材料力学讲义
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当 l=10d 时的试件称为长试件，为推荐尺寸
当 l=5d 时的试件称为短试件，为材料尺寸不 足时使用
材料力学讲义
P
P
P ~ ΔL 曲线
s=
P
ΔL
~ e=
A
L
应力－应变曲线
材料力学讲义
低碳钢拉伸时的力学性能
颈弹屈强缩性服化断阶裂阶段段
材料力学讲义
比例极限sp 弹性极限se 屈服极限ss 强度极限sb
弹性模量E
泊松比 m
名义屈服极限
材料力学讲义
有些材料没 当有材明料显的的残屈余 伸服长平达台到，2这000 微时应无变法(m测e)定时，
对 称屈工应 名服程的义极上应屈限使力服s用值极s， 限名，义以屈s服0.2极表 示限s0.2代替 屈服极限ss
胡克定律
当应力不超过材料的比例极限时，应力 与应变成正比
=
sb压 nb
安全系数的确定
塑性材料：ns=1.2 ~ 2.5 脆性材料：nb=2 ~ 3.5
材料素质（强度、均匀性、脆性） 载荷情况（峰值载荷、动静、不可预见性) 构件简化过程和计算方法的精确度 零件的重要性、制造维修难易 减轻重量（飞机、手提设备等）
材料力学讲义
强度条件
N s = [s]
A
smax [s]
试件： 金属材料－短圆柱 混凝土、石料－立方体
材料力学讲义
塑性材料的压缩 塑性材料的压缩强 度与拉伸强度相当 材料力学讲义
脆性材料的压缩 脆性材料的压缩强 度远大于拉伸强度 材料力学讲义
几
种
常
用
材
料
的
主
要
力
学
性
能
材料力学讲义
*§2-6：温度和时间对材料力学性能的影响
几个概念：
1、 高温对材料的力学性能有影响 2、 高温下工作的构件，会产生蠕 变和松弛 3、蠕变：应力保持不变，应变随 时间增加而增加的现象 4、松弛：应变保持不变，应力随 时间增加而降低的现象
材料力学讲义
一、短期静载下 温度对材料力学
性能的影响
材料力学讲义
二、高温、长期静载下材料的力学性能
金属材料的高温 蠕变
（碳钢350ºC以上）
材料力学讲义
机械性能思靠题
s
三种材料的应力 应变曲线如图，
1 哪种强度最好？ 2
哪种刚度最好？ 3 哪种塑性最好？
请说明理论依据？
e
用这三种材料制成同尺寸拉杆， 请回答如下问题：
§2.4 材料在拉伸时的力学性能
两个尚未解决的问题：
1、纤维的伸长和应力之间存在怎样的关 系？ 2、为什么要研究杆件斜截面上的应力？
材料力学讲义
❖材料在外力作用下表现出的变形、 破坏等方面的特性称材料的力学性
能，也称机械性质。
❖ 材料的机械性质通过试验测定， 通常为常温静载试验。试验方法应 按照国家标准进行。
材料力学讲义
拉压构件材料的失效判据
塑性材料
smax= s= ss
脆性材料拉
smax= s拉= sb拉
脆性材料压
smax= s压= sb压
材料力学讲义
许 用 塑性材料 应
[s] =
ss ns
力
与 安
脆性材料拉
[s]拉
=
sb拉 nb
全
系 数
脆性材料压
脆性材料压杆在强 度设计时取材料绝力学对讲义值
[s]压
例2.5 解
s=Ee
材料力学讲义
塑性材料的卸载过程
卸载
材料力学讲义
重新加载与冷作硬化
再加载
材料力学讲义
其 它 塑 性 金 属 材 料 的 拉 伸 曲 线
材料力学讲义
合金钢20Cr 高碳钢T10A 螺纹钢16Mn
低碳钢A3 黄铜H62
脆性材料的拉伸性能
特点： 无屈服过程 无塑性变形 无塑性指标
分类：
塑性材料 d >5% 脆性材料 d <5%
材料力学讲义
三种类型的强度计算
一、强度校核 二、截面设计 三、确定许可载荷
s=
N
A
[s]
A
≥
N
[s]
N [s] A
材料力学讲义
例2.3
钢材的许用应力[s]=150MPa，对 例2.2中的斜杆AB进行强度校核。
Q Pmax= sina=38.7kN
N=Pmax=38.7kN
s
=
N A
=123X106Pa
屈曲失 效（失 稳）—由于 平衡构件的 受力特征的 突然转变而 引起的失效.
材料力学讲义
其它失效形态
疲劳失效— 由于交变应力的作用, 初始裂纹不断扩 展而引起的脆性断裂. 蠕变失效— 在一定的温度和应力下, 应变随着时 间的增加而增加,最终导致构件失效.
松弛失效— 在一定的温度下,应变保持不变,应力随 着时间增加而降低,从而导致构件失效.
材料力学讲义
§2.7 失效、安全系数和强度计算
失效—由于材料的力学行为而使
构件材料力丧学讲失义 正常功能的现象.
强度失效问题
强度失效— 由于断材裂料力或学讲屈义 服引起的失效
刚度失效问题
刚度失效— 由于过量的弹性 变形引起的失效.
材料力学讲义
抗扭刚度不够引起的失效
材料力学讲义
屈曲失效（失稳）问题
材料力学讲义
材料的机械性能指标
韧性金属材料
脆
性
材 料
强度指标(失效应力)
韧性材料 σo＝σS 脆性材料 σo＝σb
韧性指标
d = lu lo 100% －延伸率
lo
= A-A1 X100% －断面收缩率
A 材料力学讲义
断口分析及破坏机Baidu Nhomakorabea浅析
塑性材料
脆性材料
材料力学讲义
§2.5 材料在压缩时的力学性能
材料力学讲义
例2.4 气动夹具—截面设计
已知：D＝140mm p = 0.6MPa [s]=80MPa
设计活塞杆直径。
N=P=9.24kN
P
P
P=px
p
4
D2=9236N
A=
p d2
4
N
[s]
=1.16x10-4m2
d0.0122材m料力学=讲义12mm
例2.5 起重机
AB为空心钢杆，外径105mm,内径95mm, 钢索1和2平行，相当于直径d=25mm的圆 杆，[s]=60M材料P力a学，讲义求许可吊重。
已由例2.2知，斜杆AB的应力为 s=123MPa，可见
s=123MPa ＜[s] 所以拉杆材安料力学全讲义。
讨论：
Q Pmax= sina
N = Pmax
s
=
N A
若Q＝20kN，则AB杆的应力s=164MPa， 强度不足，应重新设计。
减小Q的值
增大拉杆面积
工程中允许工作应力s略大于许用应力[s]， 但不得超过[s]的5%
材料力学讲义
试验机
液压式试验机
材料的力学性 能在材料试验 机上进行测试。 材料试验机的 式样有很多， 但大多为机械 传动或液压传 动。
材料力学讲义
电子拉力试验机
各 种 试 验 机
材料力学讲义
各 种 试 验 机
20kN试验机
材料力学讲义
10kN试验机
标准试件
国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作 了详细规定
当 l=5d 时的试件称为短试件，为材料尺寸不 足时使用
材料力学讲义
P
P
P ~ ΔL 曲线
s=
P
ΔL
~ e=
A
L
应力－应变曲线
材料力学讲义
低碳钢拉伸时的力学性能
颈弹屈强缩性服化断阶裂阶段段
材料力学讲义
比例极限sp 弹性极限se 屈服极限ss 强度极限sb
弹性模量E
泊松比 m
名义屈服极限
材料力学讲义
有些材料没 当有材明料显的的残屈余 伸服长平达台到，2这000 微时应无变法(m测e)定时，
对 称屈工应 名服程的义极上应屈限使力服s用值极s， 限名，义以屈s服0.2极表 示限s0.2代替 屈服极限ss
胡克定律
当应力不超过材料的比例极限时，应力 与应变成正比
=
sb压 nb
安全系数的确定
塑性材料：ns=1.2 ~ 2.5 脆性材料：nb=2 ~ 3.5
材料素质（强度、均匀性、脆性） 载荷情况（峰值载荷、动静、不可预见性) 构件简化过程和计算方法的精确度 零件的重要性、制造维修难易 减轻重量（飞机、手提设备等）
材料力学讲义
强度条件
N s = [s]
A
smax [s]
试件： 金属材料－短圆柱 混凝土、石料－立方体
材料力学讲义
塑性材料的压缩 塑性材料的压缩强 度与拉伸强度相当 材料力学讲义
脆性材料的压缩 脆性材料的压缩强 度远大于拉伸强度 材料力学讲义
几
种
常
用
材
料
的
主
要
力
学
性
能
材料力学讲义
*§2-6：温度和时间对材料力学性能的影响
几个概念：
1、 高温对材料的力学性能有影响 2、 高温下工作的构件，会产生蠕 变和松弛 3、蠕变：应力保持不变，应变随 时间增加而增加的现象 4、松弛：应变保持不变，应力随 时间增加而降低的现象
材料力学讲义
一、短期静载下 温度对材料力学
性能的影响
材料力学讲义
二、高温、长期静载下材料的力学性能
金属材料的高温 蠕变
（碳钢350ºC以上）
材料力学讲义
机械性能思靠题
s
三种材料的应力 应变曲线如图，
1 哪种强度最好？ 2
哪种刚度最好？ 3 哪种塑性最好？
请说明理论依据？
e
用这三种材料制成同尺寸拉杆， 请回答如下问题：
§2.4 材料在拉伸时的力学性能
两个尚未解决的问题：
1、纤维的伸长和应力之间存在怎样的关 系？ 2、为什么要研究杆件斜截面上的应力？
材料力学讲义
❖材料在外力作用下表现出的变形、 破坏等方面的特性称材料的力学性
能，也称机械性质。
❖ 材料的机械性质通过试验测定， 通常为常温静载试验。试验方法应 按照国家标准进行。
材料力学讲义
拉压构件材料的失效判据
塑性材料
smax= s= ss
脆性材料拉
smax= s拉= sb拉
脆性材料压
smax= s压= sb压
材料力学讲义
许 用 塑性材料 应
[s] =
ss ns
力
与 安
脆性材料拉
[s]拉
=
sb拉 nb
全
系 数
脆性材料压
脆性材料压杆在强 度设计时取材料绝力学对讲义值
[s]压
例2.5 解
s=Ee
材料力学讲义
塑性材料的卸载过程
卸载
材料力学讲义
重新加载与冷作硬化
再加载
材料力学讲义
其 它 塑 性 金 属 材 料 的 拉 伸 曲 线
材料力学讲义
合金钢20Cr 高碳钢T10A 螺纹钢16Mn
低碳钢A3 黄铜H62
脆性材料的拉伸性能
特点： 无屈服过程 无塑性变形 无塑性指标
分类：
塑性材料 d >5% 脆性材料 d <5%
材料力学讲义
三种类型的强度计算
一、强度校核 二、截面设计 三、确定许可载荷
s=
N
A
[s]
A
≥
N
[s]
N [s] A
材料力学讲义
例2.3
钢材的许用应力[s]=150MPa，对 例2.2中的斜杆AB进行强度校核。
Q Pmax= sina=38.7kN
N=Pmax=38.7kN
s
=
N A
=123X106Pa
屈曲失 效（失 稳）—由于 平衡构件的 受力特征的 突然转变而 引起的失效.
材料力学讲义
其它失效形态
疲劳失效— 由于交变应力的作用, 初始裂纹不断扩 展而引起的脆性断裂. 蠕变失效— 在一定的温度和应力下, 应变随着时 间的增加而增加,最终导致构件失效.
松弛失效— 在一定的温度下,应变保持不变,应力随 着时间增加而降低,从而导致构件失效.
材料力学讲义
§2.7 失效、安全系数和强度计算
失效—由于材料的力学行为而使
构件材料力丧学讲失义 正常功能的现象.
强度失效问题
强度失效— 由于断材裂料力或学讲屈义 服引起的失效
刚度失效问题
刚度失效— 由于过量的弹性 变形引起的失效.
材料力学讲义
抗扭刚度不够引起的失效
材料力学讲义
屈曲失效（失稳）问题
材料力学讲义
材料的机械性能指标
韧性金属材料
脆
性
材 料
强度指标(失效应力)
韧性材料 σo＝σS 脆性材料 σo＝σb
韧性指标
d = lu lo 100% －延伸率
lo
= A-A1 X100% －断面收缩率
A 材料力学讲义
断口分析及破坏机Baidu Nhomakorabea浅析
塑性材料
脆性材料
材料力学讲义
§2.5 材料在压缩时的力学性能
材料力学讲义
例2.4 气动夹具—截面设计
已知：D＝140mm p = 0.6MPa [s]=80MPa
设计活塞杆直径。
N=P=9.24kN
P
P
P=px
p
4
D2=9236N
A=
p d2
4
N
[s]
=1.16x10-4m2
d0.0122材m料力学=讲义12mm
例2.5 起重机
AB为空心钢杆，外径105mm,内径95mm, 钢索1和2平行，相当于直径d=25mm的圆 杆，[s]=60M材料P力a学，讲义求许可吊重。
已由例2.2知，斜杆AB的应力为 s=123MPa，可见
s=123MPa ＜[s] 所以拉杆材安料力学全讲义。
讨论：
Q Pmax= sina
N = Pmax
s
=
N A
若Q＝20kN，则AB杆的应力s=164MPa， 强度不足，应重新设计。
减小Q的值
增大拉杆面积
工程中允许工作应力s略大于许用应力[s]， 但不得超过[s]的5%
材料力学讲义
试验机
液压式试验机
材料的力学性 能在材料试验 机上进行测试。 材料试验机的 式样有很多， 但大多为机械 传动或液压传 动。
材料力学讲义
电子拉力试验机
各 种 试 验 机
材料力学讲义
各 种 试 验 机
20kN试验机
材料力学讲义
10kN试验机
标准试件
国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作 了详细规定