材料力学第2章(2)-材料的力学性能

材料力学性能材料力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等。

这些性能参数对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。

在工程实践中，我们需要对材料的力学性能进行全面的了解和评估，以确保材料能够满足工程要求并具有良好的可靠性和安全性。

首先，强度是材料力学性能的重要指标之一。

材料的强度表现了其抵抗外部载荷的能力，通常用抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等参数来描述。

强度高的材料在承受外部载荷时不易发生变形和破坏，因此在工程结构和设备中得到广泛应用。

此外，韧性是衡量材料抗破坏能力的重要指标，它反映了材料在受到冲击或挤压时的变形和吸能能力。

韧性高的材料能够在受到冲击载荷时发生一定程度的塑性变形而不破坏，因此在制造高应力、高载荷的零部件和结构中具有重要意义。

此外，材料的硬度也是其力学性能的重要指标之一。

硬度反映了材料抵抗划痕和穿刺的能力，通常通过洛氏硬度、巴氏硬度、维氏硬度等参数来描述。

硬度高的材料具有较高的耐磨性和耐划痕性，适用于制造刀具、轴承、齿轮等零部件。

此外，材料的塑性也是其力学性能的重要指标之一。

塑性反映了材料在受到外部载荷作用下发生变形的能力，通常通过延伸率、收缩率、冷弯性等参数来描述。

塑性好的材料能够在受到外部载荷时发生较大的变形而不破坏，适用于制造成形性零部件和结构。

总之，材料力学性能是材料工程中的重要内容，对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。

在工程实践中，我们需要全面了解和评估材料的强度、韧性、硬度、塑性等性能参数，以确保材料能够满足工程要求并具有良好的可靠性和安全性。

希望本文能够对材料力学性能的研究和应用提供一定的参考和帮助。

第二单元第二章 杆件的轴向拉压应力与材料的力学性能§2-1 引言工程实例: 连杆、螺栓、桁架、房屋立柱、桥墩……等等。

力学特征: 构件：直杆外力：合力沿杆轴作用(偏离轴线、怎样处理?)内力：在轴向载荷作用下，杆件横截面上的唯一内力分量为轴力N ，它们在该截面的两部分的大小相等、方向相反。

规定拉力为正，压力为负。

变形：轴向伸缩§2-2 拉压杆的应力一、拉压杆横截面上的应力(可演示，杆件受拉，上面所划的横线和纵线仍保持直线，仅距离改变，表明横截面仍保持为平面)平面假设→应变均匀→应力均匀AN=σ或A P =σ(拉为正，压为负)二、Saint-Venant 原理(1797-1886，原理于1855年提出)问题：杆端作用均布力，横截面应力均布。

杆端作用集中力，横截面应力均布吗? 如图, 随距离增大迅速趋于均匀。

局部力系的等效代换只影响局部。

它已由大量试验和计算证实，但一百多年以来，无数数学力学家试图严格证明它，至今仍未成功。

这是固体力学中一颗难以采撷的明珠。

三、拉压杆斜截面上的应力(低碳钢拉伸，沿45°出现滑移线，为什么?)0cos =-P Ap αα ασ=α=αcos cos AP p ασ=α=σαα2cos cos pασ=α=ταα22sin sin p ()0=ασ=σm ax ()452=ασ=τmax方位角α：逆时针方向为正剪应力τ：使研究对象有顺时针转动趋势为正。

例1和例2，看书p17,18§2-3 材料拉伸时的力学性能(构件的强度、刚度和稳定性，不仅与构件的形状、尺寸和所受外力有关，而且与材料的力学性能有关。

拉伸试验是最基本、最常用的试验。

)一、拉伸试验P18： 试样 拉伸图绘图系统放大变形传感器力传感器--→→→→二、低碳钢拉伸时的力学性能材料分类：脆性材料（玻璃、陶瓷和铸铁）、塑性材料(低碳钢：典型塑性材料)四个阶段：线性阶段（应力应变成正比，符合胡克定律，正比阶段的结束点称为比例极限）、屈服阶段(滑移线)（可听见响声，屈服极限s σ）、强化阶段（b σ强度极限）、局部变形(颈缩)阶段（名义应力↓，实际应力↑） 三(四个)特征点：比例极限、（接近弹性极限）、屈服极限、强度极限(超过强度极限、名义应力下降、实际应力仍上升)。

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。

材料⼒学性能复习第⼆章材料在静载荷下的⼒学性能1.连续塑性变形强化材料和⾮连续塑性形变强化材料曲线、变形过程、屈服强度。

2.指出以下应⼒应变曲线与哪些典型材料相对应，并对其经历的变形过程做出说明。

3.拉伸断裂前，发⽣少量塑性变形，⽆颈缩，在最⾼载荷点处断裂；4.断裂前先发⽣弹性变形，然后进⼊屈服阶段，之后发⽣形变强化+均匀塑性变形，有颈缩现象，再发⽣⾮均匀塑性变形直⾄断裂；5.应⼒状态软性系数的定义及其意义、应⼒状态图的应⽤。

6.画出低碳钢的应⼒应变曲线，并说明获得该材料的强度和塑性指标？⽐例极限弹性极限屈服极限强度极限断裂强度延伸率断⾯收缩率7.⼯程应⼒、⼯程应变、真应⼒和真应变之间有什么关系?8.为什么灰⼝铸铁的拉伸断⼝与拉伸轴垂直，⽽压缩断⼝却与压缩⼒轴成45o⾓？9.材料为灰铸铁，其试样直径d=30mm，原标距长度h。

=45mm。

在压缩试验时，当试样承受到485kN压⼒时发⽣破坏，试验后长度h=40mm。

试求其抗压强度和相对收缩率。

10.布⽒、洛⽒、维⽒硬度的试验原理、特点、应⽤。

11.现有如下⼯件需测定硬度，选⽤何种硬度试验⽅法为宜? (1) 渗碳层的硬度分布；(2)灰铸铁；(3)淬⽕钢件；(4)氮化层；(5)双相钢中的铁素体和马⽒体；(6)⾼速钢⼑具；(7)硬质合⾦；(8)退⽕态下的软钢。

第三章材料的变形12.⾦属的弹性模量主要取决于什么?材料的弹性模量可以通过材料热处理等⽅式进⾏有效改变的吗？为什么说它是⼀个对结构不敏感的⼒学性能？弹性也称之为刚度，都是表征材料变形的能⼒？特点：单值性，可逆性，变形量⼩；物理本质：克服原⼦间⼒（双原⼦模型）组织不敏感：E主要取决于材料的本性，与晶格类型和原⼦间距有关，合⾦中固溶原⼦、热处理⼯艺、冷塑性变形，温度、加载⽅式等都对弹性模量影响不⼤；刚度：弹性与刚度是不同的，弹性表征材料弹性变形的能⼒，刚度表征材料弹性变形的抗⼒。

13.弹性变形的不完整性？灰⼝铸铁可以⽤作机床机⾝，为什么？对理想弹性体，在应⼒作⽤下产⽣的应变，与应⼒间存在三个关系：线性、瞬时和唯⼀性。

材料力学性能-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1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2E 21a 2e e e e σεσ==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%)七.弹性模量1、物理意义：材料对弹性变形的抗力。

第二章轴向拉压应力与材料的力学性能2-1试画图示各杆的轴力图.题2-1图解：各杆的轴力图如图2-1所示。

图2-12—2试画图示各杆的轴力图，并指出轴力的最大值。

图a与b所示分布载荷均沿杆轴均匀分布，集度为q。

题2—2图（a）解：由图2—2a(1)可知，)(qx=2F-qaxN轴力图如图2—2a（2）所示，qa F 2max ,N =图2-2a(b ）解:由图2—2b(2）可知， qa F =Rqa F x F ==R 1N )(22R 2N 2)()(qx qa a x q F x F -=--=轴力图如图2-2b(2)所示,qa F =max N,图2-2b2—3 图示轴向受拉等截面杆，横截面面积A =500mm 2，载荷F =50kN 。

试求图示斜截面m -m 上的正应力与切应力，以及杆内的最大正应力与最大切应力。

题2-3图解：该拉杆横截面上的正应力为100MPa Pa 1000.1m10500N 10508263=⨯=⨯⨯==－A F σ 斜截面m -m 的方位角， 50-=α故有MPa 3.41)50(cos MPa 100cos 22=-⋅== ασσαMPa 2.49)100sin(MPa 502sin 2-=-⋅== αστα杆内的最大正应力与最大切应力分别为MPa 100max ==σσMPa 502max ==στ 2-5 某材料的应力—应变曲线如图所示，图中还同时画出了低应变区的详图。

试确定材料的弹性模量E 、比例极限p σ、屈服极限s σ、强度极限b σ与伸长率δ,并判断该材料属于何种类型（塑性或脆性材料）。

题2-5解：由题图可以近似确定所求各量。

220GPa Pa 102200.001Pa10220ΔΔ96=⨯=⨯≈=εσEMPa 220p ≈σ， MPa 240s ≈σMPa 440b ≈σ， %7.29≈δ该材料属于塑性材料。

2—7 一圆截面杆，材料的应力-应变曲线如题2—6图所示。