材料力學課件第2章4-6機械性質(zhì)

1、力學性能指材料受力時在強度和變形方面表現(xiàn)出來的性能。 塑性變形又稱永久變形或殘余變形 塑性材料：斷裂前產(chǎn)生較大塑性變形的材料,如低碳鋼 脆性材料：斷裂前塑性變形很小的材料，如鑄鐵、石料 24 材料拉伸的機械性能材料的機械性質(zhì)通過試驗測定，通常為常溫靜載試驗。試驗方法應(yīng)按照國家標準進行。國家標準規(guī)定金屬拉伸試驗方法（GB2282002)LL=10d L=5d對圓截面試樣：對矩形截面試樣： 國家標準不僅規(guī)定了試驗方法，對試件的形式也作了詳細規(guī)定當 l=10d 時的試件稱為長試件，為推薦尺寸當 l=5d 時的試件稱為短試件，為材料尺寸不足時使用標準試件液壓式材料試驗機材料的力學性能在材料試驗機上進行

2、測試。材料試驗機的式樣有很多，但大多為機械傳動或液壓傳動。電子拉力試驗機20kN試驗機10kN試驗機電子拉力試驗機PP拉伸圖：P L 曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線： s e 曲線L0PLs = P /A0e = L / L0一、低碳鋼拉伸時的力學性能 O名義應(yīng)力(Nominal stress)比例極限P彈性階段Elastic stage彈性極限eBA屈服應(yīng)力sC真應(yīng)力(True stress)F局部化階段Localization stage斷裂E強化階段Hardening stage強度極限bD屈服階段Yielding stageOabcd彈性階段 比例極限 彈性極限虎克定律彈性摸量屈服階段 屈服極限強化

3、階段 強度極限局部變形階段e塑性材料的卸載(unloading)過程O殘余(塑性)應(yīng)變重新加載(reloading)彈性回復卸載卸載加載加載Pabcdef卸載定律 冷作硬化 材料在卸載過程中應(yīng)力與應(yīng)變成線形關(guān)系。稱為：卸載定律 。 在常溫下把材料冷拉到強化階段，然后卸載，當再次加載時，材料的比例極限提高而塑性降低。這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。延伸率 (Percent elongation)截面收縮率(Percent reduction in area) 與 表征材料破壞后的塑性變形程度。 與試件的原始尺寸L/d有關(guān)； 與試件的原始尺寸無關(guān)。塑性材料脆性材料 5% (b)t幾種非金屬材料的力學性能混凝

4、土木材機械性能思考題123三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖，用這三種材料制成同尺寸拉桿，請回答如下問題：哪種強度最好？哪種剛度最好？哪種塑性最好？請說明理論依據(jù)？se塑性材料冷作硬化后，材料的力學性能發(fā)生了變化。試判斷以下結(jié)論哪一個是正確的：（A）屈服應(yīng)力提高，彈性模量降低；（B）屈服應(yīng)力提高，塑性降低；（C）屈服應(yīng)力不變，彈性模量不變；（D）屈服應(yīng)力不變，塑性不變。正確答案是（ ）低碳鋼材料在拉伸實驗過程中，不發(fā)生明顯的塑性變形時，承受的最大應(yīng)力應(yīng)當小于的數(shù)值，有以下4種答案，請判斷哪一個是正確的：（A）比例極限；（B）屈服極限；（C）強度極限；（D）彈性極限。正確答案是（ ）BB根據(jù)圖示三種材料

5、拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線，得出如下四種結(jié)論，請判斷哪一個是正確的：（A）強度極限 （1）（2） （3）； 彈性模量 E（1） E（2） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ；（B）強度極限 （2） （1） （3）； 彈性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ；（C）強度極限 （3）（1） （2）； 彈性模量 E（3） E（1） E（2）； 延伸率 （3） （2） （1） ； （D）強度極限 （1）（2） （3）； 彈性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （2） （1） （3）；正確答案是（ ）B關(guān)于低碳鋼試樣拉伸至屈服時，有以下結(jié)論，請判斷哪一個是

6、正確的：（A）應(yīng)力和塑性變形很快增加，因而認為材料失效；（B）應(yīng)力和塑性變形雖然很快增加，但不意味著材料失效；（C）應(yīng)力不增加，塑性變形很快增加，因而認為材料失效；（D）應(yīng)力不增加，塑性變形很快增加，但不意味著材料失效。正確答案是（ ）C關(guān)于 有如下四種論述，請判斷哪一個是正確的：（A）彈性應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力值；（B）總應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力值；（C）塑性應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力值；（D）塑性應(yīng)變?yōu)?.2時的應(yīng)力值。正確答案是（ ）C低碳鋼加載卸載 再加載路徑有以下四種，請判斷哪一個是正確的：（A）OAB BC COAB ；（B）OAB BD DOAB ；（C）OAB BAOODB；（D）O

7、AB BD DB。正確答案是（ ）D關(guān)于材料的力學一般性能，有如下結(jié)論，請判斷哪一個是正確的：（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗壓能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其抗壓能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗壓能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗壓能力。正確答案是（ ）A2、 高溫、常時工作的構(gòu)件，會產(chǎn)生蠕變和松弛幾個概念：1、 高溫對材料的力學性能有影響4、松弛(Relaxation)：應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨時間增加而降低的現(xiàn)象3、蠕變(Creep)：應(yīng)力保持不變，應(yīng)變隨時間增加而增加的現(xiàn)象26 *溫度和時間對材料力學性能的影響一、應(yīng)力速率對材料力學性能的影響2低碳鋼Ose1靜荷載動荷載0 2

8、0 40 60 80 100 200應(yīng)力速率與屈服極限的關(guān)系ss (MPa)s (MPa/s)總趨勢:溫度升高,E、S 、b 下降，、 增大溫度下降, b增大 、 減小0 100 200 300 400 500 400300200100100908070605040302010Ed溫度對低碳鋼力學性能的影響二、短期靜載下溫度對材料力學性能的影響藍脆點 00 750 500 250 0-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 d80706050403020100溫度對鉻錳合金力學性能的影響溫度降低，塑性降低，強度極限提高 P(kN)-0 5 10 1

9、5 302010 0 Dl(mm)純鐵-0 5 10 15 302010 0 P(kN) Dl(mm)中碳鋼 溫度降低，b增大，為什么結(jié)構(gòu)會發(fā)生低溫脆斷？三、高溫、長期靜載下材料的力學性能金屬材料的高溫蠕變(Creep)（碳鋼350C以上）BACDtO構(gòu)件的工作段不能超過穩(wěn)定階段 e tOABCDE不穩(wěn)定階段穩(wěn)定階段加速階段破壞階段 e0材料的蠕變曲線溫度越高蠕變越快應(yīng)力越高蠕變越快s1s2s3s4溫度不變應(yīng)力不變T1T2T3T4三、應(yīng)力松弛（stress relaxation） 在一定的高溫下，構(gòu)件上的總變形不變時，彈性變形會隨時間而轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，從而使?gòu)件內(nèi)的應(yīng)力變小 稱為應(yīng)力松弛 溫度不變e2e1e3初應(yīng)力越大松弛的初速率越大初始彈性應(yīng)變不變T1T3T2溫度越高松弛的初速率越大蠕變示意圖P伸長量時間0t0 隨時間增加，伸長量在不變的載荷作用下繼續(xù)增加的現(xiàn)象。靜載P作用下的伸長量：0 一細金屬線預先有應(yīng)變后保持不變，應(yīng)力隨時間增加而降低的現(xiàn)象。StressTime0t0Wire松弛示意圖四、沖擊荷載下材料力學性能 沖擊韌度轉(zhuǎn)變溫度 溫度降低，b增大，結(jié)構(gòu)反而還發(fā)生低溫脆斷原因何在？ 溫度降低，b