材料力学性能2011(1 ,2)

材料力学性能刘家臣jcliu@http:// 13902072240

第一章 绪 历史时代划分:

论

材料是用来制造器件的物质

石器、陶器、青铜器、铁器 新炻器、钢铁、复合材料、纳米

促进社会进步:钢铁材料——工业社会 半导体材料——信息社会 高温、高比强材料——空天社会？

现代文明的重要标志:21世纪——信息、生物、能源、空间、材料

一、课程地位 材料科学与工程体系

应用

设计 工程体系

产品定义：给定外界条件下的行为

性能 工艺 组成金属、非金属、高分子、复合

力 热/电/磁/光/声/生物 关系：基础

结构原子、电子、宏观、微观、介观

科学体系

二、研究对象、内容

材料受外力作用后的 力学行为规律及其物理本质和评价方法。 1、 基本力学性能： 弹性、塑性、粘性，变形、断裂 2、 环境介质条件下力学性能： 高温、腐蚀 、氧化、渗入、疲劳、蠕变

√

金属(基础)、陶瓷(偏重)、高分子(涉及) 力学：学科基础；工程力学：设计基础；力学性能：应用基础

三、作用(目的) 1)正确选材、评价 ：索道、刀刃 延塑-金属/脆硬-陶瓷/柔弹-高分子

2)创新新材料 ：高铁(减震)、大飞机(复合)、大火箭(防腐)、空天(高温)

3)零构件失效分析：1912-Titanic;2003-Columbia ;2011-核泄漏；2008-南方冰雪

学分 & 学位

第二章 材料的静载力学性能2.1静载拉伸试验最基本、广泛的力学性能试验标准试样：d0, l0, A0, l0= 5d0, l0= 10d0测定力性：评价、比较、选材依据 揭示基本力性规律：脆、弹、塑、粘性

P

拉长 l=l - l0条件(工程)应力σ=P/A0, 假设A0 、l0不变 条件(工程)应变ε=Δl/ l0

2.1.1 应力应变曲线 1、脆性材料(陶瓷类①)1)ζ — 单值对应，直线，最高载荷点断裂 2)E=tgα =(ζ / ),弹性模量的意义：对弹 性变形的抗力(刚度设计中的重要指标) 3)陶瓷类，横向交联好的聚合物，普通灰铸铁

ζ

① m b k ③ ②

2、弹性材料(高分子类② )1)极大的弹性变形，高分子类，如橡皮 2)ζ 消除δ 恢复，无残余形变 3)E与“弹性”:E弹性变形的抗力，弹性大的材料， E小

a

α O n m’

3、塑性材料(金属类③ )1)颈缩b:均匀变形→集中变形，断裂之前兆 2)屈服点a:弹性→塑性；oa:弹性变形，a后：弹性+塑性 3)应变强化/加工硬化：经一定塑性变形后屈服点↑的现象。m点卸载 ，ζ 沿mn降为零(总应变om’=残 留/塑性on+恢复/弹性nm’),重新加载nmbk,屈服点a↑m。

√

4、其它 (1)脆、塑、弹性综合应用

(2)应力应变形式的多样性

金属材料应力应变的不同形式

高分子材料应力应变的不同形式

(3) 陶瓷假塑性：仿生层状、陶瓷弱界面、纤维编织、非晶态

95CaCO4/5壳质素

Cf/SiC

2.1.2 拉伸性能指标1、强度指标1)屈服强度： 比例极限 p:符合线性关系的最高应力值 弹性极限 e:卸载后能完全弹性恢复的最高应力值 屈服强度 0.2 or ys:规定以发生一定残留变形为标准的应力 (通常以0.2%残留变形的应力表示) 2) 抗拉强度： ζb=Pb(最高载荷)/A0(原始截面积)。 是产生最大均匀变形的抗力 3)实际断裂强度： Sk=Pk(断裂时载荷)/Ak(真实截面积)。表征材料对断裂的抗力

√

2、塑性指标 1)延伸率：

k=(lk-l0)/l0,lk和l0分别为断裂后和原始标长，含均匀延伸率 b和集中延伸率 c------ b取决于材料属性, c与试样几何尺寸有关, l0越大， c越小. 对l0=5d0, l0=10d0试样，延伸率分别为 5 10, 5 > 10 2)断面收缩率： Ψ k=(A0-Ak)/A0,A0和Ak分别为断口处原始和断裂后最小截面积，含均匀和集中收缩率 --- Ψ k只决定于材料性质，与试样尺寸无关 3) 塑性指标之间的关系,P21

4)塑性指标的意义： 预报：断裂前有变形前兆，防突发脆断，可靠 缓冲：局部塑性变形松弛或缓冲偶然过载引起的集中应力，安全 加工：塑造期望的形状，如弯曲、冲压等冷成型，↓成本，容易

√

作业： 1)金属材料应力应变曲线的典型形式与主要特征，各为什么材料所特有？ 2)比较比例极限、弹性极限和屈服强度的异同，说明这几个强度指标的实 际意义。 3)说明为什么 5 > 10? 4) 推导延伸率与断面收缩率之间的关系

发现： “取一金属丝，长20英尺或30英尺或40英尺，上部固定在一根钉子上，另一端固 定一个放砝码用的称盘，以两角规量测盘底与地面的距离；然后，置砝码于其上， 测量上述金属丝的伸长并记录之。比较金属丝的伸长量可以发现：其不同伸长的 比例，与引起伸长所置的砝码重量的比例相同。”

300年前不完善:

Robert Hooke

用F=kx表示之，后来演化成ζ=E

①只描述了受力→变形，缺少卸除→消失，可逆性 是弹性变形的重要特征！ ②只考虑了伸长，忽略截面的收缩。

1800年前：郑玄-在“考弓记·弓人”描述测试弓力时， “每加物一石，则张一尺”

创新 - 完善 – 表达？

2.2 弹性变形 ζ=E 2.2.1 弹性变形及其物理本质 上述实验问题：为什么会伸长？ 原子间距变化；取决于原子间作用力！

2.2.1.1弹性变形过程原子间作用力随原子间距变化： P=A/r2(引力)+B/r4(斥力) 平衡状态r0:引力=斥力

P rm

外力：拉，r↑(弹性变形),引力↑,恢复原子平衡位r0压，r↓,合力=斥力↑,撤除外力后恢复 r 达 rm:理 …… 此处隐藏：1005字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……