材料力学-刘鸿文第二章2-2

1、力学性能指材料受力时在强度和变形方面表现出来的性能。 塑性变形又称永久变形或残余变形 弹性变形塑性变形变形塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢 脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料 24 24 材料拉伸的机械性材料拉伸的机械性能能材料的机械性质通过试验测定，通常为常温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。静载试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定金属拉伸试验方法（GB2282002)GB2282002)LL=10d L=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：0011.3lA005.65lA 国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形

2、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式也作了详细规定当当 l=10d 时的试件称为时的试件称为长试件长试件，为，为推荐尺寸推荐尺寸当当 l=5d 时的试件称为时的试件称为短试件短试件，为材料尺寸不，为材料尺寸不足时使用足时使用标准试件液压式材料液压式材料试验试验机机材料的力学性能材料的力学性能在材料试验机上在材料试验机上进行测试。材料进行测试。材料试验机的式样有试验机的式样有很多，但大多为很多，但大多为机械传动或液压机械传动或液压传动。传动。电子拉力试验机电子拉力试验机20kN试验机10kN试验机电子拉力试验机电子拉力试验机PP拉伸图：拉伸图：P L 曲线曲线应力应变曲线：应

3、力应变曲线： s e 曲线曲线L0PLs P /A0e L / L0一、低碳钢拉伸时的力学性能一、低碳钢拉伸时的力学性能 O名义应力名义应力(Nominal stress)比例极限比例极限P弹 性 阶 段Elastic stage弹性极弹性极限限eBA屈服应力屈服应力sC真应力真应力(True stress)F局 部 化 阶 段Localization stage断裂断裂E强化阶段Hardening stage强度极限强度极限bD屈 服 阶 段Yielding stageOs%eaPsbescSsdbs弹性阶段弹性阶段ps s 比例极限比例极限es s 弹性极限弹性极限e es sE 虎克定律

4、虎克定律 tgE 弹性摸量弹性摸量Pss（）时成立屈服阶段屈服阶段 ss s 屈服极限屈服极限强化阶段强化阶段bs s 强度极限强度极限局部变形阶段局部变形阶段e塑性材料的卸载塑性材料的卸载(unloading)过程过程O残余残余( (塑性塑性) )应变应变重 新 加 载重 新 加 载(reloading)弹性回复弹性回复卸载卸载卸载卸载加载加载加载加载lPspsesssbpeeeeseabcdefseeeepe卸载定律卸载定律 冷作硬化冷作硬化 材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。称为：卸载定律 。 在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现

5、象称为冷作硬化冷作硬化。延伸率 (Percent elongation)1100%LLL截面收缩率(Percent reduction in area)1100%AAA 与与 表征材料破坏后的塑性变形程度表征材料破坏后的塑性变形程度。 与试件的原始尺寸与试件的原始尺寸L/d有关；有关； 与与试件的原始尺寸无关。试件的原始尺寸无关。塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料 5% 5% 5% ( (b b) )t t几种非金属材料的力学性能混凝土混凝土木材木材123三种材料的应力应变曲线如图，用这三种材料制成同尺寸拉杆，请回答如下问题：哪种强度最好？哪种强度最好？哪种刚度最好？哪种刚度最好？哪种塑性最好？

6、哪种塑性最好？请说明理论依据？请说明理论依据？se塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的：（A）屈服应力提高，弹性模量降低；（B）屈服应力提高，塑性降低；（C）屈服应力不变，弹性模量不变；（D）屈服应力不变，塑性不变。正确答案是（ ）低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：（A）比例极限；（B）屈服极限；（C）强度极限；（D）弹性极限。正确答案是（ ）BB根据图示三种材料拉伸时的应力应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：（A）强度极限 （1）（2） （3）； 弹性模量

7、 E（1） E（2） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ；（B）强度极限 （2） （1） （3）； 弹性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ；（C）强度极限 （3）（1） （2）； 弹性模量 E（3） E（1） E（2）； 延伸率 （3） （2） （1） ； （D）强度极限 （1）（2） （3）； 弹性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （2） （1） （3）；正确答案是（ ）B关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：（A）应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（B）应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；

8、（C）应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（D）应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。正确答案是（ ）C关于 有如下四种论述，请判断哪一个是正确的：（A）弹性应变为0.2%时的应力值；（B）总应变为0.2%时的应力值；（C）塑性应变为0.2%时的应力值；（D）塑性应变为0.2时的应力值。正确答案是（ ）2 . 0s sC低碳钢加载卸载 再加载路径有以下四种，请判断哪一个是正确的：（A）OAB BC COAB ；（B）OAB BD DOAB ；（C）OAB BAOODB；（D）OAB BD DB。正确答案是（ ）D关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的：

9、（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。正确答案是（ ）A2、 高温、常时工作的构件，会产生高温、常时工作的构件，会产生蠕变蠕变和和松弛松弛几个概念：几个概念：1、 高温对材料的力学性能有影响高温对材料的力学性能有影响4、松弛、松弛(Relaxation)：应变保持不变，应力随时间：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象增加而降低的现象3、蠕变、蠕变(Creep)：应力保持不变，应变随时间增加：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象而增加的现象2 26 6 * *温度和时

10、间对材料力学性能的影响温度和时间对材料力学性能的影响一、应力速率对材料力学性能的影响一、应力速率对材料力学性能的影响dtde ee e时时称称为为动动载载 3e e2低碳钢低碳钢Ose1静荷载静荷载动荷载动荷载0 20 40 60 80 100320300280260240220200应力速率与屈服极限的关系应力速率与屈服极限的关系ss (MPa)s (MPa/s)总趋势总趋势: :温度升高温度升高, ,E、s sS 、s sb 下降，下降， 、 增大增大温度下降温度下降, , s sb增大增大 、 减小减小)( C)MPa(s)GPa(E0 100 200 300 400 500216177

11、137700600500400300200100100908070605040302010(%),ESsbs温度对低碳钢力学性能的影响温度对低碳钢力学性能的影响二、短期静载下温度对材料力学性能的影响二、短期静载下温度对材料力学性能的影响蓝脆点20001750150012501000 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 )MPa(s)( Cbs2 . 0s80706050403020100(%)温度对铬锰合金力学性能的影响温度对铬锰合金力学性能的影响温度降低，塑性降低，强度极限提高温度降低，塑性降低，强度极限提高 P(

12、kN)-0 5 10 15 302010 0C20C196C253 l(mm)纯铁-0 5 10 15 302010 0C20C196C253 P(kN) l(mm)中碳钢 温度降低，温度降低，s sb增大，为什么结构会发生低温脆断？增大，为什么结构会发生低温脆断？三、高温、长期静载下材料的力学性能三、高温、长期静载下材料的力学性能金属材料的高温蠕变金属材料的高温蠕变(Creep)(Creep)（碳钢（碳钢350C350C以上）以上）BACDtO构件的工作段不能超过稳定阶段构件的工作段不能超过稳定阶段 e tOABCDE不稳定不稳定阶段阶段稳定阶段稳定阶段加速阶段加速阶段破坏破坏阶段阶段 e0

13、材料的蠕变曲线材料的蠕变曲线温度越高蠕变越快温度越高蠕变越快应力越高蠕变越快应力越高蠕变越快s1s2s3s4温度不变1234ssss应力不变4321TTTTe2e1e3初应力越大初应力越大松弛的初速率越大松弛的初速率越大初始弹性应变不变321TTTT1T3T2温度越高温度越高松弛的初速率越大松弛的初速率越大蠕变示意图蠕变示意图P伸长量伸长量时间时间0t0 随时间增加，伸长量在不变的载荷作用下继随时间增加，伸长量在不变的载荷作用下继续增加的现象。续增加的现象。静载静载P作用下的作用下的伸长量：伸长量：0 一细金属线预先有应一细金属线预先有应变后保持不变，应力随时变后保持不变，应力随时间增加而降低的现象。间增加而降低的现象。StressTime0t0Wire松弛示意图松弛示意图四、冲击荷载下材料力学性能四、冲击荷载下材料力学性能 冲击韧度冲击韧度转变温度转变温度 温度降低，温度降低，s sb增大，结构反而还发生低温脆断增大，结构反而还发生低温脆断原因何在？原因何在？ 温度降低，温度降低，s sb 增大，增大， 但材料的冲击韧性下降但材料的冲击韧性下降且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温且抗断裂能力基本不变，所以