《向靜拉伸力學(xué)性能》PPT課件

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1、第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能引言§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線§1.2彈性變形§1.3塑性變形§1.4金屬的斷裂1引言：單向靜拉伸試驗及其特點(diǎn)1.拉伸實驗2.拉伸試驗特點(diǎn)（1）最廣泛使用的力學(xué)性能檢測手段;（2）試驗的應(yīng)力狀態(tài)、加載速率、溫度、試樣等都有嚴(yán)格規(guī)定（方法：GB/T228-2002；試樣：GB/T6397-1986）。（3）最基本的力學(xué)行為（彈性、塑性、斷裂等）；（4）可測力學(xué)性能指標(biāo)：強(qiáng)度（σ）、塑性（δ、ψ、f）等。拉伸試驗機(jī)介紹:2§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、拉伸力—伸長曲線3變形過程中拉伸試樣的變化變形前的拉伸試樣均勻變形后（包括彈性變形、均勻塑性變形）的拉伸試樣發(fā)生縮頸后

2、的拉伸試樣拉斷后的拉伸試樣4二、應(yīng)力-應(yīng)變曲線1.工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線（應(yīng)力σ=F/A，應(yīng)變ε=△L/L）52.真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線如果按拉伸時試樣的真實斷面A和真實長度L，則可得到真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線：6三、幾種常見材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線7§1.2彈性變形一、彈性變形及其實質(zhì)1.彈性變形：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來形狀或尺寸的變形。特點(diǎn)：單調(diào)、可逆、變形量小(＜0.5~1.0%)2.彈性的物理本質(zhì)金屬的彈性性質(zhì)是金屬原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn)。8二、虎克定律(一)簡單應(yīng)力狀態(tài)的虎克定律1．單向拉伸（1-1）2．剪切和扭轉(zhuǎn)（1-2）3．E、G和的關(guān)系（1-3）9(二)廣義虎克定律實際上機(jī)件的受力狀

3、態(tài)都比較復(fù)雜，應(yīng)力往往是兩向或三向的。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，用廣義虎克定律描述應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：式中、、——主應(yīng)力；、、——主應(yīng)變。主應(yīng)力中拉為正，壓為負(fù)；求得的應(yīng)變正號為伸長，負(fù)號為縮短。10三、彈性模量1.彈性模量的物理意義和作用⑴物理意義：表征金屬材料對彈性變形的抗力，其值愈大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形就愈小。當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€單位時，彈性模量即等于彈性應(yīng)力，即彈性模量是產(chǎn)生100％彈性變形所需的應(yīng)力。這個定義對金屬而言是沒有任何意義的，因為金屬材料所能產(chǎn)生的彈性變形量是很小的。⑵用途：工程上亦稱為剛度；計算梁或其他構(gòu)件撓度時必須用之，是重要的力學(xué)性能之一。11表1-1幾種金屬材料在常溫下的彈

4、性模量金屬材料E/105MPa鐵2.17銅1.25鋁0.72鐵及低碳鋼2.0鑄鐵1.7~1.9低合金鋼2.0~2.1奧氏體不銹鋼1.9~2.0122.影響彈性模量的因素⑴金屬原子的種類和晶體學(xué)特性；非過渡族：原子半徑↑、E↓；過渡族：原子半徑↑、E↑，且E一般都較大。原子密排向的E大。⑵溶質(zhì)原子及其強(qiáng)化；晶格畸變能增大，E↓；13對于鋼鐵材料來說，由于合金原子對晶格常數(shù)改變不大，因此，金屬的合金化對彈性模量E的改變不大，在只要求增加抗變形剛度的場合，沒有必要選擇合金鋼，這就是為何在結(jié)構(gòu)材料中只用碳鋼即可以滿足要求；熱處理對于彈性模量E的影響也不大。晶粒大小對于彈性模量E無影響；第二相大小和分布

5、對于彈性模量E的影響也很??；淬火后彈性模量E略升，但回火后又會恢復(fù)退火狀態(tài)；鑄鐵例外，彈性模量E與其中的石墨形狀有直接關(guān)系；冷加工塑性變形后E值略降(4%—6%)，大變形所產(chǎn)生的變形織構(gòu)將引起彈性模量E的各向異性，沿變形方向E值最大；⑶顯微組織(合金化、熱處理、冷塑性變形)；14溫度升高使得原子間距增加，E值下降；碳鋼溫度每升高100℃，E值下降3%~5%，但是在-50~50℃范圍內(nèi)變化不大。⑷溫度、加載速率等外界因素；一般影響不大。15四、彈性比功（彈性比能、應(yīng)變比能）物理意義：吸收彈性變形功的能力,一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。幾何意義：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性階段

6、下的面積。式中,——彈性比功；——彈性極限；——最大彈性應(yīng)變。用途：制造彈簧的材料，要求彈性比功大16五、滯彈性（彈性后效）1.滯彈性及其影響因素純彈性體的彈性變形只與載荷大小有關(guān)，而與加載方向和加載時間無關(guān)。但對于實際金屬材料，彈性變形不僅是應(yīng)力的函數(shù)，而且還是時間的函數(shù)。⑴定義:在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。⑵產(chǎn)生原因：可能與金屬中點(diǎn)缺陷的移動有關(guān)。⑶影響因素：（a）晶體中的點(diǎn)缺陷；顯微組織的不均勻性。（b）切應(yīng)力越大，影響越大。（c）溫度升高，變形量增加。(4)危害：長期承載的傳感器，影響精度。172、循環(huán)韌性⑴彈性滯后環(huán)由于應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載曲線與

7、卸載曲線不重合而形成的閉合曲線，稱為彈性滯后環(huán)。圖1-6滯后環(huán)的類型（a）單向加載彈性滯后環(huán)（b）交變加載彈性滯后環(huán)（c）交變加載塑性滯后環(huán)（交變載荷中最大應(yīng)力超過宏觀彈性極限）18物理意義：加載時消耗的變形功大于卸載時釋放的變形功?；蛘哒f，回線面積為一個循環(huán)所消耗的不可逆功。這部分被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。⑵循環(huán)韌性金屬材料在交變載荷下塑性區(qū)內(nèi)吸收不可逆變形功的能力，叫循環(huán)韌性，又稱為消振性。循