第二章 金属的力学性能

第二章金属的力学性能2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology1第1页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology2弹性变形：在卸出载荷后能完全恢复的变形。其随着外力的增加而增加；内力：金属发生弹性变形时，其内部各质点相互作用力所发生的变化。内力是由外力引起的，是伴随着弹性变形产生的，其作用是抵抗外力对构件的破坏。塑性变形：在卸出载荷后不能消失而残留的那一部分变形。塑性变形总是在发生了一定量的弹性变形后才发生的。第二章第一节弹性体的变形与内力一、变形与内力概念第2页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology3第二章二、变形的度量1、杆的绝对伸长量：2、线应变：单位长度杆的伸长值，即杆的相对伸长量。三、直杆受拉（压）时的内力1、轴力的概念：直杆受拉（压）时产生的内力。简图APP第3页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology4第二章PAS轴力的正负规定：S

与外法线同向,为正轴力(拉力)S>0SSS与外法线反向,为负轴力(压力)S<0SS2、轴力的计算截面法求轴力第4页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology5第二章PAS例如：截面法求SAPP截开：简图APP代替：平衡：第5页，共22页，2023年，2月20日，星期三1、应力(stress)的概念四、受拉压直杆内的应力问题提出：PPPP内力大小不能衡量构件强度的大小。强度：①内力在截面分布集度应力；

②材料承受载荷的能力。由外力引起的内力集度，也就是单位面积上的内力。第二章第6页，共22页，2023年，2月20日，星期三工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，集度的定义不仅准确而且重要，因为“破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始。PAM①平均应力：②全应力（总应力）：2.应力的表示：第二章第7页，共22页，2023年，2月20日，星期三③当内力与截面不垂直时，全应力分解为：pM垂直于截面的应力称为“正应力”(NormalStress)；位于截面内的应力称为“剪应力”(ShearingStress)。第二章第8页，共22页，2023年，2月20日，星期三3、拉(压)杆斜截面上的应力直杆受一对等值、反向、共线的轴向拉力P作用。求：斜截面k-k上的应力。PPkka解：采用截面法由平衡方程：Fa=P则：Aa：斜截面面积；Fa：斜截面上内力。由几何关系：代入上式，得：斜截面上全应力：PkkaFa第二章第9页，共22页，2023年，2月20日，星期三PPkka斜截面上全应力：PkkaPa分解：pa=反映：通过构件上一点不同截面上应力变化情况。当=90°当=0,90°当=0°，(横截面上存在最大正应力)当=±45°(45°斜截面上剪应力达到最大)tasaa第二章第10页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology11第二节材料的力学性能力学性能：在外力作用下材料在变形和强度方面所表现出的性能试件和实验条件常温、静载§2-4目录第11页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology12目录第12页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology13一、拉伸试验1、试验曲线低碳钢的拉伸目录第13页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology142、从拉伸试验中得到的力学性能参数明显的四个阶段1、弹性阶段ob与虎克定律比例极限弹性极限2、屈服阶段bc（失去抵抗变形的能力）屈服极限3、强化阶段ce（恢复抵抗变形的能力）强度极限4、局部径缩阶段ef目录第14页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology15两个塑性指标:断后伸长率断面收缩率为塑性材料为脆性材料低碳钢的为塑性材料目录泊松比（或横向变形系数）第15页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology163、中途卸载与重复拉伸弹性范围内卸载、再加载过弹性范围卸载、再加载即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系。材料的屈服极限增高，延伸率降低，称之为冷作硬化或加工硬化。目录第16页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology174、其它材料的拉伸曲线对于没有明显屈服阶段的塑性材料，规定与试件产生0.2%塑性应变相对应的应力值作为材料的屈服极限，用σp0.2来表示。目录第17页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology18对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。为典型的脆性材料。

σbt—拉伸强度极限（约为140MPa）。它是衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。目录第18页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology19解：变形量可能已超出了“线弹性”范围，故，不可再应用“弹性定律”。应如下计算：例题铜丝直径d=2mm，长L=500mm，材料的拉伸曲线如图所示。如欲使铜丝的伸长为30mm，则大约需加多大的力P？

由拉伸图知：s(MPa)e(%)第二章第19页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology20二、温度对材料的力学性能的影响低碳钢随温度的升高总的趋势：材料的弹性模量、屈服极限、强度极限均下降，而延伸率和断面收缩率增大。低温对材料力学性能的影响主要表现为材料的塑性指标随温度降低而减小。目录1、温度对短期静载试验所得结果的影响2、高温时的蠕变与应力松弛蠕变就是金属试件在高温下承受某一固定的应力时，试件会随着时间的延续而不断发生缓慢增长的塑性变形。必须具备两个条件：一是要有高温，二是要有一定的应力，二者缺一不可。第20页，共22页，2023年，2月20日，星期三2023/5/3Qingdaouniversityofscienceandtechnology21目录