大连理工大学精品课程-材料力学性能-前言
材料力学性能实验报告
大连理工大学实验报告学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___指导教师签字：成绩：实验一金属拉伸实验Metal Tensile Test一、实验目的Experiment Objective1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率φ的测定方法。
2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。
3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。
4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。
二、实验概述Experiment Summary金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。
此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。
在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。
用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。
三、实验用设备The Equipment of Experiment拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。
液压式万能实验机是最常用的一种实验机。
它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。
（一）加载部分The Part of Applied load这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。
其加载方式是液压式的。
在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第六章-高温性能指标
2020年8月6日星 期四
第六章 金属高温力学性能
如果熔点相同但晶体结构不同，则自扩
散激活能愈高者扩散愈慢。层错能低的金属
容易产生扩展位错，使位错难以产生割阶、
交滑移及攀移，这些都有利于降低蠕变速率。
大多数面心立方结构的金属，其高温强度比
体心立方结构的高就是因为这个原因。
一个全位错分解为两个或多个不全位错，其间以层错带相
高热强性愈有利。
17
2020年8月6日星 期四
第六章 金属高温力学性能
合金中如果含有能形成弥散相的合金 元素，则由于弥散相能强烈阻碍位错的滑 移，是提高高温强度的更有效的方法。
在合金中添加能增加晶界扩散激活能的 元素(如硼、稀土等)既能阻碍晶界滑动，又 增大晶界裂纹形成的表面能，对提高蠕变 极限，特别是持久强度极限非常有效。
外推法时只能外推到蠕变速率
比最低试验点的数据低一个数
量级，否则所得值不可靠。
10-6
10-5
10-4
10-3 10-2
έ
4
图6-12 - έ关系曲线
2020年8月6日星 期四
第六章 金属高温力学性能
二、持久强度极限：与常温下的情况一样，金
属材料在高温下的变形抗力与断裂抗力也是两
种不同的性能指标，因此，对于高温材料，除
材料力学性能
Mechanical properties of materials
第六章：高温性能指标
材料科学与工程学院
2020年8月6日星 期四
第六章 金属高温力学性能
第三节 高温力学性能指标及影响因素
一、蠕变极限：为保证高温长时载荷作用下机件不
致产生过量变形，要求材料具有一定的蠕变极限。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(3)
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
假设一完整晶体受拉应力
F
作用后，原子间结合力与
引力
m
原子间位移的关系曲线如
a0
图 1-69 所 示 。 曲 线 最 大 值
2
原子位移x
斥力
m代表了晶体在弹性状态
下的最大结合力——理论
图1-69 原子间作用力与 原子位移曲线
断裂强度。作为近似，该曲线用正弦曲线表示：
由和式可得：m E ········· 2 a0 ···
另一方面，晶体脆性断裂时产生两个新的表面。
设单位面积的表面能为s，形成单位裂纹表面外力所 4 作的功U0应为-x曲线下所包围的面积：
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
U 0
2
m sin
2xdx
m
·········
材料的s实际上由表面能和塑性变形功组成，称为有效
表面能。塑性变形功与材料的有效滑移数目及裂纹尖端附近 可动位错数目有关。如bcc金属的有效滑移系数目多，但位 错受杂质原子的钉扎，可动位错数目少，易于脆性断裂。而
20 fcc金属的有效滑移系数目和可动位错数目都比较多，
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
适用于塑性变形 诱发的裂纹
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
三、断裂理论的意义
前已述及，公式 c 2Gs 是金属材料屈服时产
ky d
生解理断裂的判据。那么，应该有
1
c s i kyd 2
1
(id 2 ky)ky 2Gs
1
考虑应力状态的影响，上式可写成 (id 2 ky)ky 2Gsq
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案解读
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
2011 年“材料力学”授课记录
2011年“材料力学”授课记录大连理工大学工程力学系王博（副教授）关于课程：课程名称：材料力学课程简介：材料力学是变形体力学的重要基础分支之一，是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础的重要技术基础课程，也是一门理论与实验相结合的课程。
材料力学的任务是研究杆件在承受各种荷载时的变形等力学性能。
主讲教师：王博授课对象：机械、船舶、汽车、能动、航天09，及重修，共计165人课程性质：必修总学时数：讲课6411年材料力学第一次课 2011-02-22 10:24材料力学一年讲一次，一上来还真不适应。
但相对去年第一次的那种不适应，感觉能好些。
并且有意识地控制了自己的节奏，增加了些严谨的元素。
难道跟自己年纪变大了有关？今年是第一次全校工科混着选材料力学，使得我一百五十多人的课堂里有好多专业的学生：机械、船舶、汽车、航空航天、能源动力等等。
这给讲课带来了些与以往不同的考虑，以往课堂上准备的实例都是偏机械的，现在这类环节上不自然的会多说几句。
再有，150多人，确实太多了。
这节课下次上的话，可能更该强调两个知识点（材料力学的任务、基本假设）的本质、由来和之间关系，要有更为准确严谨的力学和数学描述。
不知道能不能有更大的激情去认识新学生了，一个朋友还提醒我认识的人多了头会变大。
但其实对我来说记住更多学生的名字几乎是越来越有挑战了。
衰老啊，天敌！！尽力吧~11年材料力学第二次课 2011-02-26 10:46前言的第二次课，主要掌握内力截面法、以及应力（正应力、切应力）、应变（线应变、切应变）和四种基本变形。
授课中应该注意以下四点：1，陈述外力形式、内力的基本概念时，授课内容会略显枯燥。
因此应该尝试讲授时应用一些新颖的实例；这次课应用高跟鞋与平底鞋理论计算时的算例（源自季天健博士（英）《Seeing and Touching Structural Concepts》），说明分布力和集中力是抽象的力学模型。
2，应力是用以评判强度的力学指标，一方面要强调这是因为源于工程经验发现构件的破坏总是在分布内力集度最大的地方破坏，因此引出“应力”的概念；另一方面要说明这样的定义（所谓单位面积上的内力）就觉得在结构设计中要非常重视接触构件间连接面积较小的地方（往往这里也是最危险的）也就是说承受力的杆件截面积越小应力越高。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(2)
建立符合塑性变形临界条件（屈服）的函数表达
式r=f()，该式对应的图形即代表塑性区边界形状，
其边界值即为塑性区尺寸。
由材料力学可知，通过一点的主应力1、2、 3和x、y、z方向上各应力分量的关系为：
7
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
1 x y
2
x
2
y
2
2 xy
1 K cos 1 sin
展。我们将x方向(＝0)的塑
性区尺寸r0定义为塑性区宽 度。
10
图4-2 裂纹尖端附近塑性区 的形状和尺寸
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
r0
1
2
K
ys
2
KI—应力场强度因子
ys—有效屈服应力
s—单向拉伸时的屈服强度 —泊松比
r0
1
2
K
s
2
（平面应力）
r0
(1 2 2
)2
、有效裂纹及KI的修正 由于裂纹尖端塑性区的存在，会降
低裂纹体的刚度，相当于裂纹长度的增
加，因而会影响应力场及KI的计算，所 以要对KI进行修正。最简单和实用的方 法是在计算KI时采用虚拟等效裂纹代替 实际裂纹。
20
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
如图4-5所示，裂纹a前方
区域未屈服前，y的分布曲线
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
KI≥KI(KIC)是一个很有用的关系式，它将 材料的断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸 的关系定量地联系起来了。应用这个关系式可 解决有关裂纹体的断裂问题：如可以估算裂纹
体的最大承载能力、允许裂纹尺寸a及材料断
大连理工考研专业课《816材料力学》大纲
第1章材料力学的基本概念 2、轴向拉伸及压缩 3、剪切 4、扭转 5、弯曲内力6、弯曲应力 7、弯曲变形 8、应力状态理论和强度理论 9、组合变形 10、压杆稳定11、能量法 1 2、静不定系统 13动栽荷 14、疲劳《材料力学》教学大纲（4.5 学分，72 学时。
课堂教学64学时，实验教学8学时）适用专业：过程装备与控制工程（必修）材料力学是过程装备与控制工程专业（即专业目录修订前的化工设备与机械专业）的一门重要技术基础课。
它是机械设计、过程机械、成套装备优化设计、压力容器安全评估、典型过程设备设计等各门后续专业课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握材料力学的基本概念、基本知识；训练学生对基本变形问题进行力学建模和基本计算的能力；使学生熟悉材料力学分析问题的思路和方法；培养学生自觉运用力学观点看待工程和日常生活中实际事物的意识。
目的在于为学习本专业相关后继课程打好力学基础。
二、课程内容、基本要求与学时分配1．引言。
材料力学基本概念、教学任务、研究方法以及背景知识介绍。
（2学时）2．轴向拉伸和压缩。
熟练掌握轴向拉伸与压缩的内力计算，截面法，轴力，轴力图。
轴向拉伸（压缩）时横截面及斜截面上的应力。
拉（压）杆的变形计算，胡克定律，叠加原理，杆系结点的位移计算。
了解拉压杆的应变能及应变能密度的概念，材料在拉伸和压缩时的力学性质，掌握拉（压）杆的强度条件。
（6学时）3．剪切。
熟练掌握剪切胡克定律，学会画剪力图。
掌握用剪切强度和挤压强度条件进行简单设计和实用计算。
（3学时）4. 扭转。
熟练掌握薄壁圆筒的扭转，外力偶矩，扭矩，扭矩图，等直圆杆扭转时横截面上的应力，切应力互等定理，等直圆杆扭转时的变形计算，了解斜截面上的应力及应变能计算，掌握强度条件和刚度条件的建立。
（4学时）5．弯曲内力。
熟练掌握平面弯曲的概念，指定截面的剪力和弯矩计算，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图，剪力-弯矩与分布荷载之间的微分关系，叠加法做弯矩图。
材料绪论及性能 金属工艺 大连 大连理工
主导地位，到发现大有前途的高温超导材料竟然也是陶瓷
材料时，材料科学家们不免惊呼：新的石器时代来临了。 这些事实说明材料的发展在人类社会发展中起了举足轻重
图 弹性变形与塑性变形
弹性变形的主要特点是：
(1)可逆性 去掉外力，变形就消失。 (2)线性 应力和应变间满足直线关系。
(3)弹性变形量小 一般说来，金属材料和陶瓷
材料的弹性变形很小，高聚物材料的弹性变形 可以比较大。
在低于弹性极限的应力范围内，实际固体的应力和应变不是
单值对应关系，往往有一个时间的滞后现象，这种特性称为 滞弹性。
《金属工艺学》 邓文英主编 高等教育出版社 《金属工艺学》 王建民主编 中国电力出版社 《金属材料及热处理》 崔忠圻主编 机械工业出版社 《材料科学基础》 潘金生主编 清华大学出版社 《焊工工艺学》 卢屹东 刘立国主编 北京：电子工业 出版社 《金工实习》 孔德音主编 北京：机械工业出版社
1.1 金属材料的力学性能
金属材料的力学性能又称机械性能，是材料在外力作用下 所表现出来的各种物理性能。零件的受力情况有静载荷、 动载荷和交变载荷。 静载荷：强度、硬度和塑性。它们是通过静拉伸试验测定 的。
拉伸试验
★因为伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定
的试样尺寸作出规定，以进行比较。 拉伸标准试件的制定： 圆截面 矩形截面 l k A
*屈服点一般作为低碳钢、中碳钢、退火钢等较 软的材料的强度指标，用以表明这类材料抗永久变 形的能力，它是设计和选材的重要依据之一。
(2) 塑性
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)
解理面(001) 扩展方向[110]
挛晶面(112) 挛晶方向[111]
27
图1-67 解理舌形成示意图
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 准解理
材料中弥散细小的第二
相影响裂纹的形成与扩展，
使裂纹难于严格按一定晶体
学平面扩展，断裂路径不再 与晶粒位向有关，主要与细 小碳化物质点有关。其微观 特征似解理河流但又非真正 28 解理，故称准解理。
24
图1-64 河流通过大角度 晶界时的扇形花样
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
当解理裂纹通过扭转晶界时，因晶界两侧晶
体以边界为公共面转动一个角度，使两侧解理裂
纹存在位向差，故裂纹不能直接越过晶界而必须
重新成核，裂纹将沿若干组
新的相互平行的解理面扩展
而使台阶激增，形成为数众
1
m
E s
a0
2
s——表面能；
a0——原子面间距； E——弹性模量
1
1
形成裂纹的力学条件为： (f
i )
d
2
Es 2
2r a0
可得： f i 2Er s
da0
f——形成裂纹所需
的切应力；
7
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 （二）、解理裂纹的扩展 以上所述主要涉及解理裂纹的形成，并不意味 着由此形成的裂纹将迅速扩展而导致材料断裂。解 理断裂过程包括以下三个阶段：塑性变形形成裂 纹；裂纹在同一晶粒内初期长大；裂纹越过晶界向 相邻晶粒扩展。
多的 “河流”，这与通过大角
度晶界的情况类似。
25
图1-65 河流花样通过扭转晶界
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第五章-影响疲劳强度的因素
2020年8月3日星 期一
第五章 金属的疲劳
影 响 因 素
3
工作条件
载荷条件 载荷频率 环境温度 环境介质
表面状态及 尺寸因素
尺寸效应 表面粗糙度 缺口效应
应 应 过次平
力 力 载载均
状 比 情情应
态
况况力
表面处理 材料因素
表面喷丸及滚压
表面热处理
表面涂层 化学成分 组织结构 各向异性 内部缺陷
26
2020年8月3日星 期一
第五章 金属的疲劳
喷丸只对承受弯曲、扭转疲劳的机件有用， 对拉压疲劳机件虽可阻止裂纹在表面萌生， 但却助长了裂纹在次表面的萌生，不仅不 利于提高疲劳强度，甚至有害。
滚压和喷丸类似，不过其压应力层深度较 大，适用于大工件，表面粗糙度低时强化 效果更好，但要求工件形状相对简单。提 高疲劳寿命的程度比喷丸要高1倍以上。
第五章 金属的疲劳
试验表明，加载应力低于并接近疲劳极限时，间歇提高疲 劳寿命比较明显，而间歇过载加载对疲劳寿命不但无益，甚至有害。 因为次载时有疲劳强化，间歇有应变时效强化，故能提高疲劳寿命。 而过载造成损伤累积有疲劳弱化，间歇没有效果。次载间歇有一个 最佳的间歇时间，与加载应力的大小有关，应力高，最佳间歇期短， 应力低，最佳间歇期长。间歇间隔周次也有一个最佳值，只有用合 适的间歇时间和最佳的间隔周次进行间歇加载，才会有效提高疲劳 强度和寿命。
27
2020年8月3日星 期一
第五章 金属的疲劳
表面热处理及表面化学热处理：
整体加热(低淬透性钢、薄壳件)
利 表面淬火 火焰加热
用组织
相变获得表
感应加热
面强化，可使机
件获得表硬心韧的 表面化学热处理
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第七章-金属的磨损(3)
V-冲蚀磨损体积 M-冲蚀粒子的总质量 v0-粒子入射初速度
18
s-材料屈服强度 -冲击角 0-临界冲击角，0=18.43º
2020年8月7日星 期五
第七章 金属的磨损
由、式可知，冲击角对冲蚀磨损量有 重要影响：18.43º时，冲蚀磨损体积随冲击 角增加明显增加；＞18.43º时，冲蚀磨损体积
10
2020年8月7日星 期五
第七章 金属的磨损
微动疲劳中，通常以疲劳强度下降比
frett 1
或疲劳强
1
度下降系数D
(
) frett
1
1
来表示微动损伤的影响。上式中的
1
通常是指寿命为107循环周次的疲劳强度，不一定是真正的
疲劳极限，因为在微动损伤后，即使原先有疲劳极限的材
料，此时也可能不再有疲劳极限了。表7-2示出了材料-1和
随冲击角增加逐渐降低。 实际上，塑性材料表面冲蚀坑是在短程微
切削和塑性变形作用下形成的，在粒子反复冲 击及材料反复塑性变形情况下形成磨屑致使材 料流失。 19
2020年8月7日星 期五
第七章 金属的磨损
脆性材料如陶瓷、玻璃等，其冲蚀磨损是 裂纹形成与快速扩展的过程。当用锐角粒子冲 击脆性材料表面时，人们发现产生两种形状的 裂纹：一种是垂直于表面的初生径向裂纹，另 一种是平行于表面的横向裂纹。在粒子冲击下， 径向裂纹形成及其扩展降低了材料强度，横向 裂纹形成并扩展到表面致使材料脱落变为磨屑 而流失，如图7-14所示。 20
Finnie认为，塑性材料如铝、低碳钢等，表面
受粒子冲击形成冲蚀坑并导致材料流失是由于短程
切削作用所致。他在几个假定的条件下给出下列估
算冲蚀磨损量的公式：
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第二章-硬度
0.102F 0.204F sin 68
F
HV
A
d2
0.1891d 2
维氏硬度常用试验力范围在5kgf～100kgf。也
可选择0.01kgf～0.1kgf用以测定薄膜的硬度，亦即
19 显微维氏硬度。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
维氏硬度表示方法：硬度值－符号HV－试验力－试 验力保持时间(10~15s不标注)。如640HV30表示在试验力 为30kgf下保持10~15s测得的维氏硬度值为640。
布氏硬度试验的缺
点是对不同的材料需更
布 氏
硬
换不同直径的压头和改
度
试
变试验力，测量压痕直
验 机
径也比较麻烦，用于自
动检测时受到限制，并
且压痕直径较大时也不
9 宜在成品上试验。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
布氏硬度表示方法： 600HBW1/30/20?
按顺序：硬度值－符号HBW－压头直径 －试验力－试验力保持时间(10~15s不标 注)，其中后三项之间用/隔开。如 350HBW5/750 表 示 ： 用 直 径 5mm 的 硬 质 合金球在750kgf作用下保持10~15s测得的 硬度值为350。
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
金刚石圆锥压头k=0.2mm； 洛
氏
淬火钢球或硬质合金球压头 硬
度
k=0.26mm。
试
验
实际使用的洛氏硬度计， 机
其测量压痕深度的百分表表
盘上的刻度已按上式换算为
相应的硬度值，可直接读出。
14
2020年7月28日 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 星期二
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第二章-缺口静载荷试验
强度bn与光滑试样的抗拉强度b的比值来衡量，
称为缺口敏感度NSR(Notch Sentivity Ratio)，N
SR＝bn/b， NSR越大，缺口敏感性越小。脆
性材料的NSR总是小于1，表明缺口根部尚未 发生明显塑性变形时就已经断裂了。高强度材 料NSR一般也小于1，塑性材料的 NSR大于1。 NSR也是安全性的力学性能指标。 21
下的应力分布
5
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 纵向伸长将引起横向收缩。若在缺口附近不 同距离内取若干同样大小的微单元，离缺口最近 的微单元y最大，产生的纵向伸长也最大，相应 的横向收缩也最大，与其相邻的微单元y相对较 小，横向收缩也较小，即这些微单元在x方向的收 缩量各不相等。横向收缩将引起相邻微单元间的 分离，但材料的变形是连续的，各微单元被联系 在一个整体内，不能自由收缩，受到约束，这样 6 就在x方向存在一个拉应力x。
态下，尽管应变是二向的，应力却是三向的。
11
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
按Tresca 判据：1＝s/(1-2)。 按Mises判据： 1＝s/(1-2)。 这表明在平面应变且1＝2的情况下，屈服条件 可写成： 1＝ys＝s/(1-2)，以金属材料为例，取 ＝0.3，则ys＝2.5s。可见一旦出现三向拉伸的应
(1－2)2+ (2－3)2+ (3－1)2=2s2，认为在三向应力作用
下，形状改变比能达到材料在单向拉伸屈服时的形状改变
比能时，材料就会屈服。同样可得：1＝s。这个结果表 明，在平面应力且1＝2的情况下，如果把屈服时的最大 主应力叫做有效屈服应力ys，则屈服条件可写成： 1＝ ys ＝s，即有效屈服应力与单向拉伸时的屈服应力相同。 ❖平面应变状态：此时1≠0，2≠0，3＝0。我们同样设定 1＝2，由广义胡克定律：3＝21。可见在平面应变状
大连理工829材料力学考试大纲
大连理工829材料力学考试大纲大连理工大学材料力学是一门重要的基础课程，主要介绍材料在外力作用下的力学性能和力学行为。
下面是大连理工829材料力学考试大纲的大概内容。
1. 弹性力学基础- 弹性材料的应力、应变和应力应变关系- 线性弹性材料的本构方程和应力应变关系- 弹性常数的计算和应用- 弹性力学中的力学平衡方程和应用2. 塑性力学基础- 引入塑性力学的基本概念和假设- 塑性流动规律和本构方程的推导和应用- 塑性材料的本构关系- 塑性力学中的力学平衡方程和应用3. 板材和薄壁结构的弯曲与扭转- 板材和薄壁结构的弯曲和扭转基本理论- 弯曲和扭转的应力分布和变形规律- 弯曲和扭转的计算方法和应用- 薄壁结构的屈曲和稳定性分析4. 柱、梁和桁架的受力分析- 柱、梁和桁架的受力分析基本理论- 柱、梁和桁架的应力分布和变形规律- 柱、梁和桁架的计算方法和应用- 柱、梁和桁架的屈曲和稳定性分析5. 弹塑性力学- 弹塑性材料的力学行为和本构关系- 弹塑性力学中的力学平衡方程和应用- 弹塑性材料的屈服和稳定性分析6. 韧性和脆性材料的断裂力学- 断裂力学的基本概念和分类- 韧性和脆性材料的断裂行为和机制- 断裂韧性的计算方法和评价指标- 断裂力学在材料性能评估中的应用7. 动力学- 动力学的基本概念和假设- 动力学方程的推导和应用- 动力学问题的求解方法和应用8. 复合材料力学- 复合材料的基本概念和分类- 复合材料的力学性能和本构关系- 复合材料受力分析和计算方法- 复合材料的屈曲和破坏分析以上是大连理工829材料力学考试大纲的大概内容。
这门课程主要介绍了材料力学的基本原理和应用。
掌握这些内容可以帮助学生全面了解材料在受力下的行为和性能，并能够进行相关工程计算和分析。
希望以上内容能够对你有所帮助。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第八章-应力腐蚀
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
应力腐蚀断裂并不是金属在应力作用下的机械 性破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的迭加所 造成的，而是在应力和化学介质的联合作用下，按 特有机理产生的断裂，其断裂抗力比单个因素分别 作用后再迭加起来的要低得多。所以发生应力腐蚀 时，应力可以是很低的，介质的腐蚀性也可以是很 弱的，也正因如此，应力腐蚀经常受到忽视，导致 “意外”事故不断发生，经常造成灾难性的后果。 4
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
应力腐蚀显微裂纹有分 叉现象，呈枯树枝状，如图 8-2所示。表明在应力腐蚀 时，有一主裂纹扩展较快， 其它分支裂纹扩展较慢。根 据这一特征可以将应力腐蚀 与腐蚀疲劳、晶间腐蚀及其 它形式的断裂区分开来。 12
图8-2 应力腐蚀裂纹的分叉现象
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
2.应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂。 3.纯金属一般不发生应力腐蚀。只有在特定的合金 成分与特定的介质组合时才会造成应力腐蚀。 4.应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10－9～10－6m/s， 是比较缓慢的，达到某一临界尺寸时产生失稳扩展 导致断裂。 5.应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的 扩展常垂直于拉力轴。 10
渡区，当KI≥KIC时，裂纹失稳扩展断裂。
第II阶段越长，材料抗应力腐蚀性能越好。如果能测出此阶段da/dt及结
25束时的KI值，就可估算出机件在应力腐蚀条件下的剩余寿命。
2020年8月8日星 第八章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 期六
六、防止应力腐蚀的措施
从产生应力腐蚀的条件来看，防止应力腐蚀的措 施，主要是合理选择金属材料，减少或消除机件中的 残余应力及改变化学介质条件。此外，也可以采用电 化学方法进行保护。 1.合理选择金属材料：针对机件所受的应力和接触的 化学介质，一个基本原则是选用耐应力腐蚀的金属材 料。例如铜对氨的应力腐蚀敏感性很高，那么接触氨 气氛的机件就应避免使用铜合金。
第1章 绪论-2014
大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology材料力学Material Mechanics大连理工大学建设工程学部工程抗震研究所刘君工程力学－材料力学篇四~九章大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology现代的桥梁和高层年代久一点的宫殿又新又旧的教堂1882-2026大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology材料力学的主要内容•第4章：概述•第5章：拉伸、压缩和剪切•第6章：扭转•第7章：弯曲•第8章：强度理论和组合变形•第9章：压杆稳定*大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology❑材料力学的任务❑可变形固体及其基本假设❑材料力学的研究对象❑杆件变形的基本形式❑研究的基本方法概述大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology 1. 理论力学静力学研究对象:研究内容：力系的简化与平衡大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology强度杆件在外载作用下，有足够抵抗破坏（断裂或过量塑性变形）的能力。
前起落架锁连杆安装螺栓(销子)意外断裂大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology阪神地震高架桥柱破坏大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology汶川地震中破坏的百花大桥大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology汶川地震中受损的房屋建筑大连理工大学建设工程学部Dalian University of TechnologyJune 2007, JiuJiang Bridge大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology称残余变形Fd大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology刚度杆件在外载作用下，有足够抵抗弹性变形的能力大连理工大学建设工程学部Dalian University of Technology 稳定性杆件在外载作用下，有保持其原有平衡状态的能力。
《工程材料及成型技术》教案
教案20 07~ 20 08学年第1学期学院、系室机械工程系课程名称材料与成型技术专业、年级、班级工业工程06级主讲教师庄哲峰福建农林大学教案编写说明教案又称课时授课计划,是任课教师的教学实施方案。
任课教师应遵循专业教学计划制订的培养目标，以教学大纲为依据，在熟悉教材、了解学生的基础上，结合教学实践经验，提前编写设计好每门课程每个章、节或主题的全部教学活动。
教案可以按每堂课（指同一主题连续1~4节课）设计编写。
教案编写说明如下：1、编号：按施教的顺序标明序号。
2、教学课型表示所授课程的类型，请在理论课、实验课、习题课、实践课及其它栏内选择打“√”。
3、题目：标明章、节或主题。
4、教学内容：是授课的核心。
将授课的内容按逻辑层次，有序设计编排，必要时标以“*”、“#”“？”符号分别表示重点、难点或疑点。
5、教学方式、手段既教学方法，如讲授、讨论、示教、指导等。
教学媒介指教科书、板书、多媒体、模型、标本、挂图、音像等教学工具。
6、讨论、思考题和作业：提出若干问题以供讨论，或作为课后复习时思考，亦可要求学生作为作业来完成，以供考核之用。
7、参考书目：列出参考书籍、有关资料。
8、日期的填写系指本堂课授课的时间。
福建农林大学教案编号：1福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案福建农林大学教案。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第五章-疲劳过程及机理
2020年8月2日星 期日
第五章 金属的疲劳
塑性钝化模型(L-S模型)
此模型是Laird和Smith提出来的， 他们认为高塑性的Al、Ni材料在循 环应力作用下，因裂纹尖端的塑性 张开钝化和闭合锐化，会使裂纹向 前延续扩展，如图5-28所示。
27
2020年8月2日星 期日
第五章 金属的疲劳
a)交变应力为零时裂纹呈闭合状态；
料的滑移抗力，比如采用固溶强化、细晶强化等使
屈服强度提高的手段，均可以阻止疲劳裂纹的萌生，
12 提高疲劳抗力。
2020年8月2日星 期日
第五章 金属的疲劳
2、相界面开裂产生裂纹
材料中的很多疲劳源都是由材料中的第二相
和夹杂物引起的，故采取适当措施控制第二相或
夹杂物使之“少、圆、小、匀”均可抑制或延缓
2020年8月2日星 期日
第五章 金属的疲劳
由此可见，应力循环一个周期， 在断口上便留下一条疲劳条带，裂纹 向前扩展一个条带的距离。如此过程 反复进行，在不断形成新的条带的同 时，裂纹不断地向前扩展。材料的强 度越低，裂纹扩展就越快，疲劳条带 也就越宽。
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2020年8月2日星 期日
第五章 金属的疲劳
即使应力低于屈服应力也会发生循环滑移并形成循
环滑移带。和静载时均匀滑移带相比，循环滑移带
是极不均匀的，总是集中分布于某些局部薄弱区域，
用电解抛光的方法也很难将已产生的表面循环滑移
3 带去除。
2020年8月2日星 期日
第五章 金属的疲劳
即使暂时去除，当对试样重新循环加 载时，循环滑移带又会在原处再现，这种 永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。 驻留滑移带只在表面形成，深度较浅，随 循环次数的增加滑移带会不断加宽，当加 宽至一定程度时，由于位错的塞积和交割 作用，便在驻留滑移带处形成微裂纹。
1-《材料物理性能》-第一章-概论
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1.2 材料物理性能的本构关系及学习意义
◼ 物理学—凝聚态物理学—材料物理—材料(物理)性能：
材料性能的本质：
外界因素(作用物理量)作用于某一物体，如：应力、温度、电 场、磁场、辐照、化学介质等，引起原子、分子或离子及电子的微 观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈 一定的关系，其中与材料本质有关的一种常数——材料的性能。
7
知识体系
◼ 材料的分类：
➢按照人为加工程度区分：
✓天然材料：自然界原来就有未经 加工或基本不加工可直接使用
• 如棉花、沙子、石材、蚕丝、 煤矿、石油、铁矿、羊毛
✓合成材料：人为把不同物质经化 学方法或聚合作用加工而成
• 如塑料、合成纤维和合成橡胶
材料
天
合
然
成
材
材
料
料
知识体系
◼ 材料的分类：
➢按照物理化学属性区分：
课程简介
材料的物理性能
力学
电学 (介电)
热学
光学
功能转换
磁学
声学 核物理 。。。
15
课程简介
◼ 主要内容：
A. 材料物理性能(热学、电学、介电、光学、磁学等)的基本概 念、宏观规律及参数；
B. 材料物理性能和材料的组成、制备工艺、材料结构之间的关 系；
C. 材料物理性能的微观机理。
◼ 学习目标：
➢研究方法: 观测，实验，理论, 计算。
◼ 分类：
➢古典力学、电动力学、统计力学； ➢量子力学：研究微观粒子运动及相互作用的规律。
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2020年8月11日 星期二
前言
挑战者号是美国正式使用的第二架航天飞机。1986年1月28日， 挑战者号在进行第10次太空任务时，因为右侧固态火箭推进器上面的 一个O形环失效，导致一连串的连锁反应，并且在升空后73秒时，爆 炸解体坠毁。机上的7名宇航员都在该次意外事故中丧生。
20
2020年8月11日 星期二
前言
事后查明，发射时气温过低，发射台上已经结冰，造成固定右 副燃料舱的O形环硬化失效。在点火时，火焰从上往下烧，O型环要及 时膨胀，但O型环已经失效，火焰往外冒，断断续续冒出了黑烟。但是 由于燃料中添加了铝，燃烧形成的铝渣堵住了裂缝，在明火冲出裂缝 前临时替代了O型环的密封作用。
在爆炸前十几秒，宇航飞机遭到一股强气流，威力相当与卡特里 娜飓风。接下来的震动让铝渣脱落，移除了阻碍明火从接缝处泄漏出 来的最后一个屏障-铝渣，致使火焰直接喷射在主燃料舱上。
在爆炸前一秒，火焰烧灼让主燃料舱的O型环脱落，造成了主燃料 舱底部脱落。宇航飞机的机鼻也撞上了主燃料舱的顶部。在发射后73 秒，“挑战者”号在40000公升燃料的爆炸下，炸成了几千个碎片。
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2020年8月11日 星期二
前言
● 按属性或化学成分可将材料分为 金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料
2020年8月11日 星期二
前言
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的光纤通讯。
自二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信息
并列，称作现代文明的三大支柱之一。 14
2020年8月11日 星期二
前言
TITANIC
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2020年8月11日 星期二
前言
1912年4月10日，当时英国最大、最豪华的邮轮“泰坦尼克号”离 开港口，进行她的处女航。它预定从英国驶向美国纽约，时间为7天。船 上共有2208人，其中乘客1316人，船员892人。乘客中不乏英美两国著名 的实业家、富豪及其家眷。在航行的头４天中一路顺风。然而，出航后 的第五天夜晚，“泰坦尼克号”正以每小时23海里的速度航行在大西洋 上，深夜11时40分，这艘巨轮突然撞上了游离的冰山，船的吃水线以下 被划破一个长长的口子，船体立刻大幅度摇晃，船舱内一片混乱。凌晨0 时15分，“泰坦尼克号”发出第一个求救信号。0时45分，救生艇开始放 入水中，乘客们争先恐后地登上救生艇。但船上仅有16只救生艇。于是 男子们决定先把妇女与儿童送上救生艇，他们自己则留在船上。船长爱 德华·史密斯也执意不肯离船，与“泰坦尼克号”同生死。凌晨2时20分， 号称“不沉之船”的“泰坦尼克号”带着1523名乘客和船员，葬身大西 洋底。
用DVD-RW盘片 存储节目
体积小，重量轻， 容量大，兼容性好
高强度碳纤维
强度高，重量轻，旋转灵活
9
2020年8工 业化生产，就不可能有 目前的计算机技术。
开始研制于1943年，完成于1946 年。重30吨，18000个电子管
10
Electronic Numerical Integrator And Computer
会引起人类社会的重大变革。
2
材料的发展与人类社会的进步
2020年8月11日 星期二
前言
铜是人类最早应用的金属。
司母戊鼎是商代后期由王 室所铸，1939年在河南省安阳市 出土，是商朝青铜器代表作，是 迄今为止出土的最大最重的青铜 器，现藏于中国国家历史博物馆。
3
2020年8月11日 星期二
4
前言
四羊方尊，商朝晚期偏早青 铜器。属于礼器，祭祀用品。是中 国现存商代青铜器中最大的方尊， 高 58.3 厘 米 ， 重 近 34.5 公 斤 ， 1938 年出土于湖南宁乡，现藏于中国国 家历史博物馆。
2020年8月11日 星期二
前言
5
2020年8月11日 星期二
前言
锉刀
手锤
6
2020年8月11日 星期二
前言
7
2020年8月11日 星期二
前言
8
2020年8月11日 星期二
图例
世界杯用球
液晶电视
录像机
仿真手臂
前言
部分新型材料应用
所用材料
特点
复合泡沫
耐磨，反弹力大， 球速快而稳定
晶体硅
对比度好，清晰度高， 显示速度快，体积小
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2020年8月11日 星期二
前言
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
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2020年8月11日 星期二
前言
哥伦比亚号航天飞机
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前言
哥伦比亚号航天飞机是美国第一架正式服役的航天飞机，它在 1981年4月12日首次执行任务，正式开启了NASA的太空运输系统计划之 序章。然而很不幸的是，哥伦比亚号在2003年2月1日，在执行第28次任 务重返大气层的阶段中与控制中心失去联系，并且在不久后被发现在德 克萨斯州上空爆炸解体，机上7名宇航员全数罹难。事后查明，哥伦比号 航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷是造成事故的 祸首。外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名 为“增强碳碳”（即增强碳-碳隔热板）的材料。当航天飞机返回时，经 过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后 融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。
材料力学性能
Mechanical properties of materials
前言
材料科学与工程学院
2020年8月11日 星期二
前言
材料通常是指可以用来直接制造有用物件、
构件或器件的物质，是科学与工业技术发展的基
础。材料的发展水平和利用程度已成为人类文明
进步的标志。一种新材料的问世及其应用，往往
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2020年8月11日 星期二
●金属材料
前言
黑色金属
有色金属
以金属键结合为主 良好的导电性、导热性、
延展性和金属光泽 用量最大、应用最广泛 23
2020年8月11日 星期二
2020年8月11日 星期二
前言
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2020年8月11日 星期二
前言
华氏度=摄氏度×1.8+32
不同时期飞 机发动机温度
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2020年8月11日 星期二
飞机发动机叶片
枭龙二号
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前言
没有高温高强度 的结构材料，就不可 能有今天的航空工业 和宇航工业。
在 宇 宙 飞 船 表 面 装 陶 瓷 防 护 瓦 片