第一章-材料力学性能

材料⼒学性能第⼀章⼀.静载拉伸实验拉伸试样⼀般为光滑圆柱试样或板状试样。

若采⽤光滑圆柱试样，试样⼯作长度（标长）l0 =5d0 或l0 =10d0，d0 为原始直径。

⼆.⼯程应⼒：载荷除以试件的原始截⾯积。

σ=F/A0⼯程应变：伸长量除以原始标距长度。

ε=ΔL/L0低碳钢的变形过程：弹性变形、不均匀屈服塑性变形(屈服)、均匀塑性变形(明显塑性变形)、不均匀集中塑性变形、断裂。

三.低碳钢拉伸⼒学性能1．弹性阶段（Ob）（1）直线段（Oa）：线弹性阶段，E=σ/ε（弹性模量，⽐例常数）σp—⽐例极限（2）⾮直线段（ab）：⾮线弹性阶段σe—弹性极限2. 屈服阶段（bc）屈服现象：当应⼒超过b点后，应⼒不再增加，但应变继续增加，此现象称为屈服。

σs—屈服强度（下屈服点），屈服强度为重要的强度指标。

3.强化阶段（ce）材料抵抗变形的能⼒⼜继续增加，即随试件继续变形，外⼒也必须增⼤，此现象称为材料强化。

σb—抗拉强度，材料断裂前能承受的最⼤应⼒4．局部变形阶段（颈缩）（ef）试件局部范围横向尺⼨急剧缩⼩，称为颈缩。

四.主要⼒学性能指标弹性极限（σe）：弹性极限即指⾦属材料抵抗这⼀限度的外⼒的能⼒屈服强度（σs）：抵抗微量塑性变形的应⼒五.铸铁拉伸⼒学性能特点：（1）较低应⼒下被拉断（2）⽆屈服，⽆颈缩（3）延伸率低（4）σb—强度极限（5）抗压不抗拉讨论1：σs 、σr0.2、σb都是机械设计和选材的重要论据。

实际使⽤时怎么办？塑性材料：σs 、σr0.2脆性材料：σb屈强⽐：σs /σb讨论2：屈强⽐σs /σb有何意义？屈强⽐s / b值越⼤，材料强度的有效利⽤率越⾼，但零件的安全可靠性降低。

六.弹性变形及其实质定义：当外⼒去除后，能恢复到原来形状和尺⼨的变形。

特点：单调、可逆、变形量很⼩(<0.5~1.0%)2E 21a 2e e e e σεσ==七.弹性模量1、物理意义：材料对弹性变形的抗⼒。

材料⼒学性能第⼀章：绪论⼀、需要掌握的概念材料⼒学性能的定义、弹性变形、线弹性、滞弹性、弹性后效、弹性模量、泊松⽐、弹性⽐功、体弹性模量⼆、需要重点掌握的内容 1、弹性模量的物理本质以及影响弹性模量的因素； 2、掌握根据原⼦间势能函数推倒简单结构材料弹性模量的⽅法； 3、弹性⽐功的计算，已知材料的应⼒应变曲线能求出材料卸载前和卸载后的弹性⽐功。

材料⼒学性能的定义 是指材料（⾦属和⾮⾦属等）及由其所加⼯成的⼯件在外⼒（拉、压、弯曲、扭转、剪切、切削等）作⽤下⾬加⼯、成型、使役、实效等过程中表现出来的性能（弹塑性、强韧性、疲劳、断裂及寿命等）。

这些性能通常受到的环境（湿度、温度、压⼒、⽓氛等）的影响。

强度和塑性和结构材料永恒的主题！弹性变形 是指材料的形状和尺⼨在外⼒去除后完全恢复原样的⾏为。

线弹性 是指材料的应⼒和应变成正⽐例关系。

就是上图中弹性变形⾥前⾯的⼀段直线部分。

杨⽒模量（拉伸模量、弹性模量） 我们刚刚谈到了线弹性，在单轴拉伸的条件下，其斜率就是杨⽒模量（E）。

它是⽤来衡量材料刚度的材料系数（显然杨⽒模量越⼤，那么刚度越⼤）。

杨⽒模量的物理本质 样式模量在给定环境（如温度）和测试条件下（如应变速率）下，晶体材料的杨⽒模量通常是常数。

杨⽒模量是原⼦价键强度的直接反应。

共价键结合的材料杨⽒模量最⾼，分⼦键最低，⾦属居中。

对同⼀晶体，其杨⽒模量可能随着晶体⽅向的不同⽽不同，俗称各向异性。

模量和熔点成正⽐例关系。

影响杨⽒模量的因素内部因素 --- 原⼦半径 过渡⾦属的弹性模量较⼤，并且当d层电⼦数为6时模量最⼤。

外部因素1. 温度：温度升⾼、原⼦间距增⼤，原⼦间的结合⼒减弱。

因此，通常来说，杨⽒模量随着温度的上升⽽下降。

2. 加载速率：⼯程技术中的加载速率⼀般不会影响⾦属的弹性模量。

3. 冷变形：冷变形通常会稍稍降低⾦属的弹性模量，如钢在冷变形之后，其表观样式模量会下降4% - 6%。

泊松⽐简单来说，泊松⽐就是单轴拉伸或压缩时材料横向应变和轴向应变⽐值的负数。

材料力学性能教案第一章：材料力学性能概述教学目标：1. 理解材料力学性能的概念及其重要性。

2. 掌握材料力学性能的主要指标。

3. 了解不同材料的力学性能特点。

教学内容：1. 材料力学性能的概念：定义、重要性。

2. 材料力学性能的主要指标：弹性模量、屈服强度、抗拉强度、韧性、硬度等。

3. 不同材料的力学性能特点：金属材料、非金属材料、复合材料等。

教学活动：1. 引入讨论：为什么了解材料的力学性能很重要？2. 讲解材料力学性能的概念及其重要性。

3. 通过示例介绍不同材料的力学性能特点。

4. 练习计算材料力学性能指标。

作业：1. 复习材料力学性能的主要指标及其计算方法。

2. 选择一种材料，描述其力学性能特点，并解释其在实际应用中的作用。

第二章：弹性模量教学目标：1. 理解弹性模量的概念及其物理意义。

2. 掌握弹性模量的计算方法。

3. 了解弹性模量在不同材料中的变化规律。

教学内容：1. 弹性模量的概念：定义、物理意义。

2. 弹性模量的计算方法：胡克定律、应力-应变关系。

3. 弹性模量在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。

教学活动：1. 复习上一章的内容，引入弹性模量的概念。

2. 讲解弹性模量的计算方法，并通过示例进行演示。

3. 通过实验或示例观察不同材料的弹性模量变化规律。

作业：1. 复习弹性模量的概念及其计算方法。

2. 完成弹性模量的计算练习题。

第三章：屈服强度与抗拉强度教学目标：1. 理解屈服强度与抗拉强度的概念及其物理意义。

2. 掌握屈服强度与抗拉强度的计算方法。

3. 了解屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律。

教学内容：1. 屈服强度与抗拉强度的概念：定义、物理意义。

2. 屈服强度与抗拉强度的计算方法：应力-应变关系、极限状态方程。

3. 屈服强度与抗拉强度在不同材料中的变化规律：金属材料、非金属材料、复合材料等。

教学活动：1. 复习上一章的内容，引入屈服强度与抗拉强度的概念。

结构设计原理-第一章-材料的力学性能-习题及答案结构设计原理-第一章-材料的力学性能-习题及答案第一章材料的力学性能一、填空题1、钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为____________和。

2、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于残余应变为时的应力作为假定的屈服点，即。

3、碳素钢可分为、和。

随着含碳量的增加，钢筋的强度、塑性。

在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬等合金元素，变成为。

4、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要是、、、。

5、钢筋和混凝土是不同的材料，两者能够共同工作是因为、、6、光面钢筋的粘结力由、、三个部分组成。

7、钢筋在混凝土中应有足够的锚固长度，钢筋的强度越、直径越、混凝土强度越，则钢筋的锚固长度就越长。

8、混凝土的极限压应变包括和两部分。

部分越大，表明变形能力越，越好。

9、混凝土的延性随强度等级的提高而。

同一强度等级的混凝土，随着加荷速度的减小，延性有所，最大压应力值随加荷速度的减小而。

10、钢筋混凝土轴心受压构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。

11、混凝土轴心受拉构件，混凝土徐变，则混凝土的应力，钢筋的应力。

12、混凝土轴心受拉构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。

二、判断题1、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。

2、采用边长为100mm的非标准立方体试块做抗压试验时，其换算系数是0.95。

3、混凝土双向受压时强度比其单向受压时强度降低。

4、线性徐变是指徐变与荷载持续时间之间为线性关系。

5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值依据是条件屈服强度。

6、强度与应力的概念完全一样。

7、含碳量越高的钢筋，屈服台阶越短、伸长率越小、塑性性能越差。

8、钢筋应力应变曲线下降段的应力是此阶段拉力除以实际颈缩的断面积。

9、有明显流幅钢筋的屈服强度是以屈服下限为依据的。

10、钢筋极限应变值与屈服点所对应的应变值之差反映了钢筋的延性。

第一章工程材料的力学性能本章要点：力学性能是指材料在外力作用时表现出来的性能。

力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。

硬度值可以间接地反映材料的强度、塑性和韧性以及材料在化学成分、金相组织和热处理工艺上的差异，因而硬度试验在工程上应用十分广泛。

生产中常用的硬度试验是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

熟悉和掌握工程材料力学性能的重要性：在机械设备及工具的设计、制造中选用工程材料时，大多以力学性能为主要依据。

一、载荷的概念：材料在加工及使用过程中所受的外力。

载荷分类：1.根据作用性质不同分静载荷：静载荷是指大小不变或变动很慢的载荷；冲击载荷：冲击载荷是指突然增加的载荷；疲劳载荷：疲劳载荷是指所经受的周期性或非周期性的动载荷也称循环载荷。

2.根据载荷作用方式不同分为拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等，如图1-1所示。

二、变形的概念：材料受不同载荷作用而发生的几何形状和尺寸的变化。

变形的分类：弹性变形塑性变形内力为材料受外力作用后，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力。

应力为单位截面积上的内力。

材料受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面积上的应力（按下式计算：F 式中SF——外力N；S——横截面积m2；σ——应力Pa，应力单位是Pa，1Pa＝1N／m2。

当面积用mm2时，则应力可用MPa为单位。

1MPa1N／mm2＝106Pa §1.1 静载荷条件下材料的力学性能一、强度材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度，强度大小通常用应力来表示。

根据载荷作用方式不同，强度可分为抗拉强度σb、抗压强度σbc、抗弯强度σbb、抗剪强度τb和抗扭强度τt等五种。

一般情况下多以抗拉强度作为判别材料强度高低的指标。

抗拉强度是通过拉伸试验测定的。

拉伸试验的方法是用静拉力对标准试样进行轴向拉伸，同时连续测量力和相应的伸长，直至断裂。

根据测得的数据，即可求出有关的力学性能。

下面把试验作一简单介绍：1拉伸试样拉伸试样的形状一般有圆形和矩形两类。

第一章材料的力学性能一、名词解释1、力学性能：材料抵抗各种外加载荷的能力，称为材料的力学性能。

2、弹性极限：试样产生弹性变形所承受的最大外力，与试样原始横截面积的比值，称为弹性极限，用符号σe表示。

3、弹性变形：材料受到外加载荷作用产生变形，当载荷去除，变形消失，试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。

4、刚度：材料在弹性变形范围内，应力与应变的比值，称为刚度，用符号E表示。

5、塑性：材料在外加载荷作用下，产生永久变形而不破坏的性能，称为塑性。

6、塑性变形：材料受到外力作用产生变形，当外力去除，一部分变形消失，一部分变形没有消失，这部分没有消失的变形称为塑性变形。

7、强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力，称为强度。

8、抗拉强度：材料在断裂前所承受的最大外加拉力与试样原始横截面积的比值，称为抗拉强度，用符号σb表示。

9、屈服：材料受到外加载荷作用产生变形，当外力不增加而试样继续发生变形的现象，称为屈服。

10、屈服强度：表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，即材料抵抗微量塑性变形的能力，用符号σs表示。

11、σ0.2：表示条件屈服强度，规定试样残留变形量为0.2％时所承受的应力值。

用于测定没有明显屈服现象的材料的屈服强度。

12、硬度：金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力，即材料抵抗局部塑性变形的能力，称为硬度。

13、冲击韧度：材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力，称为冲击韧度，用符号αk表示。

14、疲劳：在交变载荷作用下，材料所受的应力值虽然远远低于其屈服强度，但在较长时间的作用下，材料会产生裂纹或突然的断裂，这种现象称为疲劳。

15、疲劳强度：材料经无数次应力循环而不发生断裂，这一应力值称为疲劳强度或疲劳极限，用符号σ-1表示。

16、蠕变：材料在高温长时间应力作用下，即使所加应力值小于该温度下的屈服极限，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂，这种现象称为蠕变。

17、磨损：由两种材料因摩擦而引起的表面材料的损伤现象称为磨损。