材料力学性能第PPT课件
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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
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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
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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
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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
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第3章 轴向载荷作用下材料旳力学性能
结论与讨 论
《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） 。
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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。
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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。
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1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
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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；
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复合材料力学性能ppt课件
低分子是瞬变过程
（10-9 ～ 10-10 秒）
各种运动单元的运动需要 克服内摩擦阻力，不可能
瞬时完成。
高分子是松弛过程
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、 链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
.
8
Tg 粘流态
Tf
Td
Tf ～ Td
分解温 度
（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移
应变硬化
E D A
D A
O A
B
y
图2.4 非晶态聚合物的应力. -应变曲线（玻璃态）
20
2.2 高分子材料的力学性能
.
21
2.2 高分子材料的力学性能
序号 类型
1
2
硬而脆 硬而强
3 强而韧
4 软而韧
5 软而弱
曲线
模量
高
高
高
低
低
拉伸强度
中
高
高
中
低
断裂伸长率 小
中
大
很大
中
断裂能
小
中
大
大
小
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩 体积形变 压缩应变
F
扭转
F
.
17
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑 铃型试
样
实验条件：一定拉伸速率和温度
.
电子万能材料试验机
18
2.2 高分子材料的力学性能
图2.3 高分子材料三种典型的应力-应变曲线
.
19
金属材料的力学性能ppt课件.ppt
为塑性变形。
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
F F F
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉伸试验
d0
F
F
l0
L 拉伸前
dk
lk
拉伸后
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
标准冲击试样有两种，一种是Ｕ形缺口试样，另一种是Ｖ
形缺口试样。它们的冲击韧度值分别以a KU和a KV。
材料的a K值愈大，韧性就愈好；材料的a K值愈小，材料
的脆性愈大
通常把a K值小的材料称为脆性材料 研究表明，材料的a K值随试验温度的降低而降低。
加载速度越快，温度越低，表面及冶金质量越差， a K在值
Fe
e
k
4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变
形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部
o
截面明显缩小试样承载能力降低，
拉伸力达到最大值，而后降低，但
变形量增大，K点时试样发生断裂。
F S0 拉伸曲线
l l0
应力—应变曲线
l
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
K — 断裂点
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3) 维氏硬度
维氏硬度试验原理
维氏硬度压痕
维氏硬度计
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
金属材料的力学性能-课件
❖ 金属材料旳力学性能是指在承受多种外加载荷（拉 伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时， 对变形与断裂旳抵抗能力及发生变形旳能力。
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
强度与塑性
❖ 强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性 变形和断裂旳能力。
❖ 塑性是指金属材料在静载荷作用下产生塑性变 形而不致引起破坏旳能力。
❖ 金属材料旳强度和塑性旳判据可经过拉伸试验 测定。
断后伸长率（ δ ）
l1-l0
δ=
×100%
l0
l1——试样拉断后旳标距,mm; l0——试样旳原始标距,mm。
断面收缩率（ψ）
ψ= S0-S1 ×100% S0
S0——试样原始横截面积,mm2； S1——颈缩处旳横截面积,mm2 。
屈服现象
❖ 在金属拉伸试验过程中， 当应力超出弹性极限后， 变形增长较快，此时除 了弹性变形外，还产生 部分塑性变形。当外力 增长到一定数值时忽然 下降，随即，在外力不 增长或上下波动情况下， 试样继续伸长变形，在 力－伸长曲线出现一种 波动旳小平台，这便是 屈服现象。
强度
屈服点
在伸长过程中力不增长（保持恒定），试样仍能继续
伸长时旳应力，单位为MPa，即：
S
FS Ao
式中：Fs——材料屈服时旳拉伸力，（ N ）； Ao——试样原始截面积，（ mm2 ）。
要求残余延伸强度
❖ 对于高碳淬火钢、铸铁等材料，在拉伸试验 中没有明显旳屈服现象，无法拟定其屈服强 度。
❖ 国标GB228-2023要求，一般要求以试样到 达一定残余伸长率相应旳应力作为材料旳屈 服强度，称为要求残余延伸强度，一般记作 Rr。例如Rr0.2表达残余伸长率为0.2%时旳 应力。
要求残余延伸应力
F0.2 A0
材料的力学性能课件
A0 − A1 ψ = × 100% A0
断面收缩率
δ 10
l1 − l 0 = × 100% l0
都表示材料直到拉断时其塑性变形能达到的 最大程度值愈大说明材料的塑性愈好。
δ 在工程上将δ 10 >5%称为塑性材料，10 <5%称为 5%称为塑性材料， <5%称为 脆性材料。
2．铸铁在拉伸时的力学性能 • 灰铸铁在拉伸时，从开始到试件拉断， 应力和应变都很小，没有屈服阶段和缩 颈现象，没有明显的直线段，在工程实 际中，应力应变曲线图的曲率很小，常 以直线代替曲线，近似地认为材料服从 胡克定律，直线的斜率 E=tanɑ，称为 弹性模量，拉断时的最大应力为材料的 强度极限，由于脆性材料的抗拉强度很 低，不易用作受拉杆件的材料。
低碳钢试棒
应力应力-应变图
拉伸曲线图
变形发展的四个阶段：
1）弹性阶段
分为两段：直线段和微弯段。直线段表示应力与应变 成正比关系，直线最高点所对应的应力值成为材料的比例极限。 低碳钢的比例极限约等于200MPa。ab段图线微弯，不再成正比 关系，而与产生的变形仍为弹性变形，b点所对应的应力值称为材 料的弹性极限。 2） 屈服阶段 当由b点逐渐发展到e点，然后再由c点至c’点，表明应 力几乎不增加而变形急剧增加，这种现象称为屈服或流动，cc’段 称为屈服阶段。对应c点的应力值称为屈服点 屈服阶段。 屈服点。材料屈服时，所产 屈服阶段 屈服点 生的变形是塑性变形，当材料屈服时，在试件光滑表面上可以看 到与杆轴线成45°的暗纹，这是由于材料内部晶格间沿最大剪应 力作用所产滑移造成的，故称为滑移线 滑移线。 滑移线 3）强化阶段 经过屈服后图线由c’上升到d点，这说明材料又恢复了对线相比，其抗压 强度极限远远大于抗拉强度极限（3~4倍）。压坏时， 其断口与曲线约成45°，表明铸铁压缩时沿斜截面相 对错动而断裂。由于脆性材料抗压强度很高，常用于 受压件。
材料力学性能第七章金属的磨损ppt课件
➢形态特征：小针状或痘状凹坑， 45 贝壳状
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
46
2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
17
润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
6
机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
7
3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
36
主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
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2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
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润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
6
机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
7
3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
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主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
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10/31/2020
安徽工业大学 材料科学与工程学院
4
基体：复合材料中的连续相，主要构成相
增强体：分布于基体中的一种或几种不连续相， 不连续相的强度、硬度比连续相高。增强体以 独立的形态分布于基体中，二者之间存在相界 面，增强体可是纤维、颗粒状填料等。
本章讨论的是作为结构材料使用的纤维复合材料，指以高性能 的碳纤维、陶瓷纤维、芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺）纤维、 晶须等为增强体，以金属、陶瓷、聚合物为基体的先进复合材 料。
因此，需要学习了解有关复合材料的理论、力学行为的基 本特征。
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第一节 复合材料的定义和性能特点
一、复合材料的定义与分类
定义：由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复 合成的新型材料。
其组分材料虽然保持相对独立性，但复合材料的性能 却不是组分材料的简单叠加。
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(4) 减振性能好
构件的自身频率除了与本身结构有关外，还与材料比模量的 平方成正比。
纤维复合材料的比模量大，因而它的自振频率很高，在加载 速率下不容易出现因共振而快速断裂的现象。
同时复合材料中存在大量纤维，与基体的界面，由于界面对 振动有反射和吸收作用，所以复合材料的振动阻尼强，即使 激起振动也会很快衰减。
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实际上，由于纤维有屈曲、排列不整齐、界面结合强 度小等原因，使实验值与计算值有一定差异，所以工 程上常加一个修正系数K，则有：
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பைடு நூலகம்
（二）横向弹性模量
计算单向纤维复合材料横向弹性模量的模型有两种： I型：纤维含量少，纤维与基体的串联模型，此时纤维
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复合材料的分类
（1）按增强体分类：
连续纤维复合材料
非连续纤维复合材料
颗粒复合材料
层合板复合材料
（2）按基体分类：
聚合物基复合材料
金属基复合材料
无机非金属基复合材料
（3）按用途分类：
结构复合材料
功能复合材料
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根据假设
，有：
同理，并联模型的纵向弹性模量的模型相同， 所以：
与基体具有相同的应力，即：
II型：纤维含量高，纤维呈束状分布于基体中，必然 与基体紧密接触，其间有基体材料，但很薄，可以认 为这部分变形与基体一致，纤维与基体有相同的应变， 即为并联模型：
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根据串联模型，复合材料的横向伸长等于纤维和基体的 横向伸长之和：
为了克服单一材料性能上的局限性，人们越来越多的根据 构件的性能要求和工况条件，选择两种或两种以上化学、 物理性质不同的材料，按一定的方式、比例、分布组合成 复合材料，使其具有单一材料所无法达到的特殊性能或综 合性能。
复合材料性能的基本特点是各向异性、可设计性，这些特 性以及所引起的特殊力学性能与均质各向同性材料是不同 的。
(5) 可设计性强
通过改变纤维、基体的种类和相对含量，纤维集合形式及排 布方式等可满足复合材料结构和性能的设计要求。
复合材料的高比强度、高模量的特点，是由于这种材料受力 时高强度、高模量的增强纤维承受了大部分载荷，基体只是 作为传递和分散载荷给纤维的媒介引起的。
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第二节 单向复合材料的力学性能
连续纤维在基体中呈同向平行排列的复合材料，称 为单向连续纤维增强复合材料。
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单向复合材料的强度和钢度都随方向而改变，有五个特征 强度：
（1）纵向抗拉强度、（2）纵向抗压强度、 （3）横向抗拉强度、（4）横向抗压强度、 （5）面内抗剪强度。
有四个特征弹性常数： （1）纵向弹性模量、（2）横向弹性模量、 （3）主泊松比、（4）切变模量。
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一、单向复合材料的弹性性能
（一）纵向弹性模量
在计算单向复合材料的纵向弹性模量时，将复合材料看成是两 种弹性体并联，并简化成有一定规则形状和分布的模型。
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第十一章 复合材料的力学性能
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20世纪60年代以来，航天、航空、电子、汽车等高技术领 域的迅速发展，对材料性能的要求日益提高，单一的金属、 陶瓷、高分子材料已难以满足迅速增长的性能要求。
假设：纤维连续、均匀、平行排列于基体中，纤维与基体粘接 牢固，且纤维、基体和复合材料有相同的拉伸应变，基体将拉 伸力F通过界面完全传递给纤维。
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通过铺层设计的复合材料，可能出现各种形式和不同程度的各向 异性。
各向异性这一特性使复合材料的力学行为复杂化，但也可以作为 一种优点在设计时加以利用。如果采用合理的铺层可在不同的方 向分别满足设计要求，能明显减轻重量和更好的发挥结构的性能。
(3) 抗疲劳性好
金属、陶瓷材料的疲劳破坏是没有明显预兆的突发性破坏，而纤 维复合材料中纤维和基体的界面能阻止裂纹扩展，所以纤维复合 材料疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到结合面上， 破坏前没有明显预兆。
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二、复合材料的特点
复合材料取决于基体和增强体的特性、含量、 分布等。
(1) 高比强度、比模量
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(2) 各向异性
纤维增强复合材料在弹性常数、热膨胀系数、强度等方面具有明 显的各向异性。