第一章 材料的力学性能
材料物理性能复习资料整理
材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。
E是弹性模量，又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。
E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。
晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
01第一章材料的性能
四、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷
作用而不破坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验
测得)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用 过程中所表现的性能。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
工艺性能：材料在加工
过程中所表现的性能。
包括铸造、锻压、焊接、
热处理和切削性能等。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力
《无机材料物理性能》课后习题答案解析
课后习题《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。
则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。
0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。
解：1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。
解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：).1()()(0)0()1)(()1()(10//0----==∞=-∞=-=e EEe e Et t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为0123450.00.20.40.60.81.0σ(t )/σ(0)t/τ应力松弛曲线0123450.00.20.40.60.81.0ε(t )/ε(∞)t/τ应变蠕变曲线)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =⨯=︒︒⨯⨯=⨯=︒⨯︒⨯=⇒︒⨯︒=πσπτπτ：此拉力下的法向应力为为：系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
第一章工程材料的力学性能
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW 补充说明： （1）硬度超过HB650的材料，不能做布氏硬度试验，这是因为
所采用的压头，会产生过大的弹性变形，甚至永久变形，影 响实验结果的准确性，这时应改用洛氏和维氏硬度试验。 （2）每个试样至少试验3次。试验时应保证两相邻压痕中心的 距离不小于压痕平均直径的4倍，对于较软的金属则不得小于 6倍。压痕中心距试样边缘的距离不得小于压痕直径的2.5倍， 对于软金属则不得小于3倍
可用硬度试验机测定，常用的硬度指标有布氏硬度 HBW、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度HV
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （一）试验原理
布氏硬度试验规范
3 8
第二节 材料的硬度 一、布氏硬度HBW （二）应用范围
布氏硬度主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度 测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对 应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小 直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用 于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成 品检测。
最大力伸长率（Agt)：最大 力时原始标距的伸长与原 始标距之比的百分率。
最大力非比例伸长率（Ag)
二、拉伸曲线所确定的力学性能指标及意义
断后收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面 各之比的百分率。
第二节 材料的硬度
材料抵抗其他硬物压入其表面的能力称为硬度，它 是衡 量材料软硬程序的力学性能指标。
洛氏硬度计
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR （一）实验原理
第二节 材料的硬度 二、洛氏硬度HR (二)应用范围（共15个标尺） 示例：60HRBW
材料力学性能教案
材料力学性能教案第一章：材料力学性能概述教学目标：1. 理解材料力学性能的概念及其重要性。
2. 掌握材料力学性能的主要指标。
3. 了解不同材料的力学性能特点。
教学内容：1. 材料力学性能的概念：定义、重要性。
2. 材料力学性能的主要指标：弹性模量、屈服强度、抗拉强度、韧性、硬度等。
3. 不同材料的力学性能特点：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 引入讨论：为什么了解材料的力学性能很重要？2. 讲解材料力学性能的概念及其重要性。
3. 通过示例介绍不同材料的力学性能特点。
4. 练习计算材料力学性能指标。
作业：1. 复习材料力学性能的主要指标及其计算方法。
2. 选择一种材料，描述其力学性能特点，并解释其在实际应用中的作用。
第二章：弹性模量教学目标：1. 理解弹性模量的概念及其物理意义。
2. 掌握弹性模量的计算方法。
3. 了解弹性模量在不同材料中的变化规律。
教学内容：1. 弹性模量的概念：定义、物理意义。
2. 弹性模量的计算方法：胡克定律、应力-应变关系。
3. 弹性模量在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 复习上一章的内容，引入弹性模量的概念。
2. 讲解弹性模量的计算方法，并通过示例进行演示。
3. 通过实验或示例观察不同材料的弹性模量变化规律。
作业：1. 复习弹性模量的概念及其计算方法。
2. 完成弹性模量的计算练习题。
第三章：屈服强度与抗拉强度教学目标：1. 理解屈服强度与抗拉强度的概念及其物理意义。
2. 掌握屈服强度与抗拉强度的计算方法。
3. 了解屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律。
教学内容：1. 屈服强度与抗拉强度的概念：定义、物理意义。
2. 屈服强度与抗拉强度的计算方法：应力-应变关系、极限状态方程。
3. 屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。
教学活动：1. 复习上一章的内容，引入屈服强度与抗拉强度的概念。
材料的力学性能试验.
第一章 材料的力学性能试验材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验，它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数，便于合理地使用材料，保证机器（结构）及其零件（构件）的安全工作。
材料的力学性能试验必须按照国家标准进行。
第一节 拉伸试验一、实验目的1.验证胡克定律，测定低碳钢的弹性常数：弹性模量E 。
2.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力s σ和抗拉强度b σ。
3.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。
4.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度b σ。
5.绘制低碳钢和灰铸铁的拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。
二、实验设备和仪器1.万能试验机。
2.引伸仪。
3.游标卡尺。
三、实验试样按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。
其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。
如图1-1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。
平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。
圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。
定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。
过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。
夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。
对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。
（a ）（b ） 图1-1 拉伸试样（a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样四、实验原理与方法 1.测定低碳钢的弹性常数实验时，先把试样安装在万能试验机上，再在试样的中部装上引伸仪，并将指针调整到0，用于测量试样中部0l 长度（引伸仪两刀刃间的距离）内的微小变形。
结构设计原理-第一章-材料的力学性能-习题及答案
结构设计原理-第一章-材料的力学性能-习题及答案结构设计原理-第一章-材料的力学性能-习题及答案第一章材料的力学性能一、填空题1、钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为____________和。
2、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于残余应变为时的应力作为假定的屈服点，即。
3、碳素钢可分为、和。
随着含碳量的增加，钢筋的强度、塑性。
在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬等合金元素，变成为。
4、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要是、、、。
5、钢筋和混凝土是不同的材料，两者能够共同工作是因为、、6、光面钢筋的粘结力由、、三个部分组成。
7、钢筋在混凝土中应有足够的锚固长度，钢筋的强度越、直径越、混凝土强度越，则钢筋的锚固长度就越长。
8、混凝土的极限压应变包括和两部分。
部分越大，表明变形能力越，越好。
9、混凝土的延性随强度等级的提高而。
同一强度等级的混凝土，随着加荷速度的减小，延性有所，最大压应力值随加荷速度的减小而。
10、钢筋混凝土轴心受压构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。
11、混凝土轴心受拉构件，混凝土徐变，则混凝土的应力，钢筋的应力。
12、混凝土轴心受拉构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。
二、判断题1、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。
2、采用边长为100mm的非标准立方体试块做抗压试验时，其换算系数是0.95。
3、混凝土双向受压时强度比其单向受压时强度降低。
4、线性徐变是指徐变与荷载持续时间之间为线性关系。
5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值依据是条件屈服强度。
6、强度与应力的概念完全一样。
7、含碳量越高的钢筋，屈服台阶越短、伸长率越小、塑性性能越差。
8、钢筋应力应变曲线下降段的应力是此阶段拉力除以实际颈缩的断面积。
9、有明显流幅钢筋的屈服强度是以屈服下限为依据的。
10、钢筋极限应变值与屈服点所对应的应变值之差反映了钢筋的延性。
1材料的力学性能(答案)
第一章材料的力学性能一、选择题1、fsd表示( B )A、钢筋抗压强度设计值；B、钢筋抗拉强度设计值；C、钢筋抗拉强度标准值2、C30混凝土中的“ 30”表示(A )A、混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k 30MP a .?B、混凝土的轴心抗压强度标准值fck 30MP a .?C、混凝土的轴心抗拉强度标准值ftk 30MP a3、混凝土的强度等级以(A )表示A、混凝土的立方体抗压强度标准值fcu，k;B、混凝土的轴心抗压强度标准值fck;C、混凝土的轴心抗拉强度标准值ftk4、测定混凝土的立方体抗压强度标准值fcu ,k，采用的标准试件为( A )A、150mm 150mm 150mm ；B、450mm 150mm 150mm ；450mm 450mm 450mmC、5、测定混凝土的轴心抗压强度时,试件涂油和不涂油相比，( B ) 的测定值大。
A、涂油；B不涂油;C、一样大6、钢筋混凝土构件的混凝土的强度等级不应低于( A ) 。
A、C20；B、C25；C、C307、钢筋混凝土构件中的最大的粘结力出现在( A ) 。
A、离端头较近处；B、靠近钢筋尾部；C、钢筋的中间的部位8、预应力混凝土构件所采用的混凝土的强度等级不应低于( C) 。
A、C20；B、C30；C、C40二、问答题1、检验钢筋的质量主要有哪几项指标？答：对软钢有屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能。
对硬钢有极限强度、伸长率、冷弯性能。
2、什么是钢筋的屈强比？它反映了什么问题？答：屈强比为钢筋的屈服强度与极限强度的比值。
它反映结构可靠性的潜力及材料的利用率。
3、如何确定混凝土的立方体抗压强度标准值？它与试块尺寸的关系如何？答：按标准方法制作、养护的边长为150mm勺立方体在28天龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。
试件尺寸越小，抗压强度值越高。
4、为什么要有混凝土棱柱体抗压强度这个力学指标？它与混凝土立方体抗压强度有什么关系？答：钢筋混凝土受压构件中棱柱体多于立方体，所以棱柱体抗压强度比立方体抗压强度能更好地反映受压构件中混凝土的实际强度。
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：
工程材料的力学性能
练习题二
某工厂买回一批材料（要求： бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%； ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ 0=10mm）拉伸试验，结果如下： Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm； d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？
时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球 在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
2．洛氏硬度：
延伸率 延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d)
思考:同一材料δ5 ＞ δ10？
断面收缩率
> 时，无颈缩，为脆性材料表征；
拉
< 时，有颈缩，为塑性材料表征。
伸 试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
练习题一
拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试 验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为 71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率 和断面收缩率的值？
介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出 的力学特征。
指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧
性 、断裂韧度和疲劳强度等。
1.1材料的力学性能
洛氏硬度测试示意图
洛 氏 硬 度 计
h1-h0
（2）符号及标注 符号：HR 常用三种标度符号：HRA HRB 标注方法： 数值＋符号 如：５２ HRC ７０ HRA （3）应用
HRC
压痕小，在批量成品或半成品质量检验中广 泛应用，并可测量较薄的工件或较薄的硬化层。
HRA用于测量高硬度材料, 如
三、硬度 含义：是指材料在外力作用下抵抗局部变形， 特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，通俗 说材料抵抗外力压入其表面的能力。硬度是 衡量材料软硬程度的判据。 硬度判据：布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度ＨＶ
测量方法：硬度实验法
１、布氏硬度HB
（1）测量方法：用直径D钢球或硬质合金球， 一定载荷p ，保持一定时间卸除，由读数显微 镜测得压痕直径d，计算得到。（单位Mpa） 注：实际应用中，不需计算，根据d查布氏硬度 表即可。
2、塑性
含义：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标（两个）： 伸长率： 断面收缩率：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
说明：
① 用表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 与试样尺寸 有关，d0 相同时，l0，，故5> 10。只 有l0/d0 为常数时， 才有可比性。 ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
五、疲劳强度
何为疲劳？材料在低于s的循环交变应力作 用下发生断裂的现象。（举例） 疲劳强度的含义：材料抵抗疲劳破坏的能力。 指标： 疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不 发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用N 表示（对称循环交变应力-1 。） 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为 108。
《材料的力学性能》西北工业大学出版社--复习资料
《材料的力学性能》第一章 材料的拉伸性能名词解释：比例极限P σ，弹性极限e σ，屈服极限s σ，屈服强度0.2σ，抗拉强度b σ，延伸率k δ，断面收缩率k ψ（P7-8），断裂强度f σ（k σ），韧度（P10）1、拉伸试验可以测定那些力学性能？对拉伸试件有什么基本要求？ 答：拉伸试验可以测定的力学性能为：弹性模量E ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，延伸率δ，断面收缩率ψ。
2、拉伸图和工程应力-应变曲线有什么区别？试验机上记录的是拉伸图还是工程应力-应变曲线？答：拉伸图和工程应力—应变曲线具有相似的形状，但坐标物理含义不同，单位也不同。
拉伸图横坐标为伸长量（单位mm ），纵坐标为载荷（单位N ）；工程应力-应变曲线横坐标为工程应力（单位MPa ），纵坐标为工程应变（单位无）。
试验机记录的是拉伸图。
3、脆性材料与塑性材料的应力-应变曲线有什么区别？脆性材料的力学性能可以用哪两个指标表征？答：如下图所示，左图近似为一直线，只有弹性变形阶段，没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂，说明是脆性材料。
右图为弯钩形曲线，既有弹性变形阶段，又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂，说明是塑性材料。
脆性材料力学性能用“弹性模量“和”脆性断裂强度”来描述。
4、塑性材料的应力-应变曲线有哪两种基本形式？如何根据应力-应变曲线确定拉伸性能？答：分为低塑性和高塑性两种，如下图所示。
左图曲线有弹性变形阶段与均匀塑性变形阶段，没有颈缩现象，曲线在最高点处中断，即在均匀塑性变形阶段断裂，且塑性变形量小，说明是低塑性材料。
右图曲线有弹性变形阶段，均匀塑性变形阶段，颈缩后的局集塑性变形阶段，曲线在经过最高点后向下延伸一段再中断，即在颈缩后的局集塑性变形阶段断裂，且塑性变形量大，说明是高塑性材料。
5、何谓工程应力和工程应变？何谓真应力和真应变？两者之间有什么定量关系？答：6、如何测定板材的断面收缩率？答：断面收缩率是材料本身的性质，与试件的几何形状无关，其测试方法见P8。
第一章 材料的力学性能
第一章材料的力学性能一、名词解释1、力学性能：材料抵抗各种外加载荷的能力，称为材料的力学性能。
2、弹性极限：试样产生弹性变形所承受的最大外力，与试样原始横截面积的比值，称为弹性极限，用符号σe表示。
3、弹性变形：材料受到外加载荷作用产生变形，当载荷去除，变形消失，试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。
4、刚度：材料在弹性变形范围内，应力与应变的比值，称为刚度，用符号E表示。
5、塑性：材料在外加载荷作用下，产生永久变形而不破坏的性能，称为塑性。
6、塑性变形：材料受到外力作用产生变形，当外力去除，一部分变形消失，一部分变形没有消失，这部分没有消失的变形称为塑性变形。
7、强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，称为强度。
8、抗拉强度：材料在断裂前所承受的最大外加拉力与试样原始横截面积的比值，称为抗拉强度，用符号σb表示。
9、屈服：材料受到外加载荷作用产生变形，当外力不增加而试样继续发生变形的现象，称为屈服。
10、屈服强度：表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，即材料抵抗微量塑性变形的能力，用符号σs表示。
11、σ0.2：表示条件屈服强度，规定试样残留变形量为0.2％时所承受的应力值。
用于测定没有明显屈服现象的材料的屈服强度。
12、硬度：金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力，即材料抵抗局部塑性变形的能力，称为硬度。
13、冲击韧度：材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力，称为冲击韧度，用符号αk表示。
14、疲劳：在交变载荷作用下，材料所受的应力值虽然远远低于其屈服强度，但在较长时间的作用下，材料会产生裂纹或突然的断裂，这种现象称为疲劳。
15、疲劳强度：材料经无数次应力循环而不发生断裂，这一应力值称为疲劳强度或疲劳极限，用符号σ-1表示。
16、蠕变：材料在高温长时间应力作用下，即使所加应力值小于该温度下的屈服极限，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂，这种现象称为蠕变。
17、磨损：由两种材料因摩擦而引起的表面材料的损伤现象称为磨损。
材料力学性能(第一章)
第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 弹性变形及其物理本质
外力引起原子间距的变化，即位移，在宏观上即弹性变形。 外力引起原子间距的变化，即位移，在宏观上即弹性变形。 弹性性能与特征是原子间结合力的宏观表现， 弹性性能与特征是原子间结合力的宏观表现，本质上决定于晶体的电子结 构，而不依赖于其显微组织。 而不依赖于其显微组织。 引 力
单向受力时， 单向受力时，
εx =
1 σx E
εy = 由此可见 ， 即使在单轴加 载条件下， 载条件下 ， 材料不仅有受拉方 向上的伸长变形， 还有垂直于 向上的伸长变形 ， 还有 垂直于 受拉方向的横向收缩变形。 受拉方向的横向收缩变形。
第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 弹性模量
第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
对于不连续屈服的材料，如低碳钢， 对于不连续屈服的材料，如低碳钢，则存在上屈服点和 下屈服点，一般以下屈服点作为材料的屈服强度。 下屈服点，一般以下屈服点作为材料的屈服强度。
σ ys =
py A0
－－材料的极限承受能力 抗拉强度 －－材料的极限承受能力
σ b = Pb / A0
材料的概念
材料的定义: 材料的定义
肖纪美先生的观点：材料是人类社会能接受的， 肖纪美先生的观点：材料是人类社会能接受的， 经济地制造有用器件的物质。 经济地制造有用器件的物质。
材料的性能
1、 使用性能：物理性能（光、电、磁……） 、 使用性能：物理性能（ ） 力学性能 （强度、塑性、硬度……） 强度、塑性、硬度 ） 2、 加工性能 （可制造性） 、 可制造性） 热加工：铸、锻、焊、热处理…… 热加工： 热处理 冷加工： 冷加工：车、铣、磨…… 特种加工：电火花、激光、离子 特种加工：电火花、激光、离子……
《材料的力学性能》课程笔记
《材料的力学性能》课程笔记第一章：材料在拉伸下的力学性能1.1 拉伸试验与应力应变曲线拉伸试验是评估材料在拉伸载荷下的力学性能的基本方法。
在拉伸试验中，将材料试样固定在拉伸试验机上，然后对试样施加拉伸载荷，直至试样断裂。
通过记录拉伸过程中载荷与试样长度变化的关系，可以得到应力应变曲线。
应力应变曲线是描述材料在拉伸过程中应力与应变之间关系的曲线。
它通常包括弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。
通过应力应变曲线，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等力学性能参数。
在弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。
弹性模量是描述材料在弹性变形阶段刚度的指标，它定义为应力与应变的比值。
弹性模量越大，材料的刚度越高。
在塑性变形阶段，应力与应变不再呈线性关系，材料发生永久形变。
屈服强度是描述材料开始发生塑性变形的应力水平。
屈服强度越大，材料的抗变形能力越强。
在断裂阶段，应力达到最大值，材料发生断裂。
断裂强度是描述材料在断裂时的应力水平。
断裂强度越大，材料的抗断裂能力越强。
1.2 工程应力指标工程应力是描述材料在拉伸过程中承受的应力的一种指标。
它定义为拉伸载荷与原始横截面积的比值。
工程应力的单位通常是Pa（帕斯卡）或MPa（兆帕斯卡）。
工程应力可以用来评估材料在拉伸过程中的承载能力。
在工程设计中，通常使用工程应力来计算和确定材料的尺寸和结构的安全性。
1.3 工程应变指标与典型的拉伸应力-应变曲线工程应变是描述材料在拉伸过程中发生的形变的一种指标。
它定义为试样长度变化与原始长度的比值。
工程应变的无量纲，通常以百分比表示。
典型的拉伸应力-应变曲线展示了材料在拉伸过程中的力学行为。
在弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。
在塑性变形阶段，应力与应变不再呈线性关系，材料发生永久形变。
在断裂阶段，应力达到最大值，材料发生断裂。
通过分析拉伸应力-应变曲线，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等重要力学性能参数，为材料的选择和应用提供依据。
1材料的性能
材料在无数次数应力循环后仍不发生断裂时的 最大应力称为疲劳极限。用D表示。 一般结构钢规定次数为107，其他钢及有色金 属合金为108。
六、断裂韧性
桥梁、船舶、大型轧辊、转子等有时会发生低 应力脆断。 工作应力远低于材料的抗拉强度。 原因：构件或零件存在裂纹。裂纹在应力作用 下失稳扩展，导致机件破断。
二、锻造性能
锻造性 适应能力。 金属材料用锻压加工方法成形的
锻造
冷冲
金属材料的塑性越好，变形抗力越小， 金属的锻造性能越好。
三、可焊性 可焊性 材料易于被焊接到一起并获得优质 焊缝的能力。
电弧焊
气焊
钢材的碳含量是焊接性好坏的主要因素。 低碳钢和碳的质量分数低于0.18 %的合金钢 焊接性能较好。 碳含量和合金元素含量越高, 焊接性能越差。
• 58HRC 符号HR前面的数字为硬度值， 后面为使用的标尺。
洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围
广，可用于成品件的检验。
缺点：测量结果分散度大，重复性差
3、维氏硬度
将两相对面夹角136o的正四棱锥体的金刚石压 头，用选定的试验力压入试样表面，保持规定时间 后，卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d。试 验力除以压痕表面积所得商即为维氏硬度。
韧脆转变温度 • 材料的冲击韧性随温度 下降而下降。 • 在某一温度范围内冲击 韧性值急剧下降的现象 称韧脆转变。
发生韧脆转变的温度范围称韧脆转变温度。 材料的使用温度应
? 韧脆转变温度。 高于
建造中的Titanic 号
TITANIC
TITANIC的沉没
与船体材料的质量
直接有关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
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第一章材料的力学性能
一、填空题
1、钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为___________
和。
2、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于残余应变为时的应力作为假定的屈服点，即。
3、碳素钢可分为、和。
随着含碳量的增加，钢筋的强度、塑性。
在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬等合金元素，变成为。
4、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要是、、
、。
5、钢筋和混凝土是不同的材料，两者能够共同工作是因为
、、
6、光面钢筋的粘结力由、、三个部分组成。
7、钢筋在混凝土中应有足够的锚固长度，钢筋的强度越、直径越、混凝土强度越，则钢筋的锚固长度就越长。
8、混凝土的极限压应变包括和两部分。
部分越大，表明变形能力越，越好。
9、混凝土的延性随强度等级的提高而。
同一强度等级的混凝土，随着加荷速度的减小，延性有所，最大压应力值随加荷速度的减小而。
10、钢筋混凝土轴心受压构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。
11、混凝土轴心受拉构件，混凝土徐变，则混凝土的应力，钢筋的应力。
12、混凝土轴心受拉构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。
二、判断题
1、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。
2、采用边长为100mm的非标准立方体试块做抗压试验时，其换算系数是0.95。
3、混凝土双向受压时强度比其单向受压时强度降低。
4、线性徐变是指徐变与荷载持续时间之间为线性关系。
5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值依据是条件屈服强度。
6、强度与应力的概念完全一样。
7、含碳量越高的钢筋，屈服台阶越短、伸长率越小、塑性性能越差。
8、钢筋应力应变曲线下降段的应力是此阶段拉力除以实际颈缩的断面积。
9、有明显流幅钢筋的屈服强度是以屈服下限为依据的。
10、钢筋极限应变值与屈服点所对应的应变值之差反映了钢筋的延性。
11、钢筋的弹性模量与钢筋级别、品种无关。
12、钢筋的弹性模量指的是应力应变曲线上任何一点切线倾角的正切。
13、硬钢在应力达到假定屈服点时，塑性应变为0.002。
14、冷拉与冷拔一样，可同时提高钢筋的抗拉及抗压强度。
15、冷拔低碳钢丝本身是硬钢，其母材为软钢。
16冷拔钢丝的冷拔次数越多则延性越差。
17、边长200mm的混凝土立方体抗压强度为18MPa，则标准立方体强度为18.9MPa。
18、若混凝土立方强度与的试验方法由在试块表面不涂油改为涂油，三种边长尺寸100mm、150mm、200mm的试块强度是相同的。
19、高宽比为3的棱柱体抗压强度可以代替高宽比为5的棱柱体抗压强度。
20、混凝土轴心抗压强度随高宽比增大而变小，主要原因是试块的加载垫板与试块的接触面的摩摖阻力随高宽比增大而逐渐对破坏失去影响。
21、混凝土的轴心抗压强度更接近于实际结构的混凝土抗压强度。
22、有三种混凝土受力状态：A一向受压、一向受拉；B单项受压；C双向受压，则它的抗压强度的关系为：B>A>C。
23、称混凝土是弹塑性材料是因为混凝土在应力作用下所产生的变形包括两种变形：弹性变形和塑性变形。
24、混凝土强度等级越高，其应力峰值所对应的应变越小。
25、变形模量随应力增大而增大。
26、混凝土弹性模量仅仅与混凝土强度有关。
27、受拉时的弹性模量小于受压时的弹性模量。
28、混凝土强度等级越高其延性越好。
29、徐变变形不包括加荷时所产生的瞬时变形。
30、产生徐变变形的同时也产生收缩变形。
三、选择题
1、钢筋的冷加工有两种方法(冷拉、冷拔) A、二者都可提高钢筋的抗拉和抗压强度；
B、冷拉时钢筋的冷拉应力应低于钢筋的屈服点；
C、冷拔后的钢筋没有明显的屈服点；
D、冷加工(冷拉、冷拔)后对塑性没有影响。
2、HRB400级钢筋的抗拉强度设计值。
冷拉III级钢筋的抗拉强度设计值，则冷拉III级钢筋的抗压强度设计值
A、310；
B、340；
C、400；
D、420
3、钢筋经冷拉后，A、可提高和；B、可提高和伸长率；C、可提高和；D、可提高，但不能提高。
4、对钢筋冷加工的目的是：A、提高屈服强度；B、增加钢材的塑性；C、提高钢筋与混凝土的粘结强度；D、调直、除锈。
5、对无明显屈服点的钢筋，《规范》取用的条件屈服强度为：A、应变为0.2%时所对应的应力；B、应变为2%时所对应的应力；C、极限抗拉强度的0.8倍；D、极限抗拉强度的0.85倍。
6、混凝土强度等级C30表示：A、混凝土的立方强度≥30N/mm2；B、混凝土的棱柱体抗压强度设计值≥30 N/mm2；C、混凝土的轴心抗压强度标准值≥30N/mm2；D、混凝土的立方强度达30N/mm2的概率不小于95%。
7、混凝土收缩变形A、与混凝土所受的应力大小有关；B、随水泥用量的增加而减小；C、随水灰比的增加而增大。
8、在下列关于混凝土收缩的概念中，正确的是：A、配置钢筋限制收缩裂缝宽度，但不能使收缩裂缝不出现；B、为减小收缩应力，应提高混凝土强度等级；C、为减小收缩应力，应多配分布钢筋；D、设变形缝，可防止混凝土收缩。
9、混凝土的变形模量A、随混凝土应力增加而降低；B、与混凝土弹性系数有关，弹性系数越小，其值越大；C、与混凝土强度等级有关、强度等级越高，其值越小；D、与混凝土弹性模量有关，弹性模量越大，其值越小。
10、钢筋和混凝土之间的粘结强度，A、当外荷大时，其粘结强度大；B、当钢埋入混凝土中长度长时，其粘结强度大；C、混凝土强度等级高时，其粘结强度大；D、钢筋级别低时，其粘结强度大。
11、在下列关于混凝土徐变的概念中，正确的是A、周围环境越潮湿，混凝土徐变越大；B、水泥用量越多，混凝土徐变越小；C、水灰比越大，混凝土徐变越小；D、初始压应力越大，混凝土徐变越小。
12、混凝土的极限压应变A、包括弹性应变和塑性应变、塑性部分越大、延性越好；
B、包括弹性应变和塑性应变，弹性部分越大，延性越好；
C、是曲线上最大压应力所对应的应变值。
13、在混凝土受拉开裂之前的瞬间A、混凝土内钢筋受拉应力达到屈服应力；B、混凝土内钢筋受拉应力仍很低；C、混凝土变形与钢筋变形不一致；D、混凝土与钢筋之间的粘结力已破坏。
14、在I、II级钢筋周围混凝土受压破坏之前的瞬间A、钢筋受压力达400N/mm2；B、钢筋受压应力仍很低；C、受压钢筋已达屈服。
15、混凝土的变形特点是：A、应力和应变成正比例，即；B、均匀受压时大，非均匀受压时小；C、当→时，→；D、低强度等级混凝土的比高强度等级混凝土的大。
四、简答题
1、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为哪两类？分别绘制它们的应力-应变曲线，并标明它们各自的强度指标。
2、什么是条件屈服强度？。
3、检验钢筋的质量主要有哪几项指标？
4、什么是钢筋的屈强比？它反映了什么问题？
5、什么叫钢筋的冷拔？冷拉和冷拔对钢筋的性能的改变有何不同？
6、需要焊接的钢筋为什么要先焊接后冷拉？
7、建筑工程中所用钢筋有哪几种？
8、如何确定混凝土的立方体抗压强度标准值？它与试块尺寸的关系如何？
9、确定混凝土的轴心抗压强度时，为何要用(为棱柱体的高，为棱柱体的宽)的棱柱体当试件？
10、为什么要有混凝土棱柱体抗压强度这个力学指标？它与混凝土立方体抗压强度有什么关系？
11、绘制混凝土在一次短期荷载下的应力-应变关系曲线，并标明、、等特征值。
12、什么是混凝土的极限压应变？
13、什么是混凝土的徐变、线性徐变、非线性徐变？
14、徐变和塑性变形有什么不同？
15、为什么伸入支座的钢筋要有一定的锚固长度？钢筋在绑扎搭接时，为什么要有足够的搭接长度？
16、在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土能够共同工作的基础是什么？
17、影响混凝土抗压强度的因素是什么？
18、什么是混凝土的疲劳强度？
19、若混凝土试块以低于疲劳强度的应力值，在百万次以上重复作用后，是否会发生疲劳破坏？
20、影响混凝土徐变的因素有哪些？
21、什么是混凝土的收缩？
22、当荷载不变长期作用时，受压柱中钢筋和混凝土的压应力是否随时间变化？
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