材料的力学行为
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材料的力学行为
2、孪生
孪晶（带）：发生切变的晶体部分。
每层原子面相对于相邻原子面的移动量相同，移动距离和离
孪生面的距离成正比，且不是原子间距的整数倍。
孪生变形部分晶体与未变形部分晶体在孪生面两侧呈镜面对
称。
产生孪生所需要的切应力一般高于滑移所需，即是否
产生孪生与晶体是否产生滑移有关。
孪生变形会引起晶格畸变，因此产生的塑性变形量不
迥线包围的面积表示输入的能量，即单位体积的材料在每一周期所 消耗的能量（消耗于加热材料和周围的环境）。
原子移动消耗部分机械能为热能而消散
滞弹性对振动过程起阻尼作用
四、高弹性
一般弹性变形不能超过某一个范围。
如：结晶态物质
弹性体：可逆弹性变形范围大的材料。
如：橡胶→100％以上
特点：弹性变形大，弹性模量小，且弹模随温度升高
流动：材料内部质点调换其相邻质点的切变过程
固体材料的塑性变形→晶体的塑性流动
原子面按照晶体学规律相互滑动
（一）单晶体的塑性流动
1、滑移（主要原因）
晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）的一定方向
（滑移方向）相对于晶体的另一部分发生滑动。
结果：在晶体表面造成相对位移，形成滑移台阶
滑移带 滑移台阶 滑移线
塑性和脆性随温度、含水率、加荷速度而改变
沥青：低温脆性，高温塑性
塑性变形
屈服强度
材料由弹性行为转变为塑性行为时所承受的应力。
σ 屈服强度 σb 弹性变形 ε 塑性变形 破坏
a’— 比例极限
a — 弹性极限 b — 屈服上限 c — 屈服下限 e — 极限强度
二、塑性变形机理
亚微观和微观看，永久变形是结构发生了流动
材料的力学行为和性能
（2）钢的淬透性 1）淬透性的概念 淬透性是在规定条件下，决定钢材有效淬硬层深度 和硬度分布的特性，它是钢材本身固有的属性，也 是钢重要的热处理工艺性能之一。钢的淬透性主要 取决于马氏体的临界冷却速度。凡是增加过冷奥氏 体的稳定性，减小马氏体临界冷却速度的因素，都 可以提高钢的淬透性。
钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性， 它主要决定于M的碳含量。
3.钢的淬火 （1）淬火工艺 将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为Ac3 以上30 ℃～50 ℃；共析钢和过共析钢为Ac1 以上30 ℃～50 ℃），保温一定时间后快速 冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬 火。 常用的冷却介质是水和油。 常用的淬火方法有单介质淬火，双介质淬火， 分级淬火和等温淬火等。
洛氏硬度
硬度标尺：HRA、HRB、HRC。其中 C标尺最常 用 。 在批量的成品或半成品质量检验中广泛使用.
维氏硬度 表示方法： 如：640HV30/20 测量精度高、范围广， 但比较麻烦，主要用于 研究工作。
注： 各硬度值之间大致有以下关系： 布氏硬度值在200-600范围内， HBW≈10HRC； 布氏硬度值小于450HBS， HBW≈HV
二、材料的静态力学性能
1、拉伸试验及材料的强度与塑性
左图为拉伸试验机
下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。
由上图可知：在拉伸载荷作用下，试样的变形 分为三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段； 断裂阶段。在拉伸试验过程中，可测定的主要 力学性能指标有： 屈服强度σ s，抗拉强度σb ，弹性模量E， 断后伸长率δ 和断面收缩率Ψ 。
2、硬
度
硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面 的能力。 布什硬度（HBW）
F 2F HBW S D（D D 2 d 2）
工程材料第二章 (材料的力学行为)
20
材料规定应力循环基数
钢铁材料：应力循环次数 为：107 有色金属：应力循环次数 为：108
21
2.1.4 冲击韧度（韧性） 1）概念
材料在冲击载荷的作用下，抵 抗破坏的能力。
2）试验方法
一次冲击弯曲实验，或称一次 性摆锤弯曲冲击试验。
3）冲击韧度指标
以材料受冲击断裂时单位面积 上所消耗的能量来表示的。 (J/mm2 ) Ak-冲击功，F-缺口处截面积
51
（3）残余应力的危害 降低工件的承载能力 当残余应力与工作应力一致时可能会使工件 产生宏观或微观的破坏。 使工件尺寸及形状发生变化 ； 在其平衡状态受到破坏，工件的应力状态将 发生变化，从而引起工件形状和尺寸的变 化，丧失精度。 降低工件的耐蚀性 残余应力的存在，使金属晶体处于高的能量 状态下，金属易与周围介质发生化学反应， 而导致金属耐蚀性降低 （4）消除残余应力主要方法：
ak ＝Ak /F
22
一般情况下： a 值越小,表明材料的韧性越 低， 脆性越大。 一般把韧性值a 高的材料称作 韧性材料， a 值低的材料称为 脆件材料。
k k k
23
Titanic沉没原因
Titanic ——含硫高的钢 板，韧性很差，特别是在 低温呈脆性。所以，冲击 试样是典型的脆性断口。 近代船用钢板的冲击试样 则具有相当好的韧性。
37
3) 孪生
(1) 孪生变形 在切应力作用下，晶体的 一部分对应于一定的晶面 （孪晶面）产生一定角度 的切变。 (2) 特点 原子移动的距离与原子离 开孪晶面的距离成正比； 相邻原子间的位移只有一 个原子间距的几分之一。
38
2.2.2 多晶体的塑性变形
1) 晶界和晶粒位向的影响
(1) 晶界的影响 两晶粒试样拉伸变形特点 远离晶界的地方变形量较 大，而晶界附近变形量较小 （“竹节”现象）。
材料科学中的力学行为研究
材料科学中的力学行为研究材料科学是研究材料的性能、结构和制备方法的学科。
力学行为研究是材料科学中的一个重要方向，旨在理解材料在受力条件下的行为和性能，从而为材料设计和应用提供基础支持。
本文将探讨材料科学中力学行为研究的基本原理、实验手段和应用前景。
力学行为是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
材料的力学行为常常受到多种因素的影响，如材料的组成、晶体结构、缺陷和微观结构等。
为了研究材料的力学行为，科学家们通常使用一系列实验手段和数值模拟方法。
首先，材料科学家可以通过拉伸试验来研究材料的力学行为。
在这种试验中，科学家们将一个试样在一对夹具之间拉伸，以施加外力。
通过对试样受力和变形的测量，可以得到材料的力学性能参数，如杨氏模量、屈服强度和断裂韧性等。
此外，压缩试验也是研究材料力学行为的常用方法之一。
在压缩试验中，材料试样受到垂直于其表面的外力，从而产生压缩应变。
通过测量试样的受力和变形，可以获得材料的抗压强度、抗压模量等重要参数。
除了拉伸和压缩试验，扭转、弯曲和剪切等试验方法也可以用于研究材料的力学行为。
这些试验方法可以提供有关材料在不同加载条件下的性能参数，从而更全面地了解材料的力学行为。
在材料力学行为研究中，数值模拟方法也占据重要地位。
有限元分析是一种常用的数值模拟方法，它可以模拟材料在受力条件下的变形和应力分布。
通过有限元分析，科学家们可以预测材料在不同加载条件下的力学行为，为材料设计和优化提供指导。
材料科学中力学行为研究的应用前景广阔。
首先，对材料力学行为的深入了解可以为新材料的设计和合成提供指导。
通过研究材料的力学行为，科学家们可以优化材料的结构和组成，以满足不同应用需求。
其次，力学行为研究还可以为材料的工程应用提供支持。
例如，在航空航天领域，研究材料在复杂载荷下的力学行为对于设计更轻、更耐用的飞机零件和发动机部件至关重要。
类似地，在汽车工业中，对材料的力学行为进行深入研究可以帮助优化车身结构和提高汽车的安全性能。
若干材料的力学行为的理论和实际应用
若干材料的力学行为的理论和实际应用材料力学行为的理论和实际应用引言：材料力学行为是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的学科，它对于工程设计和材料应用具有重要意义。
本文将从理论和实际应用两个方面探讨若干材料的力学行为。
一、金属材料的力学行为金属材料是最常见的工程材料之一，它具有良好的可塑性和导电性。
在外力作用下，金属材料会发生塑性变形，这是由于金属晶体的滑移和重结晶引起的。
金属材料的力学行为可以通过应力-应变曲线来描述，其中包括弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和断裂阶段。
金属材料的力学行为理论为工程设计提供了重要的参考依据，并广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
二、陶瓷材料的力学行为陶瓷材料具有高硬度、高熔点和良好的耐磨性，但其脆性和低韧性限制了其应用范围。
陶瓷材料的力学行为主要表现为弹性变形和断裂破坏。
由于陶瓷材料的结构复杂，其力学行为的理论研究相对较少。
然而，通过对陶瓷材料的微观结构和力学性能的研究，可以改善其力学性能，提高其应用价值。
例如，添加适量的增韧相可以增加陶瓷材料的韧性，提高其抗断裂性能。
三、聚合物材料的力学行为聚合物材料是一类重要的工程材料，其力学行为受到分子链的运动和相互作用的影响。
聚合物材料的力学行为可以通过应力松弛和蠕变等试验来研究。
聚合物材料的力学行为理论为塑料加工和复合材料设计提供了重要的依据。
例如，在塑料加工中，需要考虑聚合物材料的流变性能，以确保产品的成型质量。
在复合材料设计中，需要研究聚合物基体和增强相之间的相互作用，以提高复合材料的力学性能。
四、纳米材料的力学行为纳米材料是一类尺寸在纳米尺度范围内的材料，具有与传统材料不同的力学行为。
纳米材料的力学行为主要受到表面效应和尺寸效应的影响。
由于纳米材料的尺寸较小，其表面积相对较大，因此表面效应对其力学性能有显著影响。
同时，纳米材料的尺寸效应使其力学行为呈现出与体材料不同的特点，例如弹性模量和屈服强度随粒径的变化规律。
材料的力学行为与变形
材料在断裂时吸收的能量。 材料中的缺陷或几何形状会导致应力集中。 材料在循环加载下失效的时间。
力学性能的测定
材料试验机
材料试验机是用于测定材料力 学性能的常用实验设备之一。
应变计
显微镜分析
应变计是测量材料应变的设备。 可以通过它来计算材料的应力。
使用显微镜可以观察材料的微 观结构和研究材料的性质。
材料的力学行为与变形
材料力学行为和变形是材料科学中的基本概念。本课程将介绍有关材料力学 性质、应力和应变关系、杨氏模量和泊松比、拉伸、压缩和剪切、塑性变形 和弹性回复，以及破坏性行为和断裂力学的内应力和应变？
应力和应变是描述材料强度和变形的基本概念。
2
什么是杨氏模量和泊松比？
杨氏模量和泊松比是常用的描述弹性行为的参数。
3
拉伸、压缩和剪切
拉伸、压缩和剪切是常见的材料变形形式。
塑性变形与弹性回复
塑性变形
塑性变形是材料变形的一种类型，在材料受力后会发生永久性形变。
弹性回复
弹性回复是材料变形的另一种类型，形变后可以恢复原来的外形和尺寸。
破坏性行为和断裂力学
断裂韧性 应力集中 疲劳寿命
• 同时考虑材料成本和 制造工艺。
模拟和分析
• 使用计算机辅助设计 和仿真软件进行模拟 和分析。
总结
材料力学行为和变形
了解材料的力学行为和变形， 可以帮助我们选择合适的材料 进行设计和制造。
测试和分析
应用和设计
使用实验测试和计算机仿真可 以更好地了解材料的力学特性。
合理地选择材料和进行设计， 可以满足不同应用场景的需要。
力学行为的影响因素
1 材料的形状和尺寸 2 加工历史和处理
3 温度和环境条件
材料力学行为和破坏机理概述
材料力学行为和破坏机理概述材料力学是研究物质在外力作用下的行为和性能的一个重要分支学科。
在工程领域中，材料力学的研究对于材料的设计和应用具有重要意义。
本文将概述材料力学的基本概念以及与之相关的破坏机理。
材料力学行为是指材料在外力作用下的变形、应力和应变的规律。
材料的力学行为通常可以用应力-应变曲线来描述。
应力-应变曲线是一种反映材料力学性能的重要图像。
根据应力-应变曲线的形状，材料的力学性质可以分为弹性行为、塑性行为和粘弹行为。
弹性行为指材料在外力作用下发生变形后，当外力消失时恢复原状的性质。
在弹性阶段，应力-应变关系呈线性关系，即应力和应变成正比。
在这个阶段，材料的应变是完全可逆的，没有能量损失。
弹性行为在工程设计中非常重要，因为它决定了结构在受力后会不会出现永久变形。
塑性行为是指材料在外力作用下会发生永久变形的性质。
如果材料的应力-应变曲线呈现出一段完全可逆的弹性阶段后，随着应力的增加逐渐出现非线性关系，那么我们就可以认为材料是塑性的。
塑性行为是由于材料内部的晶体结构的滑移和位错运动引起的。
塑性行为的发生会导致材料的形状和尺寸发生永久改变，所以在工程设计中需要考虑材料的塑性行为。
粘弹行为是介于弹性行为和塑性行为之间的一种特殊力学行为。
粘弹行为表现为在应力施加后，材料会有一定的弹性变形和粘流变形。
粘弹性是许多聚合物材料的典型性质。
这种粘弹性行为是由于材料内部分子或聚合物链的断裂和位移引起的，它表现为材料在应力施加后会持续变化并会随时间逐渐恢复。
除了力学行为之外，材料破坏机理也是材料力学研究的重要内容。
材料的破坏可以是由不同的因素引起的，例如应力集中、缺陷存在、材料的微观结构等。
常见的破坏机理包括断裂、疲劳、蠕变和失效等。
断裂是指材料在受到较高的应力作用下发生断裂。
断裂可以是韧性断裂、脆性断裂或疲劳断裂。
韧性断裂是指材料在受到高应力时发生的大面积塑性变形，通常伴随着明显的能量吸收。
脆性断裂是指材料在受到高应力时几乎没有塑性变形，往往会发生迅速而剧烈的断裂，伴随着较少的能量吸收。
材料力学行为
材料力学行为引言材料力学行为是指材料在受到外部力或加载下的变形和破坏过程。
研究材料力学行为对于设计和优化材料及结构具有重要意义。
本文将介绍材料力学行为的基本概念、应力应变关系、材料的弹性和塑性行为以及材料破坏机制。
基本概念材料力学行为的基本概念包括应力、应变、弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
1.应力：应力是单位面积上的力，通常用符号σ表示。
根据受力方式的不同，应力可以分为拉应力、压应力、剪应力等。
2.应变：应变是物体长度相对于初始长度的变化比例，通常用符号ε表示。
根据变形模式的不同，应变可以分为线性应变、剪切应变等。
3.弹性模量：弹性模量是材料在弹性变形时的应力和应变之间的比例关系，通常用符号E表示。
弹性模量越大，材料的刚度越大。
4.屈服强度：屈服强度是材料开始发生塑性变形的应力值。
超过屈服强度后，材料会发生不可逆的变形。
5.断裂强度：断裂强度是材料在拉伸过程中断裂前的最大应力值，也称为极限强度。
应力应变关系材料的应力应变关系描述了材料在外部加载下的行为。
根据材料的性质和加载条件的不同，应力应变关系可以分为线性弹性、非线性弹性和塑性三种情况。
1.线性弹性：在线性弹性阶段，材料的应力和应变之间存在着线性关系。
根据胡克定律，线性弹性材料的应力与应变成正比，即σ = Eε，其中E为杨氏模量。
2.非线性弹性：当材料受到更大的应力时，应力应变关系可能不再是线性的，而是存在一定的非线性变化。
通常在应力达到屈服强度范围时出现非线性变化。
3.塑性：当材料受到超过屈服强度的应力时，材料开始发生塑性变形，并且在应力解除后仍然保持一定的塑性变形。
塑性变形通常伴随着材料微观结构的变化。
材料的弹性和塑性行为材料的弹性行为是指在加载后能够恢复到初始状态的能力。
材料的塑性行为是指材料在受力过程中发生可持续的形变。
1.弹性行为：材料在弹性阶段内，其应力-应变关系呈线性关系。
当外加载荷作用移除后，材料能够恢复到原始形态，无永久塑性变形。
机械工程材料—材料的力学行为
一、静态力学性能
1. 拉伸试验 按国家标准GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》制作标准拉伸试 样，在拉伸试验机上缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力F，并引起试样沿轴 向伸长ΔL=Lu－Lo，直至试样断裂。将拉力F除以试样原始截面积So，即得拉应 力R，即R=F/So，单位为N/mm2；将伸长量ΔL除以试样原始长度Lo，即得应变ε。 以R为纵坐标，ε为横坐标，则可画出应力应变图，如图2.1所示。此图已消除试 样尺寸的影响，从而能直接反映材料的性能。
3) 塑性
Rm
Fm So
N/mm2
材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力称为塑性。塑性大小用
断后伸长率A和断面收缩率Z来表示。即
A Lu Lo 100% Lo
Z So Su 100% So
A、Z越大，材料塑性越好。由于伸长率值与试样尺寸有关，因此，比较伸
长率时要注意试样规格的统一。
第2章 材料的力学行为
第2章 材料的力学行为
1.1
第2章 材料的力学行为
本章内容
•材料的性能 •金属的塑性变形与再结晶 •金属的热加工 •材料的超塑性 •高聚物的力学状态 •习题
1.2
第2章 材料的力学行为
教学提示： 一、学习方法 对于材料的力学性能，只要掌握和理解基本内容即可，着重理解力学性能指标及 名词、术语的物理意义。 对金属的塑变，首先应理解单晶体金属塑性变形的主要方式——晶面间的滑移， 进而了解位错对塑性变形的贡献；在此基础上，了解晶界和晶粒位向对滑移的影响， 即可理解多晶体的塑性变形；结合地毯模型理解位错的作用和位错密度增加对性能的 影响。 理解了大分子链的运动方式，有利于高聚物的三种力学状态等方面知识的掌握。 二、重点和难点 力学性能的重点是金属材料力学性能的物理意义，有关材料的物理性能、化学性 能和工艺性能只要求做一般了解。 金属塑变的重点是塑性变形的实质、位错滑移机理、冷变形强化和细晶强化，难 点是多晶体的塑性变形过程。 高聚物的力学状态的重点是大分子链的运动方式及3种力学状态，难点是结晶和交 联的影响。
1. 拉伸试验 按国家标准GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》制作标准拉伸试 样，在拉伸试验机上缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力F，并引起试样沿轴 向伸长ΔL=Lu－Lo，直至试样断裂。将拉力F除以试样原始截面积So，即得拉应 力R，即R=F/So，单位为N/mm2；将伸长量ΔL除以试样原始长度Lo，即得应变ε。 以R为纵坐标，ε为横坐标，则可画出应力应变图，如图2.1所示。此图已消除试 样尺寸的影响，从而能直接反映材料的性能。
3) 塑性
Rm
Fm So
N/mm2
材料在外力作用下产生塑性变形而不发生断裂的能力称为塑性。塑性大小用
断后伸长率A和断面收缩率Z来表示。即
A Lu Lo 100% Lo
Z So Su 100% So
A、Z越大，材料塑性越好。由于伸长率值与试样尺寸有关，因此，比较伸
长率时要注意试样规格的统一。
第2章 材料的力学行为
第2章 材料的力学行为
1.1
第2章 材料的力学行为
本章内容
•材料的性能 •金属的塑性变形与再结晶 •金属的热加工 •材料的超塑性 •高聚物的力学状态 •习题
1.2
第2章 材料的力学行为
教学提示： 一、学习方法 对于材料的力学性能，只要掌握和理解基本内容即可，着重理解力学性能指标及 名词、术语的物理意义。 对金属的塑变，首先应理解单晶体金属塑性变形的主要方式——晶面间的滑移， 进而了解位错对塑性变形的贡献；在此基础上，了解晶界和晶粒位向对滑移的影响， 即可理解多晶体的塑性变形；结合地毯模型理解位错的作用和位错密度增加对性能的 影响。 理解了大分子链的运动方式，有利于高聚物的三种力学状态等方面知识的掌握。 二、重点和难点 力学性能的重点是金属材料力学性能的物理意义，有关材料的物理性能、化学性 能和工艺性能只要求做一般了解。 金属塑变的重点是塑性变形的实质、位错滑移机理、冷变形强化和细晶强化，难 点是多晶体的塑性变形过程。 高聚物的力学状态的重点是大分子链的运动方式及3种力学状态，难点是结晶和交 联的影响。
材料力学行为
材料力学行为材料力学行为是指材料在外部力作用下产生的形变、应力分布、力学性能和断裂行为等方面的表现。
以下是一些常见的材料力学行为：1.弹性行为：弹性是指材料在外力作用下发生形变，但在去除外力后能够完全恢复原状的性质。
在弹性区域内，材料的应力和应变呈线性关系。
弹性行为可以根据材料的组织结构，如晶体结构和分子排列而变化。
2.塑性行为：塑性是指材料在外力作用下发生形变后，即使去除外力，也无法完全恢复原状的性质。
在塑性区域内，材料经历塑性变形，产生塑性应变和残余应力。
塑性行为通常与材料的应力屈服点（屈服强度）相关。
3.强韧性：强韧性是指材料在受到应力作用时能够承受高强度载荷，并且在发生破坏之前具有较大的能量吸收能力的性质。
具有良好强韧性的材料在遭受外力作用时能够延长断裂，从而允许更多的形变发生。
4.脆性行为：脆性是指材料在受到应力作用时很快发生破坏而不发生明显的塑性变形，通常伴随着断裂的形成。
脆性材料在承受载荷后不能吸收多余的应变能量，容易发生突然失效。
5.粘弹性行为：粘弹性是介于弹性和塑性之间的一种行为，具有时间依赖性。
材料呈现出类似于弹性材料的应变率依赖性以及类似于粘性材料的延展性。
6.疲劳行为：疲劳是指材料在反复加载下产生的失效现象。
疲劳与材料的强度、韧性、断裂性能以及外部载荷的幅值和频率等因素有关。
7.断裂行为：断裂是指材料在受到应力作用后突然失效的现象。
断裂行为与材料的强度、韧性、裂纹敏感性等因素有关。
不同材料在这些力学行为方面表现出不同的特性，理解和研究材料的力学行为对于材料的设计、选择和应用具有重要意义。
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20
2、孪生
➢ 孪晶（带）：发生切变的晶体部分。
每层原子面相对于相邻原子面的移动量相同，移动距离和离 孪生面的距离成正比，且不是原子间距的整数倍。
孪生变形部分晶体与未变形部分晶体在孪生面两侧呈镜面对 称。
➢ 产生孪生所需要的切应力一般高于滑移所需，即是否 产生孪生与晶体是否产生滑移有关。
➢ 孪生变形会引起晶格畸变，因此产生的塑性变形量不 大（≤10％），但速度很快（接近于声速） 。
2
一、弹性和弹性变形
▪ 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外 力除去后，变形随即消失，材料恢复至原 来的形状。
▪ 弹性变形（瞬时变形、可恢复变形）：即 刻恢复的变形。
3
虎克固体模型
l σ
E
Hooke定律 ＝E·
4
二、弹性模量
弹性变形的 力学特点: 小形变、可回复
5
二、弹性模量
▪ 拉应力或压应力：
➢ 流动：材料内部质点调换其相邻质点的切变过程 ➢ 固体材料的塑性变形→晶体的塑性流动
原子面按照晶体学规律相互滑动
17
（一）单晶体的塑性流动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪ 1、滑移（主要原因）
➢ 晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）的一定方向 （滑移方向）相对于晶体的另一部分发生滑动。
➢ 结果：在晶体表面造成相对位移，形成滑移台阶
E
▪ 剪切应力：
G
▪ 静水压应力：
m KV
σ－垂直应力； ε－垂直应变； E －弹性模量（杨氏模量或纵向弹性模量） τ －剪切应力； γ －剪切应变； G －剪切模量（刚性模量或横向弹性模量） σm－静水压应力； εV－体积应变； K －体积弹性模量（压缩模量）
6
二、弹性模量
▪ E、G、K关系：
8
混凝土的弹性模量
9
三、滞弹性
——无机固体和金属的与时间有关的弹性
▪ 理想的弹性固体→弹性变形→马上恢复 ▪ 实际材料，尽管弹性变形可逆且呈线性关系，
但存在变形和回复在时间上的滞后。这种与时 间有关的弹性行为称为滞弹性。 ▪ 滞弹性本质：交变应力导致原子不断换位，而 位移的往返需要一定的时间。
10
在外力超过材料质点间的相互作用力后，引起材料部 分结构或构造的破坏，造成不可恢复的永久变形。
13
圣维南固体模型
σ
下屈服点
τ
上屈服点 静摩擦
动摩擦 ε
A
B
塑性变形曲线
O
b
变形
14
塑性变形
▪ 脆性材料：破坏前无显著变形而突然破坏
➢ 砖瓦、生铁
▪ 塑性材料：破坏前有显著塑性变形
➢ 沥青、低碳钢
▪ 混凝土、钢筋混凝土：一种弹、塑、粘性混合 的材料
滑移系数量＝滑移面数×滑移方向数 滑移系越多，滑移的可能性越大，塑性越好。 温度影响：温度较高时，滑移系增加。
➢ 滑移与位错运动密切相关
位错使屈服强度降低很多。位错运动的结果产生了滑移变形 19
单晶体的塑性流动
▪ 2、孪生
➢ 晶体的一部分沿着一定晶面（孪生面）沿一定方向 （孪生方向）发生切变。
➢ 特点：弹性变形大，弹性模量小，且弹模随温度升高 而增大
▪ 橡胶弹性：
➢ 可耐非常大的变形而不被破坏
➢ 除去外力后可恢复到原来长度
➢ 要求分子链长，易于变形，具有交联点
12
第二节 材料的塑性
▪ 一、塑性变形
➢ 塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后不 能完全恢复原有形状。
➢ 塑性变形（永久变形、残余变形）：不可恢复的变形 ➢ 与弹性变形不同：外力所做的功没有全部变成内功，
21
孪生与滑移的主要区别
▪ 1、孪生使晶格位向改变，造成变形晶体与未变 形晶体的对称分布；滑移不引起晶格变化。
▪ 2、孪生时原子沿孪生方向的相对位移是原子间 距的分数；滑移时原子在滑移方向的相对位移 是原子间距的整数倍。
▪ 3、孪生变形所需切应力比滑移大。
➢ 孪生一般在不易滑移的条件下发生。
▪ 4、孪生产生的塑性变形量比滑移小得多。
第三章 材料的力学行为
材料在外力作用下所产生的变形、 抵抗力（即强度）及破坏等，又称
为力学性能。
1
第一节 材料的弹性
▪ 一、弹性和弹性变形
➢ 材料变形的实质：内部质点在外力作用下，偏 离或改变了原来的平衡位置，产生了相对位移。
➢ 应力：单位面积上材料内部产生的平衡外力的 抵抗力。
➢ 应变：材料相对变形的大小。
▪ 塑性和脆性随温度、含水率、加荷速度而改变
➢ 沥青：低温脆性，高温塑性
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塑性变形
▪ 屈服强度
➢ 材料由弹性行为转变为塑性行为时所承受的应力。
σ 塑性变形
屈服强度 σb
破坏
弹性变形 ε
a’— 比例极限
a— 弹性极限 b— 屈服上限 c— 屈服下限 e— 极限强度
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二、塑性变形机理
▪ 亚微观和微观看，永久变形是结构发生了流动
滑移带 滑移台阶 滑移线
对滑移线的观察也表明了晶体塑性变 形的不均匀性，滑移只是集中发生在 一些晶面上，而滑移带或滑移线之间 的晶体层片则未产生变形，只是彼此 之间作相对位移而已。
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单晶体的塑性流动
▪ 滑移总是沿着晶体中原子排列密度最大的晶面 进行
➢ 最密排晶面间距最大，结合力最弱，滑移阻力最小 ➢ 发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向 ➢ 一个滑移面和这个面上的一个滑移方向组成滑移系
结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大。改变 材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉 强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。共价键 结合的材料弹性模量最高，而主要依靠分子键结合的 高分子，由于键力弱其弹性模量最低。弹性模量是和 材料的熔点成正比的，越是难熔的材料弹性模量也越 高。 ▪ 温度的升高导致晶格热运动增强，原子键合刚度下降 →弹性模量随温度上升而稍有降低。
滞性迥线（滞 后迥线）
迥线包围的面积表示输入的能量，即单位体积的材料在每一周期所 消耗的能量（消耗于加热材料和周围的环境）。
原子移动消耗部分机械能为热能而消散
滞弹性对振动过程起阻尼作用
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四、高弹性
▪ 一般弹性变形不能超过某一个范围。
➢ 如：结晶态物质
▪ 弹性体：可逆弹性变形范围大的材料。
➢ 如：橡胶→100％以上
E 2 G (1 ) 3 K (1 )
泊松比 E2G3KE
2G 6K
横向收缩系数，固体弹性伸长一定量时其横截面的减少量， 为缩短应变与伸长应变的比值。 上述公式适用于各向同性材料。
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二、弹性模量
▪ E、G、K表示材料的弹性变形阻力，即材料的刚度。 ▪ 材料的弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的
2、孪生
➢ 孪晶（带）：发生切变的晶体部分。
每层原子面相对于相邻原子面的移动量相同，移动距离和离 孪生面的距离成正比，且不是原子间距的整数倍。
孪生变形部分晶体与未变形部分晶体在孪生面两侧呈镜面对 称。
➢ 产生孪生所需要的切应力一般高于滑移所需，即是否 产生孪生与晶体是否产生滑移有关。
➢ 孪生变形会引起晶格畸变，因此产生的塑性变形量不 大（≤10％），但速度很快（接近于声速） 。
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一、弹性和弹性变形
▪ 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外 力除去后，变形随即消失，材料恢复至原 来的形状。
▪ 弹性变形（瞬时变形、可恢复变形）：即 刻恢复的变形。
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虎克固体模型
l σ
E
Hooke定律 ＝E·
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二、弹性模量
弹性变形的 力学特点: 小形变、可回复
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二、弹性模量
▪ 拉应力或压应力：
➢ 流动：材料内部质点调换其相邻质点的切变过程 ➢ 固体材料的塑性变形→晶体的塑性流动
原子面按照晶体学规律相互滑动
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（一）单晶体的塑性流动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪ 1、滑移（主要原因）
➢ 晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）的一定方向 （滑移方向）相对于晶体的另一部分发生滑动。
➢ 结果：在晶体表面造成相对位移，形成滑移台阶
E
▪ 剪切应力：
G
▪ 静水压应力：
m KV
σ－垂直应力； ε－垂直应变； E －弹性模量（杨氏模量或纵向弹性模量） τ －剪切应力； γ －剪切应变； G －剪切模量（刚性模量或横向弹性模量） σm－静水压应力； εV－体积应变； K －体积弹性模量（压缩模量）
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二、弹性模量
▪ E、G、K关系：
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混凝土的弹性模量
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三、滞弹性
——无机固体和金属的与时间有关的弹性
▪ 理想的弹性固体→弹性变形→马上恢复 ▪ 实际材料，尽管弹性变形可逆且呈线性关系，
但存在变形和回复在时间上的滞后。这种与时 间有关的弹性行为称为滞弹性。 ▪ 滞弹性本质：交变应力导致原子不断换位，而 位移的往返需要一定的时间。
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在外力超过材料质点间的相互作用力后，引起材料部 分结构或构造的破坏，造成不可恢复的永久变形。
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圣维南固体模型
σ
下屈服点
τ
上屈服点 静摩擦
动摩擦 ε
A
B
塑性变形曲线
O
b
变形
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塑性变形
▪ 脆性材料：破坏前无显著变形而突然破坏
➢ 砖瓦、生铁
▪ 塑性材料：破坏前有显著塑性变形
➢ 沥青、低碳钢
▪ 混凝土、钢筋混凝土：一种弹、塑、粘性混合 的材料
滑移系数量＝滑移面数×滑移方向数 滑移系越多，滑移的可能性越大，塑性越好。 温度影响：温度较高时，滑移系增加。
➢ 滑移与位错运动密切相关
位错使屈服强度降低很多。位错运动的结果产生了滑移变形 19
单晶体的塑性流动
▪ 2、孪生
➢ 晶体的一部分沿着一定晶面（孪生面）沿一定方向 （孪生方向）发生切变。
➢ 特点：弹性变形大，弹性模量小，且弹模随温度升高 而增大
▪ 橡胶弹性：
➢ 可耐非常大的变形而不被破坏
➢ 除去外力后可恢复到原来长度
➢ 要求分子链长，易于变形，具有交联点
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第二节 材料的塑性
▪ 一、塑性变形
➢ 塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后不 能完全恢复原有形状。
➢ 塑性变形（永久变形、残余变形）：不可恢复的变形 ➢ 与弹性变形不同：外力所做的功没有全部变成内功，
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孪生与滑移的主要区别
▪ 1、孪生使晶格位向改变，造成变形晶体与未变 形晶体的对称分布；滑移不引起晶格变化。
▪ 2、孪生时原子沿孪生方向的相对位移是原子间 距的分数；滑移时原子在滑移方向的相对位移 是原子间距的整数倍。
▪ 3、孪生变形所需切应力比滑移大。
➢ 孪生一般在不易滑移的条件下发生。
▪ 4、孪生产生的塑性变形量比滑移小得多。
第三章 材料的力学行为
材料在外力作用下所产生的变形、 抵抗力（即强度）及破坏等，又称
为力学性能。
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第一节 材料的弹性
▪ 一、弹性和弹性变形
➢ 材料变形的实质：内部质点在外力作用下，偏 离或改变了原来的平衡位置，产生了相对位移。
➢ 应力：单位面积上材料内部产生的平衡外力的 抵抗力。
➢ 应变：材料相对变形的大小。
▪ 塑性和脆性随温度、含水率、加荷速度而改变
➢ 沥青：低温脆性，高温塑性
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塑性变形
▪ 屈服强度
➢ 材料由弹性行为转变为塑性行为时所承受的应力。
σ 塑性变形
屈服强度 σb
破坏
弹性变形 ε
a’— 比例极限
a— 弹性极限 b— 屈服上限 c— 屈服下限 e— 极限强度
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二、塑性变形机理
▪ 亚微观和微观看，永久变形是结构发生了流动
滑移带 滑移台阶 滑移线
对滑移线的观察也表明了晶体塑性变 形的不均匀性，滑移只是集中发生在 一些晶面上，而滑移带或滑移线之间 的晶体层片则未产生变形，只是彼此 之间作相对位移而已。
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单晶体的塑性流动
▪ 滑移总是沿着晶体中原子排列密度最大的晶面 进行
➢ 最密排晶面间距最大，结合力最弱，滑移阻力最小 ➢ 发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向 ➢ 一个滑移面和这个面上的一个滑移方向组成滑移系
结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大。改变 材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉 强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。共价键 结合的材料弹性模量最高，而主要依靠分子键结合的 高分子，由于键力弱其弹性模量最低。弹性模量是和 材料的熔点成正比的，越是难熔的材料弹性模量也越 高。 ▪ 温度的升高导致晶格热运动增强，原子键合刚度下降 →弹性模量随温度上升而稍有降低。
滞性迥线（滞 后迥线）
迥线包围的面积表示输入的能量，即单位体积的材料在每一周期所 消耗的能量（消耗于加热材料和周围的环境）。
原子移动消耗部分机械能为热能而消散
滞弹性对振动过程起阻尼作用
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四、高弹性
▪ 一般弹性变形不能超过某一个范围。
➢ 如：结晶态物质
▪ 弹性体：可逆弹性变形范围大的材料。
➢ 如：橡胶→100％以上
E 2 G (1 ) 3 K (1 )
泊松比 E2G3KE
2G 6K
横向收缩系数，固体弹性伸长一定量时其横截面的减少量， 为缩短应变与伸长应变的比值。 上述公式适用于各向同性材料。
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二、弹性模量
▪ E、G、K表示材料的弹性变形阻力，即材料的刚度。 ▪ 材料的弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的