材料力学性能01-04PPT课件

材料力学性能 哈尔滨工业大学材料学院朱景川 1981年4月12日 第一架航天飞机 哥伦比亚 号首发成功1986年1月28日 第二架航天飞机 挑战者 号发射升空中爆炸失事2003年2月1日 哥伦比亚 号航天飞机降落时爆炸解体 美航天飞机的失事与新一代空天飞机计划 1基本概念 理论力学材料力学材料力学行为 参见 拉伸试验 动画 材料力学性能 质点系刚体变形体连续介质带缺陷连续介质非连续介质 2主要内容 材料力学性能 力学行为与物理本质 力学性能指标与应用 与环境相关的力学行为 疲劳 蠕变 磨损 应力腐蚀等 基本力学行为 简单加载 弹性变形 塑性变形 断裂 韧性 断裂抗力 强度 变形抗力 塑性 弹性 变形能力 强度设计 刚度设计 断裂设计 寿命评估 失效判据等 3研究方法 1 试验 2 理论 宏观强度理论微观强度理论断裂力学 3 计算机模拟 第一性原理分子动力学有限元 学习方法 1 理论与实验相结合 2 宏观与微观相结合 3 静态与动态相结合 教材与参考书 1 毛为民 朱景川等 金属材料结构与性能 清华大学出版社 2008 2 周益春 郑学军 材料的宏微观力学性能 高等教育出版社 2009 3 石德珂 金志浩 材料力学性能 西安交大出版社 1998 4 郑修麟 材料的力学性能 西工大出版社 2005第二版 5 王德尊 金属力学性能 哈工大出版社 1993 第一章材料静载力学性能试验 S1 1拉伸试验与拉伸曲线 1 拉伸试验条件 光滑试样 轴向 准 静载2 拉伸曲线 P L或 3 典型材料拉伸曲线 拉伸试样 1 圆形截面 2 矩形截面 l0 10d0 l0 5d0 或 低碳钢拉伸曲线 无明显屈服的塑性材料拉伸曲线 树脂材料拉伸曲线 S1 2拉伸性能指标 1 弹性模量 E2 强度 p e s b3 塑性 k k4 静力韧度 两个塑性指标 伸长率 断面收缩率 为塑性材料 为脆性材料 材料力学性能 哈尔滨工业大学材料学院朱景川 S1 2拉伸性能指标 1 弹性模量 E2 强度 p e s b3 塑性 k k 第一章材料静载力学性能试验 两个塑性指标 伸长率 断面收缩率 为塑性材料 为脆性材料 注意 新 旧标准断后伸长率符号表示的差异 为避免混乱 建议加注旧标准符号 S1 3拉伸真实应力 应变曲线 1 真实应力与真实应变2 真应力 真应变曲线3 加工硬化现象4 颈缩与断裂5 静力韧度 低碳钢工程应力 应变曲线与真应力 真应变曲线 典型金属真应力 真应变曲线 颈缩判据的图示 静力韧度与材料的强韧性配合 A 高强度 低塑性 低韧性B 低强度 高塑性 低韧性C 中强度 中塑性 高韧性 材料力学性能 哈尔滨工业大学材料学院朱景川 S1 4其它静载力学性能试验 1 加载方式与应力状态 第一章材料静载力学性能试验 冲裁板料应力状态 受力体一点的应力状态 主平面与主应力状态 1 2 3 常见应力状态 A 三轴压应力 B 静水压应力 C 平面应力状态 D 双轴压应力 E 纯剪应力 F 单轴压缩应力 2 应力状态 软性 系数 按材料力学强度理论 切应力 弹塑性变形 弹性变形 正应力 塑性断裂 脆性断裂 最大切应力理论 最大正应变理论 表示一定应力状态下材料发生塑性变形的难易程度 3 扭转性能试验 1 扭转试验方法 GB T10128 1988 试样 圆柱或圆管 扭转曲线 2 扭转应力状态 扭转应力状态特点 3 扭转性能指标 4 扭转试验特点及应用 应力状态较软 适于拉伸脆性或低塑性材料 轴向宏观塑性变形始终是均匀的 对材料表面缺陷敏感 断口特征最明显 可准确测定切断强度 4 弯曲性能试验 1 弯曲试验方法 GB T10128 1988 2 弯曲试验特点及应用 试验简便 主要用于脆性或低塑性材料 高塑性材料不能压断 仅用于弯曲成形工艺试验 对材料表面缺陷敏感 b3 b4 b 5 压缩性能试验 3 脆性材料压缩 沿45 错开 与 max有关 试件 圆柱 正方形柱体 矩形板 带凸耳板状试件 材料力学性能 哈尔滨工业大学材料学院朱景川 S1 4其它静载力学性能试验 4 弯曲性能试验 第一章材料静载力学性能试验 考察材料在复杂应力状态下塑性变形能力 弯曲工艺试验 Ni合金 板厚45mm 焊缝弯曲无裂纹为合格 例 焊接件弯曲工艺试验 5 压缩性能试验 1 压缩试验方法 GB T7314 2005 试样 一般为圆柱 也有矩形 单向压缩 典型材料压缩曲线1 高塑性材料 2 低塑性材料 2 压缩应力状态 1 2 0 3 max 0 5 45 截面 smax 2 理想情况 端部无摩擦 实际情况 端部摩擦 端部约束变形 鼓肚 复杂应力状态 2 压缩断裂形式 切断 碳纤维增强镁基复合材料压缩断裂 正断 纵向裂纹 如陶瓷材料 注意 高塑性材料压扁而不破坏 3 压缩性能指标 与拉伸试验相仿 强度指标 pc ec sc bc 塑性指标 相对压缩率 ck 相对断面扩展率 ck 4 材料拉伸与压缩力学行为对比 塑性材料 低塑性及脆性材料 5 压缩试验特点及应用 应力状态很软 适于低塑性及脆性材料 一般不用于塑性材料 试验时要减小端面摩擦 一般规定h0 d0 h0 F0 为定值 以便试验结果能相互比较 习题1 试列表比较拉伸 扭转 弯曲 压缩试验方法 特点及应用 S1 5硬度试验 1 概述 硬度 抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力 两种莫氏硬度顺序表 2 布氏硬度 试验原理 压痕几何相似 布氏硬度试验P D2选配表 1 压痕面积大 具有较高的测量精度 适于组织粗大或非均匀材料 2 压痕较大 成品检验困难 多用于原材料检验 3 压头材料限制 仅用于较软的材料 HB450 650 4 压痕测量效率低 布氏硬度特点及应用 3 洛氏硬度 试验原理 改用压痕深度反映材料硬度 洛氏硬度定义 0 002mm残余压痕深度为一个洛氏硬度单位 压头 120 金刚石圆锥体或淬火钢球 K 常数 钢球压头取130 金刚石压头取100 1 直接读出硬度值 效率高 适于成批检验 2 压痕较小 基本 无损 适于成品检验 3 压痕小 代表性差 不适于组织粗大或非均匀材料 4 分各种标尺 适用范围较广 5 各种标尺的洛氏硬度值无可比性 洛氏硬度特点及应用 4 维氏硬度 试验原理 硬度定义与布氏硬度相同 但改用136 张角金刚石四棱锥体 a 当试验力F的单位为kgf b 当试验力F的单位为N 1 压痕几何形状总是相似的 载荷可任选 2 角锥压痕