向靜拉伸力學(xué)性能L

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1、第1章單向靜拉伸力學(xué)性能§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單向靜拉伸實(shí)驗(yàn)特點(diǎn):（1）最廣泛使用的力學(xué)性能檢測手段;（2）實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)、加載速率、試樣尺寸、溫度等都有國標(biāo)規(guī)定。（3）最基本的力學(xué)性能（彈性、塑性、斷裂）（4）可測力學(xué)性能指標(biāo)：強(qiáng)度（σ）、塑性（δ、ψ）等。2§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線1.1.1拉伸力—伸長曲線31.1.2應(yīng)力-應(yīng)變曲線（σ-ε）σ=F/A；ε=△L/LA、L：分別為試樣在試驗(yàn)前的名義面積和標(biāo)注長度。4如果按拉伸時試樣的真實(shí)截面積A和真實(shí)長度L來計(jì)算，則可得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(S-e)5

2、1.1.3幾種常見材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線67§1.2彈性變形1.2.1彈性變形及其實(shí)質(zhì)1.彈性變形定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來形狀或尺寸的變形，叫彈性變形。特點(diǎn)：單調(diào)、可逆、變形量很?。ǎ?.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)。81.2.2虎克定律（1）簡單應(yīng)力狀態(tài)時εy-縱向拉伸應(yīng)變εx、εz：橫向拉伸應(yīng)變E－彈性模量ν－泊松比σy－拉應(yīng)力單向拉伸εy=σy/Eεx=εz=－νεy=-νσy/E9剪切和扭轉(zhuǎn)τ=G×γτ－切應(yīng)力G－切變模量γ－切應(yīng)變E、G和ν的關(guān)系G=E/{2(1+ν)}10（2）廣義虎

3、克定律當(dāng)應(yīng)力是兩向或是三向時（即復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下），應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：ε1＝(1/E)*【σ1-ν(σ2+σ3)】ε2＝(1/E)*【σ2-ν(σ3+σ1)】ε3＝(1/E)*【σ3-ν(σ1+σ2)】σ1、σ2、σ3——主應(yīng)力，ε1、ε2、ε3——主應(yīng)變。111.2.3彈性模量E1.彈性模量的物理意義和作用虎克定律分析：應(yīng)變?yōu)橐粋€單位時，E即等于彈性應(yīng)力，即E是產(chǎn)生100％彈性變形所需的應(yīng)力。【εy=σy/E】⑴物理意義：材料對彈性變形的抗力。⑵用途：工程上亦稱為剛度；計(jì)算梁或其他構(gòu)件撓度時必須用之。重要的力學(xué)性能之一。2.影響彈性模量的因素（見表1.1

4、不同材料常溫下的E值）⑴金屬原子本性和晶體學(xué)特性（不同材料、晶格，單晶VS多晶）；⑵溶質(zhì)原子與其強(qiáng)化；⑶顯微組織；⑷溫度；⑸加載速率；⑹其他。合金化、熱處理（顯微組織）、冷塑性變形對E的影響較小。溫度、加載速率對其的影響也不大。121.2.4彈性極限、彈性比功（1）比例極限σp（2）彈性極限σe（3）彈性比功αe(彈性比能、應(yīng)變比能)物理意義：吸收彈性變形功的能力。幾何意義：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性階段下的面積。αe=(1/2)σe×εe用途：制造彈簧的材料，要求彈性比功大。Note：工程上很難測出σp、σe的準(zhǔn)確而唯一的數(shù)值。它們與下面將要介紹的屈服極限σ

5、s的概念是一致的。131.2.5滯彈性（彈性后效）（1）滯彈性及其影響因素實(shí)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滯彈性——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。⑶危害：對長期承載的傳感器，影響精度。14（2）循環(huán)韌性⑴彈性滯后環(huán)由于應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載曲線與卸載曲線不重合而形成的閉合曲線，稱為彈性滯后環(huán)。15物理意義：加載時消耗的變形功大于卸載時釋放的變形功?；?，回線面積為一個循環(huán)所消耗的不可

6、逆功。這部分被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。⑵循環(huán)韌性若交變載荷中的最大應(yīng)力超過金屬的彈性極限，則可得到塑性滯后環(huán)。金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，叫循環(huán)韌性。循環(huán)韌性又稱為消振性。循環(huán)韌性不好測量，常用振動振幅衰減的自然對數(shù)來表示循環(huán)韌性的大小。⑶循環(huán)韌性的應(yīng)用減振材料（機(jī)床床身、缸體等）；樂器要求循環(huán)韌性小。16§1.3塑性變形與應(yīng)變硬化定義：外載荷卸去后，不能恢復(fù)的變形。塑性：材料受力，應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，仍能繼續(xù)變形而不發(fā)生斷裂的性質(zhì)?！唉摹鄙扉L率，“ψ”斷面收縮率。δ%≥100%，常稱為超塑性。1.3.1塑性變形的方式及特點(diǎn)（1）塑性變形的

7、方式滑移最主要的變形機(jī)制；孿生重要的變形機(jī)制，一般發(fā)生在低溫形變或快速形變時；晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變只在高溫時才起作用；形變帶滑移和孿生都不能進(jìn)行的情況下才起作用。17a.滑移有關(guān)概念滑移面：原子最密排面；滑移向：原子最密排方向?；葡担夯泼婧突葡虻慕M合?；葡翟蕉?，材料的塑性越好。晶體結(jié)構(gòu)的影響較大。fcc＞bcc＞hcp滑移的臨界分切應(yīng)力τ=(P/A)cosφcosλφ—外應(yīng)力與滑移面法線的夾角；λ—外應(yīng)力與滑移向的夾角；Ω=cosφcosλ稱為取向因子18b.孿生孿晶：外形對稱，其變形部分好象由兩個相同晶體對接起來的晶體；內(nèi)部原子排列呈鏡面對稱于

8、結(jié)合面。孿晶可分為自然孿晶和形變孿晶。孿生的特點(diǎn)：比滑移困難；時間很短；變形量很