材料力学性能最新版本ppt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：123,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；b3b4b,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(HB450650)；(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；(