（ (103kg/ 4m） （ GPa ） （ GPa ） 10 m 3) 7.8 1.01 205.8 0.13 2.8 0.46 73.5 0.17
比模量 （107m） 0.27 0.26
钛
玻璃钢 碳纤维II/ 环氧 碳纤维I/ 环氧 有机玻璃 PRD/环氧 硼纤维/环 氧
强度、断裂及断裂韧性
Strength, Fracture and Fracture Toughness of Materials Strength stress(tensile,compression and shear) flexural, torsional and impact Fracture Brittle Fracture, Theoretical fracture strength Ductile Fracture with a plastic deformation Transition of Brittle and Ductilty Fracture Toughness
4-1-5 强度(strength)、断裂及断裂韧性 1、基本概念 Concept
（1）强度：材料抵抗形变和断裂的能力。 材料的内部应力：拉伸、压缩、剪切 强度分为：拉伸强度、压缩强度、剪切强度 加载特征分为：弯曲、扭曲、冲击、疲劳 未到破坏强度，形变而失去承载能力（屈服、屈曲） （2）断裂和韧性( fracture and toughness) 断裂是主要破坏形式，韧性是材料抵抗断裂的能力。 断裂韧性 材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标； 冲击韧性 材料在高速冲击负荷下韧性的度量。二者间存在 着某种内在联系。 实际应用中，材料的屈服、断裂 是最值得引起注意的 两个问题，
4.5Leabharlann Baidu
2.0 1.45 1.6 1.4
0.94
1.04 1.47 1.05 1.37
111.7
39.2 137.2 235.2 78.4
0.21
0.53 1.03 0.67 1.0
0.25
0.21 0.21 1.5 0.57
2.1
1.35
205.8
0.66
1.0
（2）抗弯强度(flexural strength)
聚丙烯
PVC 尼龙-66 尼龙-6 尼龙-1010 聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚酰亚胺 聚苯醚 氯化聚醚
33~41.4
34.6~61 81.4 72.7~76.4 51.0~53.9 61.2~66.4 65.7 70.4~83.7 92.5 84.6~87.6 41.5
200~700
20~40 60 150 100~250 60~75 60~100 20~100 6~8 30~80 60~160
表4-1-2 一些材料的屈服强度或抗张强度数据
材
料
屈服强度（MPa）
3 70 280 28 170 350 310 240~280 铍丝
材
钨晶须 石墨晶须
料
混凝土 无氧99.95%退火铜 无氧99.95%冷拉铜 99.45%退火铝 99.45%冷拉铝 经热处理铝合金 可锻铸铁 低碳钢
抗 张 强 度 （ MPa） 1400 3700 20000 6000~5000 3500 3500 2100 140
A 材料在高速冲击状态下的韧性或对断裂抵 抗能力的量度。
B 指某一标准试样在断裂时单位面积上所需 要的能量，而不是通常所指的“断裂应力” 。
C 其值与高速拉伸应力– 应变曲线下的面积 成正比。 D 不是材料的基本参数，而是一定几何形状 的试样在特定试验条件下韧性的一个指标。
表4-1-4常见聚合物的力学强度
材料名称 低压聚乙 烯 聚苯乙烯 ABS PMMA 抗张强度 （MPa） 21.5~38 34.5~61 16~61 48.8~76.5 断裂伸长率 % 60~150 1.2~2.5 10~140 2~10 拉伸模量 MPa 820~930 2740~3460 650~2840 3140 抗弯强度 MPa 24.5~39.2 60.0~87.4 24.8~93.0 89.8~117.5 2950 弯曲模量 MPa 1080~1370
蓝宝石晶须 玻璃丝 硼丝 石墨丝 灰口铸铁
高碳淬火钢
退火合金钢 (4340)
700~1300
450~480
尼龙-66
尼龙-66纤维
70
700
淬火合金钢 (4340)
马氏体时效钢 (300)
900~1600
2000
PVC
HDPE
34-61
21-38
钢琴丝
2400~3400
PP
33-41
材料名称 钢 铝