当前位置：文档之家 › 2015年材料力学性能课件-第6章

2015年材料力学性能课件-第6章

  • 格式：ppt
  • 大小：2.66 MB
  • 文档页数：47

下载文档原格式

  / 47

合集下载

材料力学(理工科课件)第六章 弯曲变形)

材料力学(理工科课件)第六章 弯曲变形)

§6-1 基本概念及工程实例 （Basic concepts and example problems）
一、工程实例（Example problem）
(Deflection of Beams)
但在另外一些情况下,有时却要求构件具有较大的弹性变 形,以满足特定的工作需要.
例如,车辆上的板弹簧,要求有足够大的变形,以缓解车辆受
M 0 w 0
x
O
M 0 w 0
M
(Deflection of Beams)
w (1 w )
2 3 2

M ( x) EI
2 w 与 1 相比十分微小而可以忽略不计,故上式可近似为
w"
M ( x) EI
(6.5)
此式称为 梁的挠曲线近似微分方程（differential equation of the deflection curve） 近似原因 : （1） 略去了剪力的影响; （2） 略去了 w2项; （3） tan w w( x )
x Cx D
4
(Deflection of Beams)
边界条件x=0 和 x=l时, w 0
梁的转角方程和挠曲线方程 A 分别为 q 2 3 3 (6lx 4 x l ) 24 EI qx 2 3 3 w (2lx x l ) 24 EI 最大转角和最大挠度分别为 在 x=0 和 x=l 处转角的绝对值相等且都是最大值，
A a l D B
b
(Deflection of Beams)
解: 梁的两个支反力为
FRA F FRB F b l a l
x
l x
F FRA
A 1 a D b 2

材料力学课件 第六章弯 曲 内 力(土木专业)

材料力学课件 第六章弯 曲 内 力(土木专业)

M
A
0
FRA
A
a
F1
C
F2
D
FRB
B
FRB l F1a F2b 0
MB 0
c
E
F
d
FRAl F1 ( l a ) F2 ( l b) 0
FRA F1 ( l a ) F2 ( l b) l
b l
FRB
F1a F2b l
第六章
记 E 截面处的剪力为
FRA
A
弯曲内力
a F1 C F2 D B
FSE 和弯矩 ME ，且假设
FSE 和弯矩ME 的指向和转 向均为正值.取左段为研究
E
c b l
F
d
对象。
Fy 0 , M 0,
E
FRA FS E 0
M E FRA c 0
FRA
A E
FSE
解得 FSE FRA
ME
M E FRA c
第六章
6.1引言
1.弯曲的概念
弯曲内力
工程实例
第六章
工程实例
弯曲内力
第六章
弯曲内力
车刀轴
第六章
弯曲内力
火车轮轴
第六章
弯曲内力
起重机大梁
第六章
弯曲内力
镗刀杆轴
第六章
基本概念
弯曲内力
1.弯曲变形 （1） 受力特征 外力（包括力偶）的作用线垂直于杆轴线. （2） 变形特征 变形前为直线的轴线,变形后成为曲线. 2.梁 以弯曲变形为主的杆件 3.平面弯曲 作用于梁上的所有外力都在纵向对称面内,弯曲变形后的轴 线是一条在该纵向对称面内的平面曲线,这种弯曲称为平面弯曲.

《材料力学性能》PPT课件

《材料力学性能》PPT课件
反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
注：所有退火状态和高温回火的金属与合金都有包辛格效应。 可用来研究材料加工硬化的机制。
精选ppt
19
精选ppt
20
消除包申格效应的方法：
(1) 预先进行较大的塑性变形； (2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶
温度下退火，如钢在400-500℃，铜合金在250-270℃退 火。
如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大， 则也得到弹性滞后环（图b） 。
如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图 c） 。
精选ppt
16
金属的循环韧性
定义：
金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功 的能力，也称为金属的内耗或消振性。
意义：
材料力学性能指标具体数值的高低表示材料 抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质 量的主要依据。
精选ppt
3
第1章 静载荷下材料的力学性能
1.1 应力-应变曲线
拉伸试验是工业上应用最广泛的基本力学性能试 验方法之一。本章将详细讨论金属材料在单向拉 伸静载荷作用下的基本力学性能指标如：屈服强 度、抗拉强度、断后伸长率和断面伸长率等。
循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以 高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振 动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。
精选ppt
17
1.2.4、包申格效应（Bauschinger）
精选ppt
18
包申格效应的定义：
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残 余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余 伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；
精选ppt
24

材料力学第五版课件 主编 刘鸿文 第六章 动荷载·交变应力

材料力学第五版课件 主编 刘鸿文 第六章 动荷载·交变应力
l
解：1）求最大静应力和静变形
Q
( ) s st max
=
QL Wz
QL3 D st = 3EI
l
2）计算动荷系数
Kd =
v2 gD st
3）计算最大正应力
(s d )max
=
Kd (s st )max
=
Kd
QL Wz
内容小结
动响应=Kd × 静响应
1、构件有加速度时动应力计算
（1）直线运动构件的动应力
Kd = 1+
1+ 2h D st
= 1+ 1+ 2h ×EA
Ql
l
3）计算冲击应力
sd
=
kds st =
Q+ A
(Q )2 Q Q
h
【例6-4】圆截面直杆长度为6m，截面直径d=300mm，杆件材
料的杨氏模量E=10GPa，重物重5kN，从h=1m处自由落下。
1、求最大应力。 2、在木柱上端垫20mm厚的橡皮，杨氏模量E=8MPa。最大正 应力为多少？
1998年6月3日，德国艾舍德高速列车脱轨事故中的车轮轮缘疲劳断口
三.什么是疲劳？
只有承受交变应力作用的条件下，疲劳才发生；
三.什么是疲劳？
疲劳破坏起源于高应力或高应变的局部；
a. 静载下的破坏，取决于结构整体；
b. 疲劳破坏由应力或应变较高的局部开始，形成损伤 累积，导致破坏发生；
Q
h
解：
1、
D st =
Ql = EA
5创103 6? 103 10创103 1 创3.14 3002
=
4.25? 10- 2(mm)
4
2h

工程力学C 第6章 材料拉伸和压缩时的力学性能

工程力学C 第6章 材料拉伸和压缩时的力学性能

应力集中： 因截面尺寸的突然变化而引起局部 应力急剧增大的现象。
第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials
材料力学
如开有圆孔的板条
F
F
第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials
f
(6.1)
b a
c
弹性极限 比例极限
e
p


O
第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials
材料力学
2）屈服阶段 bc： 应力微小波动,产生显著的塑性变形， 此现象称为屈服。
上屈服极限
下屈服极限 =屈服极限σs

s
b a
e
c
屈服极限σs
第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials
材料力学
对低碳钢： 20 30%； 60%
当 ≥ 5％时，为塑性（延性）材料；
当 ＜ 5％时，为脆性材料。
第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials
,
第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials
材料力学
延伸率δ:
l l1 l0 100% 100% l0 l0
(6.2)
截面收缩率 :
受力前
A0 A1 100% A0
d0
(6.3)
l0
断裂后
d1

《材料的力学性能》课件

《材料的力学性能》课件
《材料的力学性能》PPT 课件
# 材料的力学性能 材料力学性能的概念以及其重要性。
简介
材料力学性能是指材料在受力或变形时所表现出的力学行为。具体包括弹性模量、硬度、抗拉强度和延伸率、 疲劳性能以及韧性等多个方面。
弹性模量
弹性模量是衡量材料在受力后恢复原状的能力。它的测量方法有多种，如张拉试验、压缩试验等。弹性模量的 应用广泛，可以用于材料的设计和优化。
硬度
硬度是材料抵抗外界物体对其表面产生塑性变形的能力。硬度的测量方法有 多种，如洛氏硬度、布氏硬度等。不同硬度对应不同材料类型，可以用于材 料的鉴定。
抗拉强度和延伸率
抗拉强度是材料抵抗外界拉伸力量的能力，延伸率表示材料在被拉伸后能够 变长的程度。抗拉强度和延伸率的测量方法有多种，广泛应用于材料的性能 评估和周期性荷载作用时的抗性能。疲劳性能的测量方法有多种，影响因素包括材料的 应力集中、引入缺陷等。预测和评估疲劳寿命对材料的可靠性设计至关重要。
韧性
韧性是材料在受力时能够吸收大量能量而不断变形的能力。韧性的测量方法 有多种，如冲击试验等。韧性的应用广泛，特别适用于需要抵抗冲击的工程 材料。
总结
材料力学性能是衡量材料质量和可靠性的重要指标。通过评估材料的弹性、 硬度、抗拉强度和延伸率、疲劳性能以及韧性等性能指标，可以为材料的选 择、设计和优化提供指导。展望未来，材料力学性能的发展趋势包括多功能 材料的设计和制备，以及对环境和能源的可持续性要求。

刘鸿文版材料力学课件6-7章

刘鸿文版材料力学课件6-7章

MC 4FB 2F
MC
4 8.75 2 40 115 kN.m
FC
目录
§6-5 简单超静定梁
MA
MC
FC FA
71.25
FS ()
k N
8.75 ()
M
(kNm) ()
125
48.75 1.94
()
17.5 115
A、C 端约束力已求出
FA 71.25 kN( ) M A 125 kN m( ) FC 48.75 kN( ) MC 115 kN m( )
2.挠曲线的近似微分方程
推导弯曲正应力时，得到：
1M
ρ EIz
忽略剪力对变形的影响
1 M(x)
( x) EIz
目录
§6-2 挠曲线的微分方程
由数学知识可知：
1
d2y dx2 [1 ( dy )2 ]3
dx
略去高阶小量，得
1 d2y
dx2
所以
d2 y M(x) dx2 EIz
y M (x) > 0
Mx2
FAy
x2
F( x2
a)
Fb l
x2
F( x2
a),
a x2 l
目录
§6-3 用积分法求弯曲变形
3）列挠曲线近似微分方程并积分
AC 段： 0 x1 a
EI
d 2 y1 dx12
M( x1 )
Fb l
x1
EI
dy1 dx1
EI ( x1 )
Fb 2l
x2 1
C1
EIy 1
Fb 6l
目录
§6-4 用叠加法求弯曲变形
例3 已知简支梁受力如图示，q、l、EI 均为已知。求C 截面的挠度yC ；B截面的 转角B

材料力学性能-第六章-蠕变

材料力学性能-第六章-蠕变

第六章 金属高温力学性能
越过固定位错
消失于大角度晶界
越过弥散质点
形成小角度晶界
与邻近滑移面上异号位错相消
图6-5 刃位错攀移克服障碍的模型
2021年10月21日 星期四
第六章 金属高温力学性能
可见，塞积的位错可通过热激活在新的滑移面上重新
运动，位错源便可能再次开动而放出一个位错，从而形成
动态回复过程，这一过程的不断进行，使蠕变得以不断发
粒度的均匀性对蠕变断裂均会产生很大的影响。
蠕变断裂断口的宏观特征为：一是在断口附
近产生塑性变形，在变形区域附近有很裂纹，
使断裂机件表面出现龟裂现象；另一个特征是由
于高温氧化，断口表面往往被一层氧化膜所覆盖。
微观断口特征主要为冰糖状花样的沿晶断裂形貌。
2021年10月21日 星期四
第六章 金属高温力学性能
2021年10月21日 星期四
第六章 金属高温力学性能
综上所述，金属材料在高温下的力学性能不 能只简单地用常温下短时拉伸的应力－应变曲线 来评定，还必须考虑温度和时间两个因素。这里 所指的温度“高”或“低”是相对于该金属的熔 点而言的，故采用“约比温度”来说明。若实验 温度为T，金属的熔点为Tm，当T/Tm>0.5时为高温， 反之为低温。不同的金属材料在同样的约比温度 下其蠕变行为相似，力学性能的变化规律也相同。
图6-1 等强温度
2021年10月21日 星期四
第六章 金属高温力学性能
TE并不是不变化的， 比如变形速率对TE就有 较大影响，如图6-2所 示。由于晶界强度对变 形速率的敏感性要比晶 粒大得多，因此TE随变 形速率的增加而升高。
强度
晶界 晶粒
低变形速率 高变形速率

第六章聚合物的力学性能ppt课件

第六章聚合物的力学性能ppt课件
ΔV ―体积变化 V0 ―原始体积
B PV0 V
三种应变模量的关系
对于各向同性的材料有
E = 2G (1+ν) = 3B (1-2 ν)
ν(泊松比):横向形变与纵向形变之比
m m0 横向形变 纵向形变
t
t 0
0
一般材料ν约为0.2~0.5 注意!上述四个参数中只有两个是独立的
常用的几种力学强度
当材料所受的外力超过材料的承受能力时， 材料就发生破坏。机械强度是衡量材料抵抗外力 破坏的能力，是指在一定条件下材料所能承受的 最大应力。
根据外力作用方式不同，主要有以下三种：
（i）抗张强度
衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸强度。
P
在规定试验温度、湿度和 实验速度下，在标准试样上 宽度b 厚度d 沿轴向施加拉伸负荷，直至 试样被拉断。
落后于应力 依赖 熵弹性
高弹性的特点
1、形变大 100～1000%；一般金属材料的 弹
性形变不超过1% 模量小 只有104N/m2左右，T↑，E↑
一般金属材料达109N/m2 , T↑,E↓
2、形变时伴有明显的热效应 拉伸时，橡胶会放出热量，T↑; 回缩时吸热
T↓。金属则相反。
3、高弹形变是一个松驰过程，具有时间依赖性， 通常需要一定时间才能达到平衡状态。
高弹态聚合物的力学性质
橡胶材料是重要的高分子材料之一，在Tg以上， 处于聚合物特有的高弹性力学状态。高弹性无疑是 这类材料显著的特征或说独特的性质，是材料中一 项十分难得的可贵性能，被广泛用于各个领域，其 作用是不可替代的。
橡胶的分子结构和高弹性的本质长期以来一直受 到人们的注视和研究；提高橡胶的耐寒性和耐热性 即扩大橡胶的使用范围，成了人们新的课题。

精品课件-材料力学(张功学)-第6章

精品课件-材料力学(张功学)-第6章
梁的抗弯刚度EI为常量，求此梁的转角方程和挠曲线方程，并 确定最大挠度值。
图6－4
6.1 引 言
解（1）求约束力。建立坐标系如图所示,求得约束力为
方向均竖直向上。
FAy
b l
F
,
FBy
a l
F
（2）写出弯矩方程。由于集中力加在两支座之间，弯矩方
程在AC、BC两段各不相同。
AC段:
M
1(
x)
b l
Fx
w(a )w(a ), (a ) (a )
(f)
利用式（e）和式（f），即可解得
D1 D2 0,
C1
C2
Fb(b 6l
2
l
2
)
于是，求得梁的转角方程和挠曲线方程分别为
6.1 引 言
AC段:
EI (x) Fb(3x2 b2 l 2 )
6l
EIw(x) Fbx[x3 (b2 l 2 )x] 6l
（a） （b） （c）
6.1 引 言
确定积分常数C和D的边界条件为：在固定端截面处，挠度 和转角均为零。即
w00, 00
将（b）、(c)两式代入，得
D0, C0
将所得积分常数代入（b）、(c)两式，得到梁的转角方程和挠
度方程分别为
(x)dw
1
Wx 2 (
Wlx )
dx EI 2
w(x) 1 (Wx 3 Wlx 2 ) EI 6 2
6.1 引 言 显然在自由端处转角与挠度最大，即当x=l时，得
m
ax
B
1 EI
(Wl 2
2
Wl
2
Wl 2 )
2EI
1 Wl 3 Wl 3 Wl 3

河海大学-材料力学-课件-力学-第六章-挠度

河海大学-材料力学-课件-力学-第六章-挠度

2、转角：梁的截面绕中性轴转过的角度θ。
小变形时，θ≈tgθ=w’(x)——转角方程。顺时针 为正。
§6-2 梁的挠曲线近似微分方程
1
w

( x )
1 w2
3 2
1 M(x)
<<1
( x) EI z
w M x
EI z
O
x
O
x
M
M
w
M<0
w” > 0
当F作 用 于 梁 中 点C时 ，wmax wc。
当F右移至B点时，b 0，x0 0.577l。
wmax的 位 置 距 梁 中 点 仅 0.077l。
令
b2 0,
wmax

Fbl 2 9 3 EI
0.0642 Fbl 2 。 EI
wc

Fbl 2 16 EI
0.0625 Fbl 2 。 EI
ql
qx 2
θA
M(x) x
wmax θB
Bx
l
2
2w
2o 梁的挠曲线微分方程为
EIw ql x qx2
2
2
积 分 EIw ql x2 qx3 C 2 2 23
ql x3 qx4
EIw
Cx D
2 23 234
边界条件Βιβλιοθήκη qx0: w0 xl: w0

w
xl
Fl 2 2 EI
Fl 3 wmax w xl 3EI
F
Bx
θmax
wmax
l
例2：一简支梁受均布荷载作用，求梁的转角方程 和挠度方程，并确定最大挠度和A、B截面的转角。

材料性能及其加工第6章 铸铁

材料性能及其加工第6章 铸铁
灰铸铁的抗压强度比较高，约为抗拉强度的3~4倍，故灰铸 铁适宜制造承受简单压力的构件，如机床床身、底座、支柱 等。
整理课件
上一页 下一页 返回
第二节 灰铸铁
二、灰铸铁的孕育处理
在铸铁液中加入少量的孕育剂（一般加入铁液质量4%的硅 铁或硅钙合金）以形成大量的结晶核心，获得极为细小的片 状石墨和珠光体基体。经这样处理后的铸铁称为孕育铸铁。 孕育铸铁的抗拉强度高于普通灰铸铁，同时，由于结晶时冷 却速度对孕育铸铁的结晶影响较小，故铸件各个部位的组织 较均匀，性能也趋于一致。孕育铸铁适用于制造性能要求较 高、截面尺寸变化较大的大型铸件。
除以上各阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下进行退 火，也能使渗碳体分解获得石墨，这也是生产可锻铸铁的方 法。
整理课件
上一页 下一页 返回
第一节 铸铁概述
2）影响石墨化的因素 铸铁的石墨化主要与化学成份和冷却速度有关。 （1）化学成份。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，含碳量增
加使石墨晶核数量增加，因而促进石墨化。硅原子容易与铁 结合，溶于铁素体中，削弱了铁与碳的结合力，并使共晶点 下降，也促进石墨化。铸铁中的碳与硅越多，石墨化程度越 充分，越容易获得灰口铸铁组织，但碳和硅含量过高会导致 石墨粗大、增多，降低力学性能。因此，适当提高铸铁中的 碳和硅含量是控制铸铁组织的基本措施之一。
常用铸铁具有优良的铸造性能，生产工艺简便，成本低，所 以应用广泛，通常，50%以上的机器（以质量计）是铸铁件。
整理课件
下一页 返回
第一节 铸铁概述
二、铸铁的分类
铸铁中的碳除少量可熔于铁素体外，其余部分因结晶条件不 同可以形成渗碳体或者石墨。
根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为以下三类。 （1）灰口铸铁。碳全部或大部分以石墨存在于铸铁中，断口

材料力学性能第六章-金属的应力腐蚀和氢脆

材料力学性能第六章-金属的应力腐蚀和氢脆

a
18
1Cr18Ni9Ti：固溶处理 氯离子环境下应力腐蚀断口。用10%HCl水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ液浸蚀后，用扫描电镜观察断口。 断口上有许多正方形腐蚀坑，图中间区域三角形晶面上有三角形腐蚀坑。 图中的两种形状蚀坑说明开裂主要沿｛100｝晶面和｛111｝晶面。
a
19
五、应力腐蚀抗力指标
➢①光滑试样 ➢应力腐蚀断裂是一种与时间有关的延滞断裂
当时正在谢菲尔德大学研究部工作的中国学者李熏通 过大量研究工作，在世界上首次提出钢中的“发裂” 是由于钢在冶炼过程中混进的氢原子引起的。
a
41
3.氢化物致脆
• 对于纯铁、α－钛合金、镍、钒、锆、铌及其合金，由于它们与氢 有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，使金属脆化。
• 例如，在室 温下，氢在α－钛合金中的溶解度较小，钛与氢又具有 较大的化学亲和力，因此容易形成氢化钛（TiHx）而产生氢脆。
a
33
氢在金属中的存在形式
a
34
• 在一般情况下，氢以间隙原子状态固溶在金属中，对于大多数工业 合金，氢的溶解度随温度降低而降低。
• 氢在金属中也可通过扩散聚集在较大的缺陷(如空洞、气泡、裂纹等) 处以氢分子状态存在。
• 氢还可能和一些过渡族、稀土或碱土金属元素作用生成氢化物，或 与金属中的第二相作用生成气体产物，如钢中的氢可以和渗碳体中 的碳原子作用形成甲烷等。
a
6
钢丝应力腐蚀与通常拉应力断裂比较
a
7
二、应力腐蚀产生的条件
• （1）只有在拉伸应力作用下才能引起应力腐蚀开裂(近年来，也发现 在不锈钢中可以有压应力引起)。 这种拉应力可以是外加载荷造成的应力，但主要是各种残余应 力，如焊接残余应力、热处理残余应力和装配应力等。 据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80% 以上，而由工作应力引起的则不足20%。

材料力学 第06章 强度理论

材料力学 第06章 强度理论



可见：由第三强度理论，图b所示应力状态比 图a所示的安全；而由第四强度理论，两者的危险 程度一样。 注意：图a所示应力状态实际上为拉扭和弯扭组 合加载对应的应力状态，其相当应力如下：
s r 3 s 2 4 2
s r 4 s 2 3 2
例 工字钢梁如图a所示。已知材料（Q235钢）的许 用应力为[s]=170MPa和[]= 100MPa。试按强度条 件选择工字钢号码。 (a) 200 kN 解：确定危险截面。 200 kN

1 2s s2 6E



因此：
1 2 2 2 s 1 s 2 s 2 s 3 s 1 s 3 s s 2
由此可得强度条件为：


ss 1 2 2 2 s 1 s 2 s 2 s 3 s 1 s 3 [s ] 2 n
s r4
1 2 2 2 s 1 s 2 s 2 s 3 s 1 s 3 2


§7-7 强度理论的应用
应用范围： a) 仅适用于常温、静载条件下的均匀、连续、各 向同性的材料； b) 不论塑性或脆性材料，在三向拉应力状态都 发生脆性断裂，宜采用第一强度理论； c) 对于脆性材料，在二向拉应力状态下宜采用第 一强度理论； d) 对塑性材料，除三向拉应力状态外都会发生 屈服，宜采用第三或第四强度理论； e) 不论塑性或脆性材料，在三向压应力状态都发 生屈服失效，宜采用第四强度理论。
假设形状改变能密度vd是引起材料塑性屈服的 因素，即：
vd vd u
vd u
所以：
可通过单拉试验来确定。
因为材料单拉屈服时有： s 1 s s s 2 s 3 0

材料力学第五版课件 主编 刘鸿文 第六章 简单的超静定问题

材料力学第五版课件 主编 刘鸿文 第六章 简单的超静定问题

例题： 试判断下图结构是静定的还是超静定的？若是超静定， 则为几次超静定？
B
DE
A

C
FP
(a)静定。 未知内力数：3 平衡方程数：3
B
D
A
C
F
P
(b)超静定。 未知力数：5 平衡方程数：3 静不定次数=2
(c)静不定。
未知内力数：3
平衡方程数：2
FP
静不定次数=1
静不定问题的解法： （1）建立静力平衡方程； （2）由变形协调条件建立变形协调方程； （3）应用物理关系，代入变形协调方程，得到补充方程；
基本静定基的选取：
(1)解除B支座的约束,以约束反力
代替，即选择一端固定一端自由
的悬臂梁作为基本静定基。
(2)解除A端阻止转动的约束，以 约束反力代替，即选择两端简支 的梁作为基本静定基。
基本静定基选取可遵循的原则：
(1) 基本静定基必须能维持静力平衡，且为几何不变系统； (2) 基本静定基要便于计算，即要有利于建立变形协调条
E3 A3
F FN3 = 1+ 2E1 A1 cos3 a
E3 A3
(拉力) (拉力)
温度应力和装配应力
一、温度应力
在超静定结构中，由于温度变化引起的变形受到约束的限制， 因此在杆内将产生内力和应力，称为温度应力和热应力。
杆件的变形 ——
由温度变化引起的变形 温度内力引起的弹性变形
例：阶梯钢杆的上下两端在T1=5℃时被固 定,上下两段的面积为
=-
[13EI
32(1+
24
I Al
2
)
]
M
M
A
C
B D
l
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

• 腐蚀的延伸率指标：指材料腐蚀前后延 伸率的变化。
• Kδ=[(δ-δ’)/ δ] ×100%(腐蚀时间t后) • （2）局部腐蚀耐蚀性评定
• 局部腐蚀的种类和测试方法很多，评 定标准也不尽相同，所以应根据局部腐 蚀的类型选择表示腐蚀程度的指标，按 其使用条件与要求选用评定标准。
• 第二节 金属材料的应力腐蚀断裂
• （3）局部一旦遭到破坏；常常造成突发事件； • （4）金属材料的表面状态对金属的腐蚀过程的进行
有显著的影响。
• 第一节 材料腐蚀的基本概念
• 一.腐蚀的基本概念
• 腐蚀：物质的表面因发生化学或电化学反 应而受到破坏的现象。
• 材料的腐蚀是一种自发进行的过程，是物 质由高能态向低能态的转变形式。
3、改善化学介质
• 一方面设法减少和消除促进应力腐蚀开裂 的有害化学离子；另一方面可在化学介质 中添加缓蚀剂。
（2）化学介质：只有在特定的化学介质中，某 种金属材料才能产生应力腐蚀。
（3）金属材料：一般纯金属不会产生应力腐蚀， 所有合金对应力腐蚀均有不同程度的敏感性。 在每一种合金系列中，都有对应力腐蚀不敏 感的合金成分（如镁铝合金）。
表6－1 常用金属材料发生应力腐蚀的敏感介质
金属 材料
化学介质
金属 材料
• 记录各种KI初作用下的断 裂时间tf，以KI初与lgtf为坐 标作图，曲线水平部分所 对应KI初的即为KISCC。
图6-9悬臂梁弯曲试验装置简图 1.砝码，2.溶液槽，3.试样
3.应力腐蚀裂纹扩展速率
• 单位时间内应力腐蚀 裂纹的扩展量称应力腐蚀 裂纹扩展速率即da/dt， 实验证明：
•
da/dt = f(KI)
表面为泥状花样，被一层腐 蚀产物覆盖，有泥状裂纹
图6-3 奥氏体不锈钢应力腐蚀断口微观形貌
混合断裂
穿晶型应力腐蚀裂 纹可用在应力作用下局 部微区产生滑移台阶使 钝化膜破裂来说明，如 图6-4(a)所示。
沿晶型应力腐蚀裂 纹是因晶界被沉淀相弱 化，而在表面突出的单 个晶粒形成台阶，使表 面钝化膜破裂而形成的， 如图6-4(b)所示。
• 如果在介质中的极化过程相当强烈，则Vc-Va变 得很小，腐蚀过程就大受抑制；
• 如果介质中去极化过程很强，Vc-Va很大，腐蚀 电流增大，致使金属表面受到全面腐蚀，表面 不能形成钝化膜。
三、应力腐蚀断裂断口分析
• 1、应力腐蚀断裂断口宏观特征 • 应力腐蚀端口的宏观形貌与疲劳断口颇为
相似。也有亚稳扩展区和最后瞬断区。在亚 稳扩展区可见到腐蚀产物和氧化物。常呈黑 色或黑灰色，具有脆性特征。 • 最后瞬断区一般为快速撕裂破坏，显示基体 材料的特性。
• （3） 应力和环境共同作用下的腐蚀 • ① 应力腐蚀断裂：拉应力下的电化学腐
蚀
• ② 腐蚀疲劳：交变应力下电化学腐蚀： 船用螺旋桨推进器、涡轮及涡轮叶片、内 燃机连杆。
• ③ 氢损伤：氢脆、氢鼓泡、氢蚀
•
三、耐蚀性及其评定方法
• 金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的能力 ――称为金属材料的耐蚀性或抗蚀性。
• 二．应力腐蚀的机理 • 阳极溶解机理—钝化膜破坏理论：拉应力
使钝化膜破裂，阳极电位下降，形成微电 池，产生阳极溶解。偏析引起晶间腐蚀。
图8－2
图6-1应力腐蚀断裂机理简图
在应力腐蚀过程中，衡量腐蚀速度的腐蚀电流I为：
1 I R (Vc Va )
• R－微电池中的电阻；Vc，Va电池两极的电位。
材料力学性能讲义
第一章 材料单向静拉伸的力学性能 第二章 材料在其它静载下的力学性能 第三章 材料的冲击韧性和低温脆性 第四章 材料的断裂韧性 第五章 材料的疲劳性能
☆第六章 材料的应力腐蚀与氢脆断裂
第七章 材料的磨损性能 第八章 材料的高温力学性能
第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂 Stress corrosion and hydrogen embrittlement fracture
• 金属腐蚀的危害非常大，它不仅仅对金属材料本身 造成破坏，更重要的是使制品的等级下降、精度、 灵敏度等受损，影响其使用价值甚至报废。
• （1）腐蚀造成的破坏一般先从金属表面开始，然后 伴随着金属腐蚀过程进一步发展；
• （2）腐蚀破坏扩展到金属材料的内部；并使金属性 质和组成发生改变。这种破坏往往是局部向整体扩 展；
• （3）第II段出现水平线段， da/dt 决定于环境而受应力 强度的影响较小。
• （4）第Ⅲ阶段裂纹长度接 近临界尺寸，da/dt依赖于KI， 材料进入失稳扩展的过渡区。 当KI增大到KIC时便失稳扩展 断裂。
图6-8 应力腐蚀裂纹的da/dt-KI关 系曲线
四、防止应力腐蚀的措施
1、合理选择金属材料 • 针对机件所受应力和接触的化学介质，选用耐应 力腐蚀的金属材料。选材时还应尽可能选取KIscc • 较高的合金。 2、减少或消除机件中的残余拉应力 • 必要时采用退火工艺以消除应力或采用喷丸等表 • 面处理方法。
材料的腐蚀具有双重性。通常腐蚀对金属构 件是有害的，但有时可以利用腐蚀现象对金 属材料进行电化学加工，如制备信息硬件的 印刷线路板，制取奥氏体不锈钢粉末等。
• 二． 腐蚀的类型
1． 根据金属腐蚀的机理不同分类
• （1） 化学腐蚀：金属表面或非电解质直接发 生化学作用而引起的破坏，非电解质是指干燥气 体、高温气体、非电解质溶液等。金属的高温氧 化不属于电化学腐蚀。金属在非电解质溶液中的 腐蚀是指金属在有机物液体中的腐蚀。
• 应力腐蚀断裂SCC：拉应力和特定介质共同作
用下所引起的断裂 • • 一．应力腐蚀断裂的条件及特征 • 1、应力腐蚀现象 低碳钢和低合金钢在苛性碱溶液中的“碱脆”和在含
有硝酸根离子介质中的“硝脆”。 奥氏体不锈钢在含有氯离子介质中的“氯脆”。 铜合金在氨气介质中的氨脆。
2、产生条件
（1）应力：机件所承受的应力包括工作应力和 残余应力。在化学介质诱导开裂过程起作用 的是拉应力，且产生应力腐蚀的应力不一定 很大。
2． 根据腐蚀的环境分类 • （1） 大气腐蚀：金属在大气环境下发生的腐蚀。 • （2） 海水腐蚀：金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。 • （3） 淡水腐蚀：金属在硬水或软水中的腐蚀。 • （4） 土壤腐蚀：金属在土壤中的腐蚀。 • （5） 化工介质腐蚀：酸、碱、盐溶液、有机化合物 • （6） 熔融介质腐蚀：熔融盐、碱、高温液体金属 3． 根据腐蚀破坏的外部特征分类 • （1） 全面腐蚀：均匀腐蚀，腐蚀分布在整个表面上并
2、局部腐蚀的程度与评定方法
• （1）局部腐蚀程度的表示方法
• 金属的局部腐蚀其质量及外形尺寸一般没有明显 变化，但其力学性能下降。为判断金属局部腐蚀的 程度，可以进行力学性能试验测定金属腐蚀后的性 能变化加以评定：
• 腐蚀强度指标：指材料腐蚀前后的强度极限变化 率。
• Kσ=[(σb-σ’b)/ σb] ×100%(腐蚀时间t后) • Kσ－腐蚀强度指标 σb－腐蚀前强度 • σ’b－腐蚀后强度
• 曲线分为三个阶段：
• （1）存在一个门槛值 KISCC。当KI＜KISCC时， da/dt =0 或微不足道。
图6-8 应力腐蚀裂纹的da/dt-KI关 系曲线
• （2）第Ⅰ阶段：当KI超过 KIscc时裂纹突然加速扩展， d轴a平/dt行－。KId曲a线/dt几值乎小与，纵但坐受标 KI之影响较大。
连成一片的腐蚀破坏。
• （2）不均匀腐蚀：腐蚀主要发生在金属表面的某一区 域，而表面的其他部分未被破坏。
金属腐蚀破坏形态 1-均匀腐蚀，2-不均匀腐蚀，3-选择性腐蚀，4-应力腐蚀， 5-斑点腐蚀，6-溃疡腐蚀，7-孔蚀，8-缝隙腐蚀， 9-晶间腐蚀，10-穿晶腐蚀，11-表面下腐蚀，12-疲劳腐蚀
• （2） 电化学腐蚀：金属表面与电解质溶液发 生电化学反应而引起的破坏。（阳极反应与阴极 反应）
腐蚀电池形成原因举例
钢 铝
渗
（d）应力及形变差异
铁 (b)金属中含杂相
©表面状态不同
粘土
砂土
（e）氧浓度差异
表面状态不同缝内Cu2+浓度 比缝外高
铜
铜
（f）金属离子浓度差异
化学介质
NaOH溶液； 低碳钢 沸腾硝酸盐溶液；沸 和低合 腾浓MgCl2溶液， 金钢 海水、海洋性和工业
性气氛；
奥氏体 酸性和中性氯化物溶 不锈钢 液；熔融氯化物
镍基 热浓NaOH溶液； 合金 HF蒸气和溶液；
铝合金 铜合金 钛合金
氯化物水溶液； 海水和海洋大气； 潮湿工业大气；
氨蒸气； 含氨气体； 含氨离子的水溶液 发烟硝酸；300℃以 上的氯化物；潮湿 空气及海水；
1、均匀腐蚀的程度与评定方法
• （1）腐蚀速度的质量指标
• 金属因腐蚀而发生质量变化，在失重时是指腐蚀前的 质量与清除腐蚀产物后的质量之间的差值。
• 用下式表示
V W0 W1
S t
• V-－失重时的腐蚀速度g/m2h
• W0－金属初始质量 • W1－清除腐蚀产物后的质量 • S－金属的表面积 t－腐蚀时间
显然：KI初≥KISCC为金属材料在应力腐蚀 条件下的断裂判据
• 测定金属材料的KIscc可用 恒载荷法或恒位移KI初， 一般用恒载荷法。
• 整个试验过程中载荷恒定， 随着裂纹的扩展，裂纹尖
端KI增大，可用下式计算：
KI
4.12M BW 3/ 2
1
[
3
3 ]1/ 2
• 其中α＝1－a/W，M=FL
• 应力腐蚀引起的破坏，常有以下特点：
• 1、造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于 材料的屈服强度，而且一定是拉伸应力。 • 2、应力腐蚀造成的破坏，是脆性断裂，没 有明显的塑性变形。
• 3、应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处， 而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。