工程材料——第七章

第七章：机械性能

一个现代化的洛氏硬度计。（照片提供：威尔逊测量仪

器部，英斯特朗公司，洛氏硬度计的鼻祖。）

为什么要研究机械性能？

对于工程师这是义不容辞的责任，他们需要了解各种机

械性能的测量、知道这些属性代表什么，在设计结构或组件

使用的材料时，工程师可能被要求使预定不可接受的水平变

形或失败不发生。我们证明这方面的程序设计在设计实例

7.1拉伸测试仪器。

学习目标

学完本章后，你应该能够做到以下几点：

1、明确工程应力和工程应变。

2、掌握国家胡克定律，并记住它的有效条件。

3、明确泊松比。

4、鉴于一个工程应力应变图，会确定1弹性模量，2屈服强度（0.002应变偏移量），3拉伸强度，4估计百分比伸长。

5、对于一个圆柱形拉伸变形韧性标本，标本变化的一个侧面描述到断裂点。

6、延性计算，无论在百分之伸长条款和面积减少百分之一的材料这是载入紧张骨折。

7、计算出的弯曲强度陶瓷棒标本已弯曲断裂点在三载入中。

8、利用地块的三个特征示意图应力应变行为观察聚合物材料。

9、两种最常见的名称硬度测试技术;注意两个之间的分歧。

10、（一）记住名称并简要描述两种不同的显微硬度测试技术，（二）引用对于这些技术的情况下，一般使用。

11、计算材料的韧性，工作压力。

7.1简介：

许多材料，在使用时，受到压力或负载，例如：制造飞机的机翼的铝合金、汽车的钢半轴。在这种情况下，它需要知道设计成这样所需要的材料的特点，任何可能产生过度变形和裂缝的部件不会发生这种情况。机械是一种材料的行为，反映了其反应或变形的关系与施加负荷或力量。重要的机械性能有强度，硬度，延性和刚度。通过材料的机械性能进行仔细的确定实验室设计的实验，复制尽可能接近服务条件。要考虑的因素包括载荷的性质及其持续时间，以及环境条件。这是可能的负载要拉伸，压缩，或剪，它的大小可能会随时间不变，或可能持续波动。报名时间可能只有几分之一秒，或者它可能扩展到了许多年。工作温度可能是重要的因素。机械性能是各方关注的一个品种（例如，生产商消费者和材料，研究机构，政府机构）有不同的利益。因此，当务之急是有某种一致性以何种方式进行测试，并在其结果的解释。这种一致性是通过使用标准的测试术。建立本标准出版往往是由专业的协调社会。在美国最活跃的组织是美国社会测试，其成员包括美国ASTM标准年鉴浩如烟海的，这是发行及每年更新，这些大量的标准涉及到机械测试技术。这几个被引用在这以后的章节和脚注。结构工程师的角色是确定的压力和应力分布在成员中受到良好定义的负载。这可能是完成通过实验

测试技术或通过理论和数学分析和压力。这些主题是治疗传统应力分析和强度材料文本。材料与冶金工程师另一方面，关心生产和制造材料以满足服务需求预测这些应力分析。这必然涉及的关系的认识对材料的微观结构之间（即内部特征）及其机械属性。材料是经常选择结构的应用，因为他们有理想的机械性能组合。本章讨论金属，陶瓷，聚合物及相关的机械应力应变行为性能，而且还探讨了其他重要的机械特性。讨论对变形机制和方法，微观方面加强和规范机械行为推迟到第8章。

7.2概念的应力应变(四个图7.1abcd)

如果负载是静态的或随时间变化相对缓慢，是统一应用在一个横截面或委员的表面，机械行为可能通过简单的应力应变测试确定，这些是最常用的进行金属在室温。主要方法有三种，其中一个负载可能应用：即拉伸，压缩，剪切（图7.1a,b,c）。在工程实际上，许多扭转载荷，而不是纯剪，这种类型的加载如图7.1d。张力测验（三图7.2+7.3+7.4公式5个7.1+7.2+7.3+7.4a+7.4b）

最常见的机械应力应变测试之一是在紧张进行。随着可以看出，张力测试可用于确定几个力学性能材料在设计中的重要。一个标本变形，通常是骨折，与逐渐增加拉伸载荷是应用于沿着长单轴的一个标本。标准拉伸试样见图7.2。通常情况下，横截面是圆形的，而是长方形的标本也使用。在测试过程中，变形局限于狭窄的中心区域，其中有一个统一的部分沿其长度。标准直径约12.8毫米（0.5英寸），而减少部分的长度应至少四次直径，60毫米是常见的。距长度用于延性计算，所讨论在7.6节，标准值是50毫米（2.0英寸）。这个标本是由安装成测试仪器（图7.3）的控股把手其目的。拉伸试验机的目的是在一个恒定伸长率的标本，并连续同时测量瞬时载荷（带有称重传感器）和（使用引伸）造成伸长。一个应力应变检测过程通常需要几分钟表演，是破坏性的，也就是说，测试标本永久变形，通常骨折。这样一个拉伸试验输出记录在带状图（或计算机）作为负载或与伸长力。这些负载变形特征依赖于试样的大小。例如，它需要两倍的负荷产生同样的伸长如果试样截面面积增加了一倍。为了减少这些几何因素，负荷和伸长率正常化的工程应力应变和工程各自的参数。工程1 ASTM标准和E E 8的8米，''为金属拉伸试验的标准试验方法材料。''

应力的定义关系：

工程应变的定义：

剪应力的计算依据：

7.3应力应变行为(公式7.5+7.6+7.7表格7.1+图7.5+7.6+7.7+7.8)

在何种程度上的结构变形或品系的幅度取决于施加压力。对于大多数金属，都强调在相对紧张，水平低，应力和应变成正比关系。这就是所谓的胡克定律，对于大多数典型的金属幅度在45帕的镁，这种模量范围，和407帕的钨。弹性模量略高陶瓷材料，介于70和500帕。聚合物具有比这两种金属的体积更小，弹性模量的值陶瓷，并躺在范围0.007和4个千兆。室温度值，弹性模量的金属，陶瓷数，聚合物载列于表7.1.Amore提供全面的模量清单在表B.2，附录B变形的应力和应变成正比称为弹性变形;在一个线性关系图中的应力（筹）与应变（横坐标）的结果，如图7.5。这种线性段斜率对应弹性模量模量E.这可能被认为是僵硬，或材料的抗弹性变形。模数越大，该硬的材料，或较小的弹性应变，从一个给定应力应用效果。该模数是一个重要的设计参数计算弹性变形使用。弹性变形是非常任理事国，这意味着应用负载被释放时，一块返回到其原来的形状。如图所示的应力应变。