材料力學(xué)性能03

材料力學(xué)性能哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院朱景川S1-3拉伸真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線1.真實(shí)應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)變應(yīng)力工程真實(shí)應(yīng)變真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變與工程應(yīng)力應(yīng)變之關(guān)系δ(%)ε(%)ψ(%)3.002.952.917.006.756.5410.009.539.0920.0018.2316.66均勻變形階段真實(shí)應(yīng)變與工程應(yīng)變之間的差別

工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線與真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線2.真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線

necking(考慮橫向收縮及頸縮

所致多向應(yīng)力)典型金屬真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線3.加工硬化現(xiàn)象Hollomon關(guān)系式

加工硬化指數(shù)n加工硬化率ds/d材料狀態(tài)nK(MPa)Cu退火0.443448.3Al退火0.250157.5Fe退火0.237575.340鋼正火0.2211043.540鋼調(diào)質(zhì)0.229920.7T8鋼退火0.204996.4T8鋼調(diào)質(zhì)0.2091018T12鋼退火0.1701103.360鋼淬火+500℃回火0.101570幾種金屬材料室溫下的K、n值4.頸縮與斷裂dP＝sbdF+Fbds＝0

頸縮條件

在頸縮開(kāi)始點(diǎn)

n=b

靜力韌度與材料的強(qiáng)韌性配合A:高強(qiáng)度、低塑性、低韌性B:低強(qiáng)度、高塑性、低韌性C:中強(qiáng)度、中塑性、高韌性5.靜力韌度思考題（5）強(qiáng)度指標(biāo)中哪些易測(cè)量？哪些難測(cè)量？（8）加工硬化指數(shù)的工程意義？（7）低碳鋼拉伸工程應(yīng)力應(yīng)變曲線有何令人困惑之處？（2）塑性變形開(kāi)始后是否存在彈性變形？為什么？（3）拉伸力學(xué)狀態(tài)參量與材料拉伸性能指標(biāo)之間有何關(guān)系？（1）拉伸試驗(yàn)前哪一步準(zhǔn)備工作容易被忽視？（4）彈性變形抗力與塑性變形抗力誰(shuí)大？（6）何謂比例試樣？為何要規(guī)定比例試樣？（9）某些材料拉伸試驗(yàn)中為何會(huì)頸縮？頸縮區(qū)斷裂從哪里開(kāi)始？（10）查閱拉伸試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，比較新舊國(guó)標(biāo)異同點(diǎn)。（11）查閱資料，指出高分子材料拉伸行為特點(diǎn)。N-n為偶數(shù)時(shí)

N-n為奇數(shù)時(shí)

dP＝sbdF+Fbds＝0

頸縮條件

在頸縮開(kāi)始點(diǎn)

n=b

拉伸性能指標(biāo)新舊國(guó)標(biāo)對(duì)比

1.4.1非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變特征應(yīng)變應(yīng)力AYBA-彈性極限；Y-屈服點(diǎn)；B-斷裂點(diǎn)（1）非晶態(tài)高聚物典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線S1-4高分子聚合物材料拉伸力學(xué)行為特點(diǎn)①?gòu)椥孕巫?普彈性)

應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增大，服從虎克定律，具有普彈性能；運(yùn)動(dòng)單元為鍵長(zhǎng)、鍵角。②強(qiáng)迫高彈形變

形變能力300%～1000%，并且可逆；運(yùn)動(dòng)單元為鏈段取向的變化。③黏流形變

形變?yōu)椴豢赡妫ㄓ谰眯巫儯?；運(yùn)動(dòng)單元為鏈段、大分子鏈。（2）應(yīng)力-應(yīng)變曲線的類型：△材料硬而脆剛性制品，不宜沖擊，能承受靜壓力典型實(shí)例：酚醛塑料制品△材料硬而強(qiáng)高模量高抗張，斷裂伸長(zhǎng)小或無(wú)屈服典型實(shí)例：PVC硬制品△材料強(qiáng)而韌高模量高抗張，斷裂伸長(zhǎng)大，有屈服典型實(shí)例：聚碳酸酯制品△材料軟而韌低模量低屈服，斷裂伸長(zhǎng)率及強(qiáng)度大典型實(shí)例：硫化橡膠、LDPE制品△材料軟而弱低模量低強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率中等典型實(shí)例：未硫化天然橡膠從以上看出，由斷裂強(qiáng)度的大小可判斷材料的強(qiáng)弱；由彈性模量的大小反映材料的軟硬，至于韌與脆則視應(yīng)力-應(yīng)變曲線下面所包圍面積的大小而定。1.4.2結(jié)晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線玻璃態(tài)和晶態(tài)聚合物的拉伸變形以高彈形變。為主。在玻璃態(tài)聚合物中拉伸只使分子鏈發(fā)生取向；在晶態(tài)聚合物中拉伸伴隨著聚集態(tài)的變化，包含結(jié)晶熔化、取向、再結(jié)晶。S1-5其它靜載力學(xué)性能試驗(yàn)1.加載方式與應(yīng)力狀態(tài)第一章材料靜載力學(xué)性能試驗(yàn)沖裁板料應(yīng)力狀態(tài)

受力體一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)主平面與主應(yīng)力狀態(tài)：1>2>3力學(xué)描述用任意相互垂直的三個(gè)平面截取P點(diǎn)，以截面法向?yàn)檎较蚪⒌芽栕鴺?biāo)系，得到三個(gè)截面上的應(yīng)力分布的組合——應(yīng)力張量。以此為基礎(chǔ)，可以求得這個(gè)坐標(biāo)系下任意其他截面上的應(yīng)力分布。數(shù)學(xué)描述任意給定一組基后，可以用坐標(biāo)描述截面位置（方向余弦列向量）及截面應(yīng)力（應(yīng)力分量列向量）。在這組基下，存在一個(gè)線性變換，將截面位置映射到截面應(yīng)力。應(yīng)力張量的本質(zhì)同一點(diǎn)的應(yīng)力張量是相似矩陣，并且可以對(duì)角化。

應(yīng)力張量代表一個(gè)線性變換！

張量的性質(zhì)①?gòu)埩坑伤姆至康募纤?guī)定；②張量的基本性質(zhì)由坐標(biāo)變換時(shí)張量的分量所遵循的變換法則來(lái)確定，變換法則與張量表示什么物理量無(wú)關(guān)；③張量的階等于變換法則中變換系數(shù)的維度，也等于張量的指標(biāo)的數(shù)目；

④全部分量為0的張量經(jīng)過(guò)允許的坐標(biāo)變換后全部分量為0，故張量方程具有不變性；⑤張量變換不影響其對(duì)稱性。對(duì)稱張量反對(duì)稱張量主應(yīng)力的重要性質(zhì)①客觀性：不隨參考坐標(biāo)系而改變的不變量②實(shí)數(shù)性：③正交性：主坐標(biāo)系中應(yīng)力張量退化為對(duì)角型

④極值性：max=1,min=3⑤最大剪應(yīng)力:max=(1-3)/2主應(yīng)力代表了最危險(xiǎn)的應(yīng)力狀態(tài)！常見(jiàn)應(yīng)力狀態(tài)2.應(yīng)力狀態(tài)(軟性)系數(shù)按材料力學(xué)強(qiáng)度理論：切應(yīng)力彈塑性變形彈性變形正應(yīng)力塑性斷裂脆性斷裂最大切應(yīng)力理論：最大正應(yīng)變理論：表示一定應(yīng)力狀態(tài)下材料發(fā)生塑性變形的難易程度應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性成形工藝性的影響3.扭轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)(1)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法：GB/T10128-2007(代替10128-1988)試樣：圓柱或圓管扭轉(zhuǎn)曲線(2)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力狀態(tài)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力狀態(tài)特點(diǎn)：1=-3=，2=0(取=0.25)(3)扭轉(zhuǎn)性能指標(biāo)(3)扭轉(zhuǎn)性能指標(biāo)規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度p0.015或p0.3上屈服強(qiáng)度eH和下屈服強(qiáng)度eL*扭轉(zhuǎn)新國(guó)標(biāo)(4)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用①應(yīng)力狀態(tài)較軟，適于拉伸脆性或低塑性材料；②軸向宏觀塑性變形始終是均勻的，且無(wú)頸縮，可精確測(cè)定塑性變形應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；③對(duì)材料表面缺陷敏感；④斷口特征最明顯，可準(zhǔn)確測(cè)定切斷強(qiáng)度。4.彎曲性能試驗(yàn)(1)彎曲試驗(yàn)方法：GB/T10128-1988典型塑性材料的彎曲圖

彎曲試樣應(yīng)力狀態(tài)

典型脆性材料的彎曲應(yīng)力應(yīng)變曲線

(2)彎曲試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用①試驗(yàn)簡(jiǎn)便，不受試樣的偏斜影響，可穩(wěn)定地測(cè)定脆性材料和低塑性材料的抗彎強(qiáng)度；②高塑性材料不能壓斷，僅用于彎曲成形工藝試驗(yàn)；③對(duì)材料表面缺陷敏感，常用于比較和判定結(jié)構(gòu)件經(jīng)表面強(qiáng)化處理后，表面滲碳層和淬火層的質(zhì)量；

④b3>b4>b彎曲工藝試驗(yàn)：GB/T232-2010考察材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下塑性變形能力Ni合金(板厚45mm)焊縫彎曲無(wú)裂紋為合格

例：焊接件彎曲工藝試驗(yàn)5.壓縮性能試驗(yàn)(1)壓縮試驗(yàn)方法：GB/T7314-2005試樣：一般為圓柱，也有矩形，單向壓縮典型材料壓縮曲線1-高塑性材料；2-低塑性材料(2)壓縮應(yīng)力狀態(tài)1=2=0，3=-max=0.5(45截面)smax==2理想情況(端部無(wú)摩擦)實(shí)際情況(端部摩擦)端部約束變形鼓肚復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)(2)壓縮斷裂形式切斷:碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料壓縮斷裂正斷:縱向裂紋，如陶瓷材料注意:高塑性材料壓扁而不破壞(3)壓縮性能指標(biāo)與拉伸試驗(yàn)相仿：強(qiáng)度指標(biāo)：pc、ec、sc、bc塑性指標(biāo)：相對(duì)壓縮率ck、相對(duì)斷面擴(kuò)展率ckaE=tgaO1O2f1(f)低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線D(ss下)(se)BC(ss上)A(sp)E(sb)gas(MPa)200400e0.10.2O低碳鋼壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線(4)材料拉伸與壓縮力學(xué)行為對(duì)比塑性材料：seOsb灰鑄鐵的拉伸曲線sb灰鑄鐵的壓縮曲線a=45o剪應(yīng)力引起斷裂低塑性及脆性材料：混凝土的拉伸與壓縮行為混凝土的抗壓強(qiáng)度要比抗拉強(qiáng)度大10倍左右熱固性塑料：環(huán)氧樹(shù)脂的室溫拉伸與壓縮行為(5)壓縮試驗(yàn)特點(diǎn)及應(yīng)用①應(yīng)力狀態(tài)很軟，適于低塑性及脆性材料；②一般不用于塑性材料；③試驗(yàn)時(shí)要減小端面摩擦；

④一般規(guī)定h0/d0(h0/F0)為定值，以便試驗(yàn)結(jié)果能相互比較。習(xí)題1：試列表比較拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲、壓縮試驗(yàn)方法、特點(diǎn)及應(yīng)用。思考題（5）扭轉(zhuǎn)曲線之開(kāi)始直線段斜率是切變模量嗎？（9）同種材料拉伸屈服強(qiáng)度與壓縮屈