材料力學(xué)性能

解理裂紋形核臨界應(yīng)力fcc金屬為何不發(fā)生解理？此位錯反應(yīng)不滿足能量降低條件不能發(fā)生，不存在位錯反應(yīng)導(dǎo)致解理裂紋形核的機制。解理裂紋擴展多晶體解理裂紋擴展條件初始裂紋面

max初始裂紋尺寸較大初始裂紋相鄰晶粒位向差較小S4-4沿晶斷裂第四章

材料斷裂行為裂紋在晶界上形成并沿晶界擴展

在多晶體變形中，晶界起協(xié)調(diào)相鄰晶粒變形的作用。但當(dāng)晶界受到損傷，其變形能力被削弱，不足以協(xié)調(diào)相鄰晶粒的變形時，便形成晶界開裂。

裂紋擴展總是沿阻力最小的路徑發(fā)展，遂表現(xiàn)為沿晶斷裂。沿晶斷裂：沿晶脆性斷口形貌鉬的沿晶斷口ZrO2陶瓷沿晶斷口沿晶斷裂：沿晶韌窩斷口形貌晶界上存在氣孔、微裂紋等缺陷晶界上存在有脆性夾雜物晶界連續(xù)網(wǎng)狀第二相雜質(zhì)和合金元素在晶界偏析，致使晶界弱化熱應(yīng)力作用

環(huán)境因素：晶間腐蝕、高溫蠕變晶界無析出區(qū)：沿晶微孔集聚斷裂沿晶斷裂原因：如鋼中晶界上存在P、S、As、Sb、Sn等元素。有害元素沿晶界富集，降低了晶界處表面能，使脆性轉(zhuǎn)變溫度向高溫推移，明顯提高了材料對溫度和加載速率的敏感性，在低溫或動載條件下發(fā)生沿晶脆斷。弱化晶界的夾雜物：弱化晶界的夾雜物：晶界上球狀硫化錳鐵夾雜物導(dǎo)致脆性沿晶斷口晶界弱化與晶界脆化沿晶斷裂機制：晶界脆性相變形不協(xié)調(diào)開裂沿晶斷裂機制：晶界位錯塞積導(dǎo)致弱化晶界開裂《失效準(zhǔn)則》Galileo1638年提出原因是磚石(以后的鑄鐵)強度的需求最大拉應(yīng)力

1是引起材料斷裂的原因的強度極限

b

，就發(fā)生斷裂破壞1、最大拉應(yīng)力（第一強度）理論

(MaximumTensile-StressCriterion)具體說：無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)，只要微元內(nèi)的最大拉應(yīng)力

1

達到了單向拉伸S4-6斷裂宏觀強度理論《推導(dǎo)》強度條件《評價》當(dāng)主應(yīng)力中有壓應(yīng)力時，只要誤差較大三向壓應(yīng)力不適用失效方程（或極限條件）

1=

b此時斷裂二向時：當(dāng)

1

2>0

該理論與實驗基本一致三向時：當(dāng)

1

2

3>0

同上當(dāng)主應(yīng)力中有壓應(yīng)力時，只要同上

此時不斷裂2、最大正應(yīng)變理論

具體說：無論材料處于什么應(yīng)力狀態(tài)只要構(gòu)件內(nèi)有一點處的最大正應(yīng)變達到了單向拉伸的應(yīng)變極限，就發(fā)生斷裂破壞1682年，Mariote提出最大伸長線應(yīng)變

1是引起材料斷裂的原因《失效準(zhǔn)則》《推導(dǎo)》或強度條件失效方程（或極限條件）即《評價》

主應(yīng)力有壓應(yīng)力時，當(dāng)，理論接近實驗但不完全符合其他情況下，不如第一強度理論注意：

(1)

eq

為相當(dāng)應(yīng)力equivalentstress(2)適用條件：直至斷裂，一直服從虎克定律《結(jié)論》

除了

1

，還有

2，3

的參與，似乎有理，但是實驗通不過——好看未必正確(1)不論是脆性或塑性材料，在三軸拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，均會發(fā)生脆性斷裂，宜采用最大拉應(yīng)力理論（第一強度理論）。(2)脆性材料：在二軸拉伸應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)采用最大拉應(yīng)力理論；在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的最大、最小拉應(yīng)力分別為拉、壓時，由于材料的許用拉、壓應(yīng)力不等，宜采用摩爾強度理論。(3)塑性材料（除三軸拉伸外），宜采用形狀改變比能理論（第四強度理論）和最大剪應(yīng)力理論（第三強度理論）。(4)三軸壓縮狀態(tài)下，無論是塑性和脆性材料，均采用形狀改變比能理論。各種強度理論的適用范圍3.聯(lián)合強度理論：力學(xué)狀態(tài)圖聯(lián)合強度理論：不同材料的力學(xué)狀態(tài)圖習(xí)題五：試應(yīng)用聯(lián)合強度理論描述不同應(yīng)力狀態(tài)下材料的力學(xué)行為，并簡要分析其變形與斷裂過程及微觀機制。S5-1概述第五章

材料的脆性與脆化因素脆性：宏觀脆性：本質(zhì)脆性：脆化：脆化因素：S5-2缺口脆性缺口效應(yīng)：應(yīng)力集中缺口效應(yīng)：多向應(yīng)力狀態(tài)缺口效應(yīng)：多向應(yīng)力狀態(tài)的形成缺口效應(yīng)：缺口處應(yīng)力分布第五章

材料的脆性與脆化因素S5-2缺口脆性缺口效應(yīng)：缺口頂端小范圍屈服時應(yīng)力分布平面應(yīng)力平面應(yīng)變等效屈服應(yīng)力缺口效應(yīng)：全面屈服時應(yīng)力分布缺口拉伸試驗：45

60,R＝0.1mm,10mm

d0

20mm

(NotchSensitivityRatio)缺口拉伸試驗：幾何強化(NSR>1)低應(yīng)力脆斷(NSR<1)缺口拉伸試驗：材料的力學(xué)性能拉伸彎曲壓縮扭轉(zhuǎn)硬度沖擊磨損疲勞高溫力學(xué)性能靜載荷動載荷高溫S5-3沖擊載荷下材料力學(xué)行為1.沖擊載荷特點加載速度高，應(yīng)變速率大；具有能量載荷性質(zhì)。2.沖擊變形與斷裂特點對彈性變形無影響；塑性變形滯后變形抗力提高變形不均勻性增加沖擊脆化變形局域化應(yīng)變速率對Al(a)和Ti(b)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響應(yīng)變速率對軟鋼拉伸(a)與Cu沖壓(b)變形行為的影響退火低碳鋼爆炸沖擊變形孿晶高錳鋼爆炸硬化后的密集滑移條紋碳鋼高速變形絕熱剪切帶(105s-1)穿甲彈坑絕熱剪切帶對斷裂行為影響低塑性材料沖擊脆化嚴(yán)重，正斷高塑性材料切斷，塑、韌性變化不大應(yīng)變速率對馬氏體時效鋼塑性的影響3.沖擊試驗常溫沖擊低溫沖擊高溫沖擊實驗溫度試樣的受力狀態(tài)擺錘式（包括簡支梁、懸臂梁）落球式高速沖擊不同材料或不同用途可選擇不同的沖擊試驗方法，由于各種試驗方法中試樣受力形式和沖擊物的幾何形狀不同，不同的試驗方法所測得的沖擊強度結(jié)果不能相互比較。采用的能量和沖擊次數(shù)大能量的一次沖擊小能量的多次沖擊實驗單次沖擊不足以破壞材料。沖擊疲勞、斷裂擺錘式彎曲沖擊擺錘沖擊試驗中試樣的安放方式（a）簡支梁型（b）懸臂梁型原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊功（Ak

）等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。式中：AK——沖擊功，試樣斷裂前吸收的能量；Fk——缺口處截面面積；G——擺錘重量；h－h(huán)1——沖斷試樣前后擺錘的高度差計算公式：Ak=Gh

–Gh1

=G（h–h1）ak=

Ak/Fk（KJ/m2）試樣為矩形截面的長條形，分無缺口試祥和缺口試樣缺口試樣要求切口平整、表面光潔、無雜質(zhì)及氣泡等缺陷4.沖擊斷裂過程

AK沒有明確的物理意義，不能用于定量設(shè)計。?AK

相同，斷裂抗力可能不同；

?不同形狀尺寸試樣AK不同；?不同材料AK無可比性。5.沖擊韌性的意義與用途

AK是一個由強度和塑性共同決定的綜合性技術(shù)指標(biāo)，雖不能直接用于設(shè)計計算，但它是一個重要參考