工程材料_第1章工程材料力学性能

工程材料力学性能引言工程材料的力学性能是指材料在受力作用下的力学行为和性质。

工程材料力学性能的研究对于工程设计、材料选择和结构安全等方面具有重要意义。

本文将对工程材料的力学性能进行详细阐述。

工程材料的力学性能指标弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗变形的能力的一个重要指标。

它是在材料受压缩或拉伸力作用下，材料内部原子和分子之间的相对位移产生时所产生的应力与应变之比。

弹性模量越大，材料的刚度就越大，抵抗变形的能力越强。

屈服强度屈服强度是指材料在受力作用下开始变形的临界点。

当应力达到一定值时，材料开始发生塑性变形，无法恢复到原来的形状。

屈服强度常用于材料的强度设计和材料性能的比较。

抗拉强度抗拉强度是指材料在受拉力作用下的最大承载能力。

抗拉强度可以反映材料的抵抗拉断能力，是工程结构的安全性能的重要指标。

断裂韧性是指材料在断裂前能吸收的总能量。

它是衡量材料抵抗断裂能力的重要指标。

材料的断裂韧性越高，代表其在受外力作用下具有较好的耐久性和抗冲击性。

硬度硬度是指材料的抵抗划痕、穿刺和压入等形变的能力。

硬度可以反映材料的抗划痕和抗磨损能力。

常用的硬度测试方法包括洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度等。

蠕变性能蠕变性能是指材料在常温和高温下长期受持续载荷作用时的变形行为。

材料的蠕变性能对于结构的稳定性和耐久性具有重要影响。

工程材料力学性能的实验测试方法为了评估材料的力学性能，常常需要进行实验测试。

以下是几种常见的工程材料力学性能测试方法：拉伸测试拉伸测试是评估材料抗拉性能的常用方法。

通过施加恒定的拉力，测量材料的应变和应力，从而得到材料的拉伸强度、屈服强度和延伸率等力学性能参数。

压缩测试是评估材料抗压性能的常用方法。

通过施加恒定的压力，测量材料的应变和应力，从而得到材料的压缩强度和压缩模量等力学性能参数。

弯曲测试弯曲测试是评估材料耐弯曲性能的常用方法。

通过施加力矩，使材料发生弯曲变形，测量材料的应变和应力，从而得到材料的弯曲强度和弯曲模量等力学性能参数。

工程材料力学性能
工程材料力学性能是指材料在受力作用下所表现出的各种力学特性。

包括材料的强度、刚度、韧性、耐久性、变形特性等。

首先，强度是指材料在受力情况下的抗拉、抗压、抗剪等能力。

强度高的材料能够承受更大的外力，具有更高的抗破坏能力。

常见的工程材料如钢材、混凝土等都具有很高的强度，可以满足不同工程的需求。

其次，刚度是指材料对外力的响应程度。

刚度高的材料在受力时会有较小的变形。

材料的刚度可通过弹性模量来表示，常见的高刚度材料有钢材、铝合金等。

刚度高的材料适用于需要保持结构稳定的工程。

韧性是指材料在受力下的延展性和断裂韧性。

韧性高的材料能够在受力时发生一定的塑性变形而不断裂。

例如，钢材的韧性较好，可以在受力下发生较大的塑性变形，从而吸收能量，减轻外部冲击造成的损伤。

耐久性是指材料在长期使用和外界环境条件的影响下保持其力学性能的能力。

耐久性好的材料不易受到腐蚀、氧化等因素的影响，能够保持较长时间的使用寿命。

例如，不锈钢具有较好的耐久性，可以用于长期在潮湿环境中工作的工程。

变形特性是指材料在受力下发生形变的特点。

包括弹性变形和塑性变形。

弹性变形是指材料在力加载时产生的可恢复的形变，而塑性变形是指材料在超过其弹性限度后产生的不可回复的形
变。

材料的变形特性对于结构设计和材料选择非常重要。

综上所述，工程材料力学性能是描述材料在受力下的各种力学特性的指标。

通过对不同材料的力学性能的研究和评估，可以确保工程结构的安全可靠性，满足不同工程的实际需求。

《工程材料力学性能》课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。

静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。

弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。

比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。

解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。

晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。

解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。

韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。

静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。

是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。

（1）应力状态软性系数—材料最大切应力与最大正应力的比值，记为α。

（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。

（3）缺口敏感度——金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。

（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。

（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。

（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。

的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。

（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。

（8）肖氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。

（9）里氏硬度——采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。

第1章工程材料的基本知识第1章工程材料的基本知识主要内容：1.1 金属材料1.2 非金属材料的力学性能一、工程材料的种类：工程材料：金属材料、非金属材料和复合材料；1、金属材料：黑色金属、有色金属2、非金属材料：高分子材料、陶瓷材料3、复合材料：金属基复合材料、非金属基复合材料1、使用性能：力学性能、物理性能、化学性能；2、工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能；二、工程材料的主要性能：1.1 金属材料金属材料的力学性能也称机械性能，指金属材料在外载荷1.1.1 金属材料的力学性能作用下，其抵抗变形和破坏的能力；注意：材料在不同的外部条件和载荷作用下，会呈现出不同的特性；如：常温状态下和高、低温状态下金属材料的力学性能就不一样；静载荷和动载荷作用下金属材料的力学性能也不一样；常见的金属材料的力学性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等；1、强度和塑性(1)强度强度是指金属材料在外(静)载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。

强度指标一般用单位面积所承受的载荷(即力)表示，符号为σ,单位为MPa。

工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。

抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。

对于大多数机械零件(如压力容器),工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件(如螺栓),而用抗拉强度作为其强度设计的依据。

(2)塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。

伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。

断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。

伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。

良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。

工程材料力学性能1金属在单向静拉伸下的力学性能金属在单向静拉伸下的力学性能本章介绍金属在拉伸状态下的力学行为，包括弹性形变、塑性形变和断裂。

重点介绍表征这些力学行为的性能指标、测试方法，以及力学行为的物理机理。

第一节拉伸力―拉伸力―伸长曲线和应力―伸长曲线和应力―应变曲线一、试件形状拉伸实验一般采用光滑的圆柱或板状（横截面为长方形）试件，试件尺寸在国家标准中有明确的规定。

以圆柱试件为例，其结构如下图所示：图1.1 圆柱拉伸试件结构图、过渡部分R、夹持部分H。

光滑试件由三个部分组成：工作部分L0（标距）二、拉伸实验由拉伸实验机拉伸试件，由附加仪器记录拉伸力F及其对应的试件标距间的绝对伸长量8L。

以F为纵坐标，8L为横坐标，做出的F―8L曲线称为拉伸力-伸长曲线，也称为拉伸图（曲线）。

三、拉伸曲线和应力拉伸曲线和应力―和应力―应变曲线1、拉伸曲线下图为退火低碳钢的拉伸曲线o8L（mm）F（N）工程材料力学性能拉伸过程中金属的变形可分为四个阶段：弹性变形（oe段）、不均匀屈服塑性变形（AC段，塑性屈服）、均匀塑性变形（CB段）、不均匀集中塑性变形（BK段，即“缩颈”现象）。

需要指出的是，塑性阶段仍然伴随弹性变形，只是此时外观上表现出不可逆的塑性变形。

2、应力―应变曲线如果以试件原始横截面AO去除拉伸力F得到应力σ，即σ= F，以原始标A0距LO去除绝对伸长8L得到应变ε，即ε=L，则拉伸曲线可以转换成应力―应L0变曲线，如下图所示。

由于原始横截面和标距为常数，所以应力―应变曲线在形状上与拉伸力―伸长曲线相似。

oσ（MPa）σe：弹性极限σs：屈服强度不同材料的应力-应变曲线差别很大，有些材料只有弹性变形阶段，如陶瓷和淬火高碳钢；有些材料没有不均匀的塑性屈服阶段，如有色金属。

工程材料力学性能第二节弹性变形一、弹性变形及其实质金属弹性变形是一种可逆的变形，是金属内原子之间引力、斥力以及外力三者之间平衡的结果。

工程材料力学性能工程材料力学性能是指材料在外部力作用下的表现和性质。

材料的力学性能直接影响着工程结构的安全性、稳定性和使用寿命。

因此，对工程材料力学性能的研究和了解至关重要。

首先，工程材料的力学性能包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量、屈服强度等指标。

抗拉强度是指材料在拉伸状态下所能承受的最大拉力，抗压强度则是指材料在受到压缩力时所能承受的最大压力。

而弹性模量则是衡量材料在受力时的变形程度，屈服强度则是材料开始产生塑性变形的临界点。

这些指标直接反映了材料在外部力作用下的表现，是评价材料力学性能的重要依据。

其次，工程材料的力学性能还包括疲劳性能、冲击性能、塑性性能等。

疲劳性能是指材料在长期交变载荷下所表现出的抗疲劳能力，冲击性能则是材料在受到瞬间冲击载荷时的抗冲击能力。

而塑性性能则是衡量材料在受力时的塑性变形能力。

这些指标在工程实践中同样具有重要的意义，特别是在复杂的工程环境下，材料的疲劳性能和冲击性能往往是决定工程结构安全性的关键。

此外，工程材料的力学性能还受到温度、湿度、环境腐蚀等因素的影响。

在不同的环境条件下，材料的力学性能可能会发生变化，因此在工程设计和使用中需要考虑这些因素对材料性能的影响。

同时，对于一些特殊工程要求，如航空航天、核工程等，对材料力学性能的要求更加严格，需要材料具有更高的耐高温、耐腐蚀等特殊性能。

综上所述，工程材料力学性能是工程实践中不可忽视的重要内容。

通过对材料力学性能的研究和了解，可以更好地选择合适的材料，设计合理的工程结构，确保工程的安全可靠性。

因此，对于工程材料力学性能的研究和评价，需要全面、准确地了解材料的各项力学性能指标，以及其在不同环境条件下的表现，为工程实践提供可靠的材料支撑。