材料力学课件第2章4-6机械性质

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 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 材料拉伸的机械性能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。国家标准规定金属拉伸试验方法（GB2282002)LL=10d L=5d对圆截面试样：对矩形截面试样： 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=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标准试件液压式材料试验机材料的力学性能在材料试验机上进行

2、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。电子拉力试验机20kN试验机10kN试验机电子拉力试验机PP拉伸图：P L 曲线应力应变曲线： s e 曲线L0PLs = P /A0e = L / L0一、低碳钢拉伸时的力学性能 O名义应力(Nominal stress)比例极限P弹性阶段Elastic stage弹性极限eBA屈服应力sC真应力(True stress)F局部化阶段Localization stage断裂E强化阶段Hardening stage强度极限bD屈服阶段Yielding stageOabcd弹性阶段 比例极限 弹性极限虎克定律弹性摸量屈服阶段 屈服极限强化

3、阶段 强度极限局部变形阶段e塑性材料的卸载(unloading)过程O残余(塑性)应变重新加载(reloading)弹性回复卸载卸载加载加载Pabcdef卸载定律 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。这种现象称为冷作硬化。延伸率 (Percent elongation)截面收缩率(Percent reduction in area) 与 表征材料破坏后的塑性变形程度。 与试件的原始尺寸L/d有关； 与试件的原始尺寸无关。塑性材料脆性材料 5% (b)t几种非金属材料的力学性能混凝

4、土木材机械性能思考题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？哪种刚度最好？哪种塑性最好？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

5、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 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

6、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；（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（ ）C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）O

7、AB 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：（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，会产生蠕变和松弛几个概念：1、 高温对材料的力学性能有影响4、松弛(Relaxation)：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象3、蠕变(Creep)：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象26 *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2低碳钢Ose1静荷载动荷载0 2

8、0 40 60 80 100 200应力速率与屈服极限的关系ss (MPa)s (MPa/s)总趋势:温度升高,E、S 、b 下降，、 增大温度下降, b增大 、 减小0 100 200 300 400 500 400300200100100908070605040302010Ed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蓝脆点 00 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 d80706050403020100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 P(kN)-0 5 10 1

9、5 302010 0 Dl(mm)纯铁-0 5 10 15 302010 0 P(kN) Dl(mm)中碳钢 温度降低，b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金属材料的高温蠕变(Creep)（碳钢350C以上）BACDtO构件的工作段不能超过稳定阶段 e tOABCDE不稳定阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段 e0材料的蠕变曲线温度越高蠕变越快应力越高蠕变越快s1s2s3s4温度不变应力不变T1T2T3T4三、应力松弛（stress relaxation） 在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小 称为应力松弛 温度不变e2e1e3初应力越大松弛的初速率越大初始弹性应变不变T1T3T2温度越高松弛的初速率越大蠕变示意图P伸长量时间0t0 随时间增加，伸长量在不变的载荷作用下继续增加的现象。静载P作用下的伸长量：0 一细金属线预先有应变后保持不变，应力随时间增加而降低的现象。StressTime0t0Wire松弛示意图四、冲击荷载下材料力学性能 冲击韧度转变温度 温度降低，b增大，结构反而还发生低温脆断原因何在？ 温度降低，b