第二章金屬的力學(xué)性能

1、O返回第一篇 力學(xué)基礎(chǔ)第一章第一章 剛體剛體受力分析受力分析第二章第二章 金屬力學(xué)性能金屬力學(xué)性能第三章第三章 受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算與受剪切構(gòu)建的使用計(jì)算與受剪切構(gòu)建的使用計(jì)算第四章第四章 直梁的彎曲直梁的彎曲第五章第五章 圓軸的扭轉(zhuǎn)圓軸的扭轉(zhuǎn)O返回1 彈性體的變形與內(nèi)力彈性體的變形與內(nèi)力2 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能3 本章小結(jié)本章小結(jié)第二章 金屬的力學(xué)性能 O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力一、變形和內(nèi)力一、變形和內(nèi)力材料的變形通?？煞譃閮煞N：材料的變形通常可分為兩種：彈性變形彈性變形：載荷解除后變形隨之消失的變形。：載荷解除后變形隨之消失的變形。塑性變形塑性變形：載荷解除

2、后變形不能消失的變形。：載荷解除后變形不能消失的變形。 工程中的構(gòu)件，在正常使用狀態(tài)下，一般不允許出工程中的構(gòu)件，在正常使用狀態(tài)下，一般不允許出現(xiàn)塑性變形。材料力學(xué)研究的主要是現(xiàn)塑性變形。材料力學(xué)研究的主要是彈性變形。彈性變形。 內(nèi)力：內(nèi)力：物體因受外力而變形物體因受外力而變形(彈性彈性)，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)(原原子子)之間因相對(duì)位置改變而引起的相互作用力之間因相對(duì)位置改變而引起的相互作用力(附加內(nèi)力附加內(nèi)力)O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力1）軸向拉伸或壓縮）軸向拉伸或壓縮2）剪切）剪切3）扭轉(zhuǎn)）扭轉(zhuǎn)4）彎曲）彎曲O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力 桿件在拉伸或壓縮時(shí)，其長(zhǎng)度將發(fā)生改變

3、，若桿件桿件在拉伸或壓縮時(shí)，其長(zhǎng)度將發(fā)生改變，若桿件原長(zhǎng)為原長(zhǎng)為l，受軸向拉伸后其長(zhǎng)度變?yōu)?，受軸向拉伸后其長(zhǎng)度變?yōu)閘1，ll1-l稱為稱為絕絕對(duì)伸長(zhǎng)量對(duì)伸長(zhǎng)量。 絕對(duì)伸長(zhǎng)量只反映桿的總變形量，但不能說(shuō)明桿的絕對(duì)伸長(zhǎng)量只反映桿的總變形量，但不能說(shuō)明桿的變形程度。變形程度。1. 絕對(duì)伸長(zhǎng)量絕對(duì)伸長(zhǎng)量l1dPPdl1lO返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力2. 線應(yīng)變線應(yīng)變 當(dāng)桿是當(dāng)桿是均勻變形均勻變形的，可以用單位長(zhǎng)度桿的伸長(zhǎng)（或縮的，可以用單位長(zhǎng)度桿的伸長(zhǎng)（或縮短）值來(lái)度量桿的線變形程度。短）值來(lái)度量桿的線變形程度。ll線應(yīng)變（相對(duì)伸長(zhǎng)）線應(yīng)變（相對(duì)伸長(zhǎng)） 線應(yīng)變是無(wú)因次量，桿受線應(yīng)變是無(wú)因次量，桿受

4、拉伸拉伸伸長(zhǎng)時(shí)規(guī)定為伸長(zhǎng)時(shí)規(guī)定為正值正值，桿桿受壓受壓縮短時(shí)定為縮短時(shí)定為負(fù)值負(fù)值。 當(dāng)桿當(dāng)桿不均勻變形不均勻變形的，分為無(wú)數(shù)的，分為無(wú)數(shù)小段，并取極限：小段，并取極限：dxdxxxx0limxzxAByx+xABxO返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力三、直桿受拉（受壓）時(shí)的內(nèi)力三、直桿受拉（受壓）時(shí)的內(nèi)力桿的變形：軸向伸長(zhǎng)或縮短桿的變形：軸向伸長(zhǎng)或縮短 軸向拉壓：軸向拉壓：直桿沿軸線受到一對(duì)大小相等方向相反的直桿沿軸線受到一對(duì)大小相等方向相反的力作用。力作用。軸力：軸力：直桿受拉（壓）時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力直桿受拉（壓）時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力1. 軸力軸力O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力2. 軸力的計(jì)算軸力的計(jì)算代

5、替：代替：任半個(gè)桿件作為研究對(duì)象任半個(gè)桿件作為研究對(duì)象PPmm棄、代棄、代平衡平衡PSPSX 00PSSPX 00假設(shè)截面假設(shè)截面 截開(kāi)截開(kāi)截面法求內(nèi)力的基本步驟：截面法求內(nèi)力的基本步驟： 截開(kāi)：截開(kāi)：將桿件沿假想的截面切開(kāi)。將桿件沿假想的截面切開(kāi)。平衡：平衡：對(duì)此半個(gè)桿件建立平衡方程，求未知內(nèi)力。對(duì)此半個(gè)桿件建立平衡方程，求未知內(nèi)力。O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力拉伸拉伸變形產(chǎn)生的軸力取變形產(chǎn)生的軸力取正正值（拉為正）值（拉為正）壓縮壓縮變形產(chǎn)生的軸力取變形產(chǎn)生的軸力取負(fù)負(fù)值（壓為負(fù)）值（壓為負(fù)）即即離開(kāi)離開(kāi)截面為截面為正正，指向指向截面為截面為負(fù)負(fù)。2. 軸力的計(jì)算軸力的計(jì)算截面法求軸力

6、法則：截面法求軸力法則： 受受軸向外力軸向外力作用的的直桿，其任意截面上的軸力，作用的的直桿，其任意截面上的軸力，在數(shù)值上等于該在數(shù)值上等于該截面一側(cè)截面一側(cè)（任意一側(cè)）（任意一側(cè)）所有軸向外力所有軸向外力的的代數(shù)和代數(shù)和。背向背向該截面的外力取該截面的外力取正值正值，指向指向該截面的外力該截面的外力取取負(fù)值負(fù)值。S 0SSS 0SSO返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力PPQ解：作用在解：作用在m-m截面上的軸力截面上的軸力 Sm=P-F（右側(cè)）（右側(cè)） 或或Sm=P+Q（左側(cè)）（左側(cè)）例例1：求截面：求截面m-m上的軸力上的軸力軸力圖：軸力圖：表示軸力沿截面位置（桿長(zhǎng)）變化的圖表示軸力沿截面位置

7、（桿長(zhǎng)）變化的圖O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力解：解：ABCDPAPBPCPDOPPPPPSDCBA21例例2 圖示桿的圖示桿的A、B、C、D點(diǎn)分別作用著大小為點(diǎn)分別作用著大小為5P、8P、4P、P 的力，方向如圖，試畫出桿的軸力圖。的力，方向如圖，試畫出桿的軸力圖。AB段軸力段軸力PPPPSDCB32BC段軸力段軸力PPPSDC53CD段軸力段軸力PPSD4OA段軸力段軸力O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力四、受拉（受壓）直桿的應(yīng)力四、受拉（受壓）直桿的應(yīng)力1. 應(yīng)力應(yīng)力1）問(wèn)題提出：）問(wèn)題提出：PPPPv內(nèi)力大小不能衡量構(gòu)件強(qiáng)度的大小內(nèi)力大小不能衡量構(gòu)件強(qiáng)度的大小v強(qiáng)度取決于內(nèi)力在截面分布

8、強(qiáng)度取決于內(nèi)力在截面分布集度集度，即單位面積上的，即單位面積上的內(nèi)力內(nèi)力應(yīng)力應(yīng)力O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力 P AM 平均應(yīng)力平均應(yīng)力（內(nèi)力在截面上均勻分布）（內(nèi)力在截面上均勻分布） 全應(yīng)力（總應(yīng)力）：全應(yīng)力（總應(yīng)力）：APp APAPpAddlim02） 應(yīng)力的表示應(yīng)力的表示 工程構(gòu)件，大多數(shù)情形下，工程構(gòu)件，大多數(shù)情形下，內(nèi)力并非均勻分布。內(nèi)力并非均勻分布。應(yīng)力單位：應(yīng)力單位：Pa = N/m2 M Pa = 106 N/m2 ，工程上常用，工程上常用MPa O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力 內(nèi)力在截面上未必均布，也未必與截面垂直，應(yīng)力可內(nèi)力在截面上未必均布，也未必與截面垂直，應(yīng)力可

9、分解為：分解為： 全應(yīng)力分解全應(yīng)力分解pM q正應(yīng)力正應(yīng)力(Normal Stress) （法向應(yīng)力）（法向應(yīng)力）：垂直于截面的應(yīng)垂直于截面的應(yīng)力力q剪應(yīng)力剪應(yīng)力(Shear Stress)：沿截面切線方向的應(yīng)力分量沿截面切線方向的應(yīng)力分量 O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力2. 受拉直桿橫截面上的正應(yīng)力受拉直桿橫截面上的正應(yīng)力F F acbdacbd 沿中心軸線受拉（壓）直桿，其橫截面上的內(nèi)力沿沿中心軸線受拉（壓）直桿，其橫截面上的內(nèi)力沿截面均勻分布（橫截面上各點(diǎn)的內(nèi)力相等），截面上各截面均勻分布（橫截面上各點(diǎn)的內(nèi)力相等），截面上各點(diǎn)的應(yīng)力相等：點(diǎn)的應(yīng)力相等：ASS：軸力：軸力A：截面積：截面

10、積O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力f f20f f10f f302kN4kN6kN3kN113322例例 求各個(gè)截面應(yīng)力求各個(gè)截面應(yīng)力MPaAS9 .15)1020(4105233111kNS53261解：解：kNS1322kNS23MPaAS7 .12)1010(4101233222MPaAS8 . 2)1030(4102233333O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力3. 受拉直桿斜截面上的應(yīng)力受拉直桿斜截面上的應(yīng)力xPPmm 為了考察斜截面上的應(yīng)力，仍然利用截面法，即假想地為了考察斜截面上的應(yīng)力，仍然利用截面法，即假想地用截面用截面 m-m 將桿分成兩部分。并將右半部分去掉。將桿分成兩部分。

11、并將右半部分去掉。 該截面的外法線用該截面的外法線用 n 表示，表示， 法線與軸線的夾角為：法線與軸線的夾角為： 桿內(nèi)各縱向纖維變形相同，斜截面應(yīng)力桿內(nèi)各縱向纖維變形相同，斜截面應(yīng)力pa為均勻分布。為均勻分布。p設(shè)桿的橫截面面積為設(shè)桿的橫截面面積為A，A則斜截面面積為：則斜截面面積為：cosAA 軸力軸力ApPSacosAcosPAPp斜截面上與軸線平行的應(yīng)力斜截面上與軸線平行的應(yīng)力nO返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力 軸向應(yīng)力不垂直于斜截面，可分解為正應(yīng)力（垂直于斜軸向應(yīng)力不垂直于斜截面，可分解為正應(yīng)力（垂直于斜截面）和剪應(yīng)力（平行于斜截面）：截面）和剪應(yīng)力（平行于斜截面）：coscosAPp

12、斜截面上的軸向應(yīng)力斜截面上的軸向應(yīng)力2coscos psinpsincos2sin2/ p 由上可知：受拉（壓）直桿內(nèi)，最大正應(yīng)力位于桿的由上可知：受拉（壓）直桿內(nèi)，最大正應(yīng)力位于桿的橫截面內(nèi)；最大剪應(yīng)力位于桿的橫截面內(nèi)；最大剪應(yīng)力位于桿的45和和135 斜截面內(nèi)。斜截面內(nèi)。O返回第一節(jié) 彈性體的變形與內(nèi)力正應(yīng)力和剪應(yīng)力的效應(yīng)：正應(yīng)力和剪應(yīng)力的效應(yīng)：mkkmm mk kmkmkpF F mmkk 正應(yīng)力正應(yīng)力所起的作用是要把兩個(gè)相鄰截面所起的作用是要把兩個(gè)相鄰截面拉開(kāi)拉開(kāi)； 剪應(yīng)力剪應(yīng)力所起的作用是使兩個(gè)相鄰的斜截面有產(chǎn)生所起的作用是使兩個(gè)相鄰的斜截面有產(chǎn)生相對(duì)相對(duì)錯(cuò)動(dòng)錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)。的趨勢(shì)。O返

13、回1 彈性體的變形與內(nèi)力彈性體的變形與內(nèi)力2 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能3 本章小結(jié)本章小結(jié)第二章 金屬的力學(xué)性能 O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 力學(xué)性能力學(xué)性能 材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表現(xiàn)材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，包括變形和抗力，即在外力作用下不產(chǎn)生超過(guò)的行為，包括變形和抗力，即在外力作用下不產(chǎn)生超過(guò)允許的變形或不被破壞的能力。允許的變形或不被破壞的能力。 硬硬度度強(qiáng)強(qiáng)度度塑塑性性韌韌性性O(shè)返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能一、拉伸試驗(yàn)一、拉伸試驗(yàn) 試樣按試樣按標(biāo)準(zhǔn)制備標(biāo)準(zhǔn)制備，然后將試件裝在材料試驗(yàn)機(jī)上，然后將試件裝在材料試驗(yàn)機(jī)上，啟動(dòng)加力機(jī)構(gòu)，緩慢增

14、加拉力啟動(dòng)加力機(jī)構(gòu)，緩慢增加拉力P直至斷裂為止。直至斷裂為止。 在加力過(guò)程中隨時(shí)記錄載荷在加力過(guò)程中隨時(shí)記錄載荷P和相應(yīng)的變形量和相應(yīng)的變形量l的數(shù)的數(shù)值。同時(shí)還要注意觀察試件變形和破壞的現(xiàn)象。值。同時(shí)還要注意觀察試件變形和破壞的現(xiàn)象。l0=10d0l0= 5d0O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能e=l/ls=p/Ao實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能一、力學(xué)性能參數(shù)一、力學(xué)性能參數(shù)強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度s比例極限比例極限p彈性極限彈性極限eoabcdfPesbO返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能（1）彈性變形階段與胡克定律（）彈性變形階段與

15、胡克定律（Ob段段）oabPetanEE在彈性階段內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成直線關(guān)系在彈性階段內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成直線關(guān)系E為彈性模量，其單位和應(yīng)力為彈性模量，其單位和應(yīng)力相同，如何相同，如何理解彈性模量理解彈性模量？00PllEA (1)(2)(1)(2)式統(tǒng)稱為式統(tǒng)稱為虎克定律，虎克定律，該定律也可用于受壓桿件，但符號(hào)為負(fù)該定律也可用于受壓桿件，但符號(hào)為負(fù)O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能橫向線應(yīng)變：橫向線應(yīng)變：dd1拉伸拉伸1ddddde為橫向線應(yīng)變?yōu)闄M向線應(yīng)變研究表明在彈性階段桿件的橫向研究表明在彈性階段桿件的橫向應(yīng)變應(yīng)變e和軸向應(yīng)變和軸向應(yīng)變e之比的絕對(duì)之比的絕對(duì)值是一個(gè)常數(shù)值是一個(gè)常數(shù)，改值成為橫向變

16、形系數(shù)或者泊松比，改值成為橫向變形系數(shù)或者泊松比O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能（2）屈服階段（）屈服階段（bc段段）在此階段，曲線上升坡度變緩，在在此階段，曲線上升坡度變緩，在C點(diǎn)附近，應(yīng)力幾乎不變的點(diǎn)附近，應(yīng)力幾乎不變的情況下，試件的應(yīng)變量在增加，此時(shí)我們認(rèn)為材料對(duì)外力情況下，試件的應(yīng)變量在增加，此時(shí)我們認(rèn)為材料對(duì)外力“屈服屈服”obcs屈服限屈服限ss，材料中一個(gè)很重要的，材料中一個(gè)很重要的強(qiáng)度指標(biāo)，屈服限越高，材料強(qiáng)度指標(biāo)，屈服限越高，材料抵抗發(fā)生塑性變形的能力就越抵抗發(fā)生塑性變形的能力就越強(qiáng)強(qiáng)低碳鋼低碳鋼Q235，意思就是屈服，意思就是屈服限限235Mpa，Q就是中文拼音的就是中文拼音的

17、“屈屈”材料中一個(gè)很重要的強(qiáng)材料中一個(gè)很重要的強(qiáng)度知道度知道O返回大家來(lái)填空 材料的屈服極限，是試件在拉伸過(guò)程中-時(shí)的名義應(yīng)力，它體現(xiàn)的是材料-（方面的性能）O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能cdb（3）強(qiáng)化階段）強(qiáng)化階段(ce段段)材料過(guò)了屈服限后，曲線又開(kāi)始材料過(guò)了屈服限后，曲線又開(kāi)始上升，大忙陡度變得十分平緩，這上升，大忙陡度變得十分平緩，這說(shuō)明材料又具備較弱的抵抗形變說(shuō)明材料又具備較弱的抵抗形變的能力，稱強(qiáng)化階段的能力，稱強(qiáng)化階段此階段的特點(diǎn)此階段的特點(diǎn)：（：（1）大比例的大比例的塑塑性變形性變形，少量的，少量的彈性變形彈性變形；（2）所加）所加拉力拉力和和名義名義應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力達(dá)到最大值最大

18、值O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能df（4）頸縮階段（）頸縮階段（ef段段）當(dāng)載荷加到上述最大值后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)載荷加到上述最大值后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在試件的某個(gè)部位直接突然變細(xì)，出現(xiàn)在試件的某個(gè)部位直接突然變細(xì)，出現(xiàn)所謂的所謂的“頸縮頸縮”現(xiàn)象現(xiàn)象從材料開(kāi)始出現(xiàn)頸縮是的從材料開(kāi)始出現(xiàn)頸縮是的最高名義壓力為最高名義壓力為sb，其反應(yīng)的是材料，其反應(yīng)的是材料抵抗斷裂能力的大小抵抗斷裂能力的大小f點(diǎn)為斷裂點(diǎn)點(diǎn)為斷裂點(diǎn)O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能（5）試件斷裂后的處理）試件斷裂后的處理試件斷裂后，將其對(duì)接起來(lái)測(cè)出其長(zhǎng)度試件斷裂后，將其對(duì)接起來(lái)測(cè)出其長(zhǎng)度l1，得出總伸長(zhǎng)量，得出總伸長(zhǎng)量為為l1-l0，則，則10

19、0llld稱做材料的稱做材料的延長(zhǎng)率延長(zhǎng)率，其值是評(píng)價(jià)，其值是評(píng)價(jià)材料塑性好壞材料塑性好壞的一個(gè)指標(biāo)，的一個(gè)指標(biāo)，為材料在斷裂前最大能夠經(jīng)受的塑料變形量。為材料在斷裂前最大能夠經(jīng)受的塑料變形量。材料的另一個(gè)材料的另一個(gè)評(píng)價(jià)塑性好壞評(píng)價(jià)塑性好壞的指標(biāo)是的指標(biāo)是y,見(jiàn)書上見(jiàn)書上O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能4.試件中途卸載與重復(fù)拉伸試件中途卸載與重復(fù)拉伸試件在彈性極限前去除載荷，試件將恢復(fù)原狀。試件在彈性極限前去除載荷，試件將恢復(fù)原狀。 試件在強(qiáng)化階段后去除載荷，試件的塑性變形不能恢復(fù)，試件在強(qiáng)化階段后去除載荷，試件的塑性變形不能恢復(fù)，當(dāng)再次當(dāng)再次加載時(shí)比例極限提高但塑性加載時(shí)比例極限提高但塑性降低

20、。降低。 冷作硬化：冷作硬化：在常溫下將材料預(yù)先加載到強(qiáng)化階段然后卸載，當(dāng)再在常溫下將材料預(yù)先加載到強(qiáng)化階段然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)比例極限提高但塑性降低的現(xiàn)象。次加載時(shí)比例極限提高但塑性降低的現(xiàn)象。O應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變（應(yīng)變（-）圖）圖ee1二次加載線二次加載線 工程上工程上常常利用冷作硬化提高構(gòu)利用冷作硬化提高構(gòu)件在彈性階段的承載能力，如起件在彈性階段的承載能力，如起重用的鋼索、建筑用的鋼筋采用重用的鋼索、建筑用的鋼筋采用冷拔工藝提高強(qiáng)度冷拔工藝提高強(qiáng)度。 零件在加工中產(chǎn)生的冷作硬化零件在加工中產(chǎn)生的冷作硬化稱為稱為冷加工硬化冷加工硬化。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能其它材料的拉伸曲線其它材料的拉

21、伸曲線 國(guó)標(biāo)規(guī)定以產(chǎn)生國(guó)標(biāo)規(guī)定以產(chǎn)生0.2%的塑性變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料的屈服的塑性變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料的屈服極限，極限，0.2用表示。用表示。（1）無(wú)屈服階段塑性材料）無(wú)屈服階段塑性材料 只有彈性和強(qiáng)化階段，沒(méi)有明顯的屈服階段，有良好只有彈性和強(qiáng)化階段，沒(méi)有明顯的屈服階段，有良好的塑性變形。的塑性變形。O-曲線曲線錳鋼錳鋼鎳鋼鎳鋼青銅青銅-曲線曲線O0.2O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 在整個(gè)拉伸過(guò)程中無(wú)明顯塑性變形，無(wú)屈服無(wú)頸縮，在整個(gè)拉伸過(guò)程中無(wú)明顯塑性變形，無(wú)屈服無(wú)頸縮，拉到一定程度即突然斷裂。拉斷時(shí)的應(yīng)力稱為拉到一定程度即突然斷裂。拉斷時(shí)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度極抗拉強(qiáng)度極限限b 。

22、（2）脆性材料）脆性材料O-曲線曲線玻璃鋼玻璃鋼灰鑄鐵灰鑄鐵b是衡量脆性材料強(qiáng)度的唯一指標(biāo)。是衡量脆性材料強(qiáng)度的唯一指標(biāo)。脆性材料脆性材料b很低，所以不宜作承拉件。很低，所以不宜作承拉件。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能二、壓縮試驗(yàn)二、壓縮試驗(yàn)混凝土、石料、木材等非金屬材做成立方體。混凝土、石料、木材等非金屬材做成立方體。 金屬材料壓縮試件做成圓柱形，為避免壓彎，取金屬材料壓縮試件做成圓柱形，為避免壓彎，取h=(1.53)dO返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能1. 塑性材料塑性材料 屈服前應(yīng)力屈服前應(yīng)力-應(yīng)變曲線與拉伸時(shí)重合（但越壓越扁，應(yīng)變曲線與拉伸時(shí)重合（但越壓越扁，并不會(huì)壓潰，所以測(cè)不到強(qiáng)度極限）。

23、所以塑性材料一并不會(huì)壓潰，所以測(cè)不到強(qiáng)度極限）。所以塑性材料一般不作壓縮試驗(yàn)。般不作壓縮試驗(yàn)。 壓縮壓縮拉伸拉伸O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能2. 塑性材料塑性材料 脆性材料在受壓縮時(shí)所顯示的力學(xué)性能的最大特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度限脆性材料在受壓縮時(shí)所顯示的力學(xué)性能的最大特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度限比抗拉強(qiáng)度限高出數(shù)倍比抗拉強(qiáng)度限高出數(shù)倍PP PP壓縮壓縮O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能三、溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響三、溫度對(duì)材料機(jī)械性能的影響 1. 溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響（短時(shí)靜載） 短時(shí)、靜載：短時(shí)、靜載：試驗(yàn)在試驗(yàn)在短時(shí)間內(nèi)完成，載荷逐短時(shí)間內(nèi)完成，載荷逐漸增加。漸增加。 在在260以前隨溫度的以前隨溫度的升高，升

24、高， b反而增大，同時(shí)反而增大，同時(shí) 、 卻減小。但象低碳鋼這種卻減小。但象低碳鋼這種在在260以前的特征，并非以前的特征，并非所有的鋼材都具有。所有的鋼材都具有。 總趨勢(shì)：總趨勢(shì)：溫度升高，溫度升高，E、 s 、 b下降，下降， 、 增大。增大。E105 MPa2.52.01.51.00.5/MPabsp溫度對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響溫度對(duì)低碳鋼力學(xué)性能的影響O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能02 0 01 04 0 0 6 0 0 8 0 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 C/% /%0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0001 0 00 . 10 . 5 x

25、 1 052 0 03 0 04 0 05 0 01 . 0 x 1 051 . 5 x 1 052 . 0 x 1 052 . 5 x 1 050 . 20 . 30 . 40 . 5pebEbE C溫度對(duì)低碳鋼溫度對(duì)低碳鋼和和值的影響值的影響O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能低溫對(duì)材料力學(xué)性能的影響：低溫對(duì)材料力學(xué)性能的影響： 碳鋼、低合金鋼：碳鋼、低合金鋼：強(qiáng)度（彈性、屈服極限等）提高，強(qiáng)度（彈性、屈服極限等）提高，脆性增加（延伸率脆性增加（延伸率），具有冷脆性（冷脆現(xiàn)象）。），具有冷脆性（冷脆現(xiàn)象）。不銹鋼、銅、鋁等無(wú)此現(xiàn)象不銹鋼、銅、鋁等無(wú)此現(xiàn)象 化工容器中凡是在化工容器中凡是在-20以下

26、操作的容器，且容器壁以下操作的容器，且容器壁應(yīng)力又達(dá)到材料常溫屈服極限的應(yīng)力又達(dá)到材料常溫屈服極限的1/6時(shí)，定為時(shí)，定為低溫壓力容低溫壓力容器器，其選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等均有特殊要求。，其選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等均有特殊要求。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 2. 高溫對(duì)材料力學(xué)性能的影響（蠕變和應(yīng)力松弛） 蠕變：蠕變：在高溫和長(zhǎng)期靜載作用下，即使構(gòu)件上的在高溫和長(zhǎng)期靜載作用下，即使構(gòu)件上的應(yīng)力不變應(yīng)力不變，塑性，塑性變變形形卻隨時(shí)間而緩慢卻隨時(shí)間而緩慢增加增加，直至破壞。，直至破壞。注意：應(yīng)力沒(méi)增加，桿自己在變長(zhǎng)注意：應(yīng)力沒(méi)增加，桿自己在變長(zhǎng)P經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后時(shí)間后P加靜載加靜載 1）

27、蠕變O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能蠕變速度：蠕變速度：變形增長(zhǎng)的速度叫蠕變速度。變形增長(zhǎng)的速度叫蠕變速度。蠕變條件：蠕變條件：高溫；一定的應(yīng)力。高溫；一定的應(yīng)力。蠕變變形是不可恢復(fù)的塑性變形。蠕變變形是不可恢復(fù)的塑性變形。蠕變速率與應(yīng)力和溫度成正比。蠕變速率與應(yīng)力和溫度成正比。 蠕變極限蠕變極限n： 通常把在某一高溫下，為使試件在通常把在某一高溫下，為使試件在10萬(wàn)小時(shí)萬(wàn)小時(shí)內(nèi)的內(nèi)的塑塑性應(yīng)變性應(yīng)變值值不超過(guò)不超過(guò)1，允許試件能承受的，允許試件能承受的最高應(yīng)力值最高應(yīng)力值，稱為材料在該溫度、該蠕變速度條件下的稱為材料在該溫度、該蠕變速度條件下的蠕變極限蠕變極限。 O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 規(guī)

28、定：規(guī)定：化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為十萬(wàn)小時(shí)，所以用化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為十萬(wàn)小時(shí)，所以用試件在十萬(wàn)小時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。試件在十萬(wàn)小時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。 持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度D ：在一定高溫下，在在一定高溫下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)規(guī)定時(shí)間內(nèi)t不發(fā)生不發(fā)生斷裂所允許的斷裂所允許的最高應(yīng)力最高應(yīng)力，稱為材料在該溫度下、該持續(xù)，稱為材料在該溫度下、該持續(xù)時(shí)間內(nèi)的時(shí)間內(nèi)的持久強(qiáng)度限持久強(qiáng)度限。 蠕變極限蠕變極限n和和持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度D都是材料的高溫都是材料的高溫強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能2）應(yīng)力松弛）應(yīng)力松弛 應(yīng)力松弛：應(yīng)力松弛：在一定的在一定的高溫高溫下，構(gòu)件上的總下，構(gòu)件上的

29、總變形不變變形不變時(shí)，時(shí)，彈性變形會(huì)隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危ㄔ驗(yàn)槿渥儯瑥膹椥宰冃螘?huì)隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危ㄔ驗(yàn)槿渥儯瑥亩箻?gòu)件內(nèi)的而使構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力變小應(yīng)力變小的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 實(shí)例：實(shí)例：高溫容器法蘭聯(lián)結(jié)螺栓松弛后使法蘭與墊片間高溫容器法蘭聯(lián)結(jié)螺栓松弛后使法蘭與墊片間壓緊力減小而發(fā)生泄漏（密封失效）；壓緊力減小而發(fā)生泄漏（密封失效）； 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與軸之間的緊配合松脫。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與軸之間的緊配合松脫。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能1. 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 工程中的構(gòu)件不都是等截面桿。如機(jī)械零件上常有溝工程中的構(gòu)件不都是等截面桿。如機(jī)械零件上常有溝槽、螺紋、圓孔、鍵槽和臺(tái)階等，使構(gòu)件截面發(fā)生突

30、變。槽、螺紋、圓孔、鍵槽和臺(tái)階等，使構(gòu)件截面發(fā)生突變。受拉薄板的應(yīng)力集中受拉薄板的應(yīng)力集中 應(yīng)力集中應(yīng)力集中：由于截面突然變化而引起的應(yīng)力局部增大：由于截面突然變化而引起的應(yīng)力局部增大（遠(yuǎn)高于平均應(yīng)力）的現(xiàn)象。（遠(yuǎn)高于平均應(yīng)力）的現(xiàn)象。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能2. 缺口沖擊試驗(yàn)缺口沖擊試驗(yàn) 金屬的缺口沖擊試驗(yàn)是將帶有缺口并具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的金屬的缺口沖擊試驗(yàn)是將帶有缺口并具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的長(zhǎng)方形試件放在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上，利用擺錘下落時(shí)的長(zhǎng)方形試件放在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上，利用擺錘下落時(shí)的沖擊力，將試件從缺口處沖斷的一種試驗(yàn)。沖擊力，將試件從缺口處沖斷的一種試驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)機(jī) 沖擊功：沖擊功

31、：擺錘沖斷試件所消耗的功擺錘沖斷試件所消耗的功稱為沖擊功，用稱為沖擊功，用Ak表示。表示。 根據(jù)測(cè)得的沖擊功值根據(jù)測(cè)得的沖擊功值A(chǔ)k可以判定材可以判定材料對(duì)缺口的敏感性。料對(duì)缺口的敏感性。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 缺口的形狀：缺口的形狀：U形和形和V形形 由于由于U形缺口在反應(yīng)材料的缺口效應(yīng)（即缺口的存在對(duì)沖斷試樣的形缺口在反應(yīng)材料的缺口效應(yīng)（即缺口的存在對(duì)沖斷試樣的敏感性）上不如敏感性）上不如V形缺口，現(xiàn)在多用形缺口，現(xiàn)在多用V形缺口。形缺口。 用用V形缺口試件測(cè)得的沖擊功用形缺口試件測(cè)得的沖擊功用Akv表示，稱為夏比表示，稱為夏比V形缺口試樣沖形缺口試樣沖擊值。擊值。 沖擊韌性：沖擊韌

32、性：?jiǎn)挝粩嗫诮孛娴膯挝粩嗫诮孛娴臎_擊功沖擊功FAKVKV/F：試件缺口處的橫截面積：試件缺口處的橫截面積 沖擊韌性值的高低，決定于材料能否迅速發(fā)生塑性變沖擊韌性值的高低，決定于材料能否迅速發(fā)生塑性變形，吸收沖擊能量的能力。形，吸收沖擊能量的能力。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能沖擊韌性與塑性的區(qū)別：沖擊韌性與塑性的區(qū)別：塑性：塑性：金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。 材料的沖擊韌性高，其塑性也高；材料的沖擊韌性高，其塑性也高； 材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。 原因：靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動(dòng)載荷原因：靜載

33、荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形，吸收沖擊功。下不一定能迅速塑性變形，吸收沖擊功。測(cè)定沖擊韌性值目的：測(cè)定沖擊韌性值目的：（1）說(shuō)明材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。）說(shuō)明材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。（2）確定脆性轉(zhuǎn)化溫度，防止材料在低溫下工作時(shí)出現(xiàn)）確定脆性轉(zhuǎn)化溫度，防止材料在低溫下工作時(shí)出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂。低應(yīng)力脆性斷裂。 冷脆現(xiàn)象冷脆現(xiàn)象：低溫下沖擊韌性降低的現(xiàn)象。低碳鋼和低：低溫下沖擊韌性降低的現(xiàn)象。低碳鋼和低合金鋼有此現(xiàn)象，不合金鋼有此現(xiàn)象，不 銹鋼、銅、鋁無(wú)此現(xiàn)象。銹鋼、銅、鋁無(wú)此現(xiàn)象。O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能五、硬度試驗(yàn)五、硬度試驗(yàn) 硬度：硬度：金

34、屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 硬度與耐磨性（精度保持性）及強(qiáng)度都有一定關(guān)系。硬度與耐磨性（精度保持性）及強(qiáng)度都有一定關(guān)系。一般硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好。一般硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好。常用的硬度有常用的硬度有布氏硬度布氏硬度和和洛氏硬度洛氏硬度O返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 當(dāng)當(dāng)HBS450的較硬材料不能用布氏法測(cè)硬度，因作為的較硬材料不能用布氏法測(cè)硬度，因作為壓印頭的鋼球在測(cè)量時(shí)會(huì)變形，影響試驗(yàn)結(jié)果。壓印頭的鋼球在測(cè)量時(shí)會(huì)變形，影響試驗(yàn)結(jié)果。 布氏硬度適用：布氏硬度適用：未淬火鋼、有色金屬等未淬火鋼、有色金屬等，不宜于較薄零，不宜于較薄零件或

35、成品的硬度檢驗(yàn)（壓力大）。件或成品的硬度檢驗(yàn)（壓力大）。 材料越硬，壓痕越小，材料越硬，壓痕越小，HBS值越高值越高1. 布氏硬度（布氏硬度（HBS） 在在布氏硬度試驗(yàn)機(jī)布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上，將一直徑為上，將一直徑為D的標(biāo)準(zhǔn)硬鋼球，以的標(biāo)準(zhǔn)硬鋼球，以規(guī)定載荷規(guī)定載荷（如（如3000Kgf）壓入試樣表面，保持）壓入試樣表面，保持一定時(shí)間一定時(shí)間（如（如10s），測(cè)出壓痕直徑），測(cè)出壓痕直徑d，則單位壓痕面積上的平均壓，則單位壓痕面積上的平均壓力即布氏硬度值：力即布氏硬度值： PDd)(2/22dDDDPHBSO返回第二節(jié) 材料的力學(xué)性能 洛氏硬度可用于硬度很高的材料，有三種：洛氏硬度可用于硬度很高的材料，有三種：HRA、HRB、HRC1）HRC 以以 120 金剛石圓錐為壓印頭，先加金剛石圓錐為壓印頭，先加10Kgf的初載荷，同時(shí)將機(jī)上刻度盤指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)的初載荷，同時(shí)將機(jī)上刻度盤指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)，然后再加，然后再加140 Kgf的主載荷，停留一定時(shí)間的主載荷，停留一定時(shí)間后卸載：后卸載：HRC=1