纹不断增长,裂纹尖端K I值不断增大,达到K IC断裂。
3.K I初始≥ K IC时,加上初始载荷后试样立即断裂。
意义:表示含有宏观裂纹的材料,在应力腐蚀条件下的断裂韧度。
c)应力腐蚀裂纹扩展速率:单位时间内裂纹的扩展量。
第I阶段:K I刚超过K Iscc时,裂纹突然加速扩展;
第Ⅱ阶段:裂纹尖端钝化、分叉,曲线出现水平线段;
第Ⅲ阶段:裂纹长度接近临界尺寸,快速扩展失稳断裂。
防止应力腐蚀的措施:
1.合理选择金属材料:选用K ISCC较高的合金。
2.减少或消除机件中的残余拉应力:主要是应力集中,注意工艺措施。
3.改善化学介质:减少和消除有害化学离子,添加缓蚀剂。
4.采用电化学保护
小结:应力腐蚀
i.造成应力腐蚀破坏的是静应力,远低于材料的屈服强度,而且一般是拉伸应力;
ii.应力腐蚀造成的破坏是脆性断裂,没有明显的塑性变形。
iii.只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐蚀。
iv.应力腐蚀的裂纹扩展是渐进缓慢的,这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸,使剩余下的断面不能承受外载时,就突然发生断裂。
v.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。
vi.应力腐蚀破坏的断口,其颜色灰暗,表面常有腐蚀产物,而疲劳断口的表面,如果是新鲜断口常常较光滑,有光泽。
vii.应力腐蚀的主裂纹扩展一般有分枝。
viii.应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂,也可以是沿晶断裂。如果是穿晶断裂,其断口是解理或准解理的。
d)氢脆:由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。
按照氢脆的来源可将氢脆分为:内部氢脆;环境氢脆。
e)氢蚀:氢与金属第二相作用生成高压气体,使基体金属晶界结合力减弱而导致金属
脆化。
按照脆断机制不同将氢脆分为:
1.氢蚀:高压气体使晶界结合力减弱而导致金属脆化。
2.白点:聚集在缺陷处的H2发生急剧膨胀,内压力很大足以将金属局部撕裂,形
成微裂纹,微裂纹的断面呈圆形或椭圆形,颜色为银白色。
3.氢化物致脆:IVB或VB族金属与氢极易形成氢化物,使金属脆化。
4.氢致延滞断裂(HIC)
特点:
(1)只在一定温度范围内出现。
(2)提高应变速率,材料对氢脆的敏感性降低。
(3)可显著降低δ和ψ。
(4)高强度钢的HIC具有可逆性。
断口特征:与脆性断口相似,沿晶断裂,晶界面上有许多撕裂棱。
断裂机理:
(1)孕育阶段;
[H]进入钢中, [H]在钢中的迁移,氢的偏聚。
(2)裂纹亚稳扩展阶段;
[H]向裂尖的塑性与弹性区界面处偏聚→脆化形成新裂纹,新裂纹与原裂
纹尖端汇合→裂纹扩展
(3)裂纹失稳扩展阶段;
f)白点:聚集在缺陷处的H2发生急剧膨胀,很大的内压力将金属局部撕裂,形成的
圆形或椭圆形,颜色为银白色的微裂纹。
g)氢化物致脆:IVB或VB族金属与氢极易形成氢化物,使金属脆化。
h)氢致延滞断裂:由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
应变速率大时:氢原子的运动跟不上位错运动,无氢脆;
温度过高时:热扩散作用增强,氢气团难以形成,也无氢脆;
因此氢致延滞断裂在一定应变速率和一定温度范围内才能出现。
氢脆和应力腐蚀相比,其特点表现在:
a)实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是,当施加一小的阳极电流,如使开裂加
速,则为应力腐蚀,而当施加一小阴极电流,使开裂加速者则为氢脆。
b)在强度较低的材料中,或为高强度材料但受力不大时,其断裂源在表面以下的某一
深度,此处三向拉应力最大,氢聚集在这里造成断裂。
c)断裂的主裂纹没有分枝的情况,这和应力腐蚀的裂纹是不同的。
d)氢脆断口上一般没有腐蚀产物或者其量极微。
e)大多数的氢脆断裂,都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关系。
防止氢脆的措施:
1、环境因素:设法切断氢进入金属的途径;
2、力学因素:排除产生残余拉应力的因素;应力场强度因子小于氢脆门槛值;
3、材质因素:碳、硫、磷含量;强度等级;显微组织;晶粒度。
应力腐蚀的特点:
1.裂纹从表面开始;
2.裂纹分叉,有较多的二次裂纹;
3.裂纹源区有较多的腐蚀产物覆盖着;
4.一般为沿晶断裂,也有穿晶解理断裂;
5.必定要有拉伸应力(或残余拉应力)作用;
6.只有合金中发生,纯金属不发生应力腐蚀;
7.一种合金只对少数特定化学介质敏感,浓度可以很低;
8.无应力时,合金对腐蚀环境可能是惰性的;
9.阴极保护能明显减缓应力腐蚀开裂。
氢脆的特点:
1.裂纹从内部开始;
2.裂纹几乎不分叉,有二次裂纹;
3.腐蚀产物较少;
4.多数为沿晶断裂,也可能出现穿晶解理或准解理断裂;
5.合金和纯金属均可能发生;
6.只要在含氢的环境或在能产生氢的情况下都能发生;
7.必须含有氢,强度越高,所需的含氢量越低;
8.阴极保护反而促进高强钢的氢脆倾向。
2.力学性能指标的意义
a)σscc:不发生应力腐蚀的临界应力;
b)K Iscc:应力腐蚀门槛值:将试样放在特定化学介质中永不断裂的最大应力场强度因
子;
c)K IHEC:氢脆临界应力场强度因子;
d)da/dt:单位时间内裂纹的扩展量叫做应力腐蚀裂纹扩展速率。
3.试述金属产生应力腐蚀的条件及机理。
a)条件:存在拉应力,特定的化学介质,合金材料。
b)机理:滑移-溶解理论:
i.钝化:在特定化学介质中,表面形成一层钝化膜;
ii.滑移:拉应力作用下,局部塑性变形,产生滑移;
iii.膜破:滑移台阶在表面露头时钝化膜破裂,露出新鲜表面;
iv.阳极溶解:新鲜金属为阳极,有钝化膜的金属为阴极,形成电化学腐蚀。
4.何谓氢致延滞断裂?为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的
温度范围内出现?
a)氢致延滞断裂:由于氢的作用而产生的延滞断裂现象。
b)应变速率大时,氢原子运动速率跟不上位错运动,无氢脆;
c)温度过高时,热扩散作用增强,氢气团难以形成,也无氢脆。
金属的高温力学性能
1.名词解释
a)等强温度:晶粒与晶界两者强度相等的温度;
随着实验温度的升高,金属断裂由穿晶转变为沿晶断裂。
由于高温时晶界强度的下降速度比晶粒强度的快。
b)约比温度:试验温度与金属熔点的比值,大于0.5时为高温,反之为低温。
c)蠕变:材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。
蠕变曲线的三个阶段:
第一阶段:减速蠕变阶段,又称过渡蠕变阶段;
第二阶段:恒速蠕变阶段,又称稳态蠕变阶段;
第三阶段:加速蠕变阶段。
应力较小、温度较低时:蠕变恒速蠕变阶段持续时间长,甚至不出现加速蠕变阶段;
应力较大、温度较高时:蠕变恒速蠕变阶段持续时间短,甚至消失,试样在短时间
内断裂,主要为加速蠕变。
变形机理:
i.位错滑移蠕变:外界热激活能有利于加强位错的运动,克服短程障碍,使材料
发生塑性变形。
1.减速蠕变阶段:应变硬化导致位错滑移阻力增大,蠕变速率降低;
2.稳态蠕变阶段:晶粒内出现位错增殖,导致应变硬化,促进动态回复进行,
使金属不断软化。当应变硬化与软化达到平衡时,蠕变速率为一常数。
3.加速蠕变阶段:晶界的应力集中引起的微小裂纹;点阵缺陷在晶界处析出
并产生空位;试样本身出现颈缩。
ii.扩散蠕变:约比温度>0.5时,在高温和应力的作用下,空位、原子的定向扩散使材料产生蠕变。
1.承受拉应力的晶界,空位浓度增加;
2.承受压应力的晶界,空位浓度减小。
断裂机理:
i.裂纹萌生
1.三晶粒交会处萌生楔形裂纹:晶界滑动,三晶粒交会处造成应力集中,形
成空洞,空洞相互连接,便形成楔形裂纹。
2.晶界上空洞汇聚:在晶界上的突起部位和细小的第二相质点附近,由于晶
界滑动而产生空洞;空洞长大,汇聚形成裂纹。
ii.断口
1.宏观特征:断口附近产生塑性变形,变形区域有很多裂纹,使表面出现龟
裂现象;高温氧化使表面被一层氧化膜覆盖;
2.微观特征:冰糖状花样的沿晶断裂形貌。
d)蠕变极限:材料在高温长时载荷作用下的塑性变形抗力指标。
定义法:σεT
规定温度T下,使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率不超过规定值ε时的最
大应力为σ。
在规定温度T与试验时间t内,使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值ε的最
大应力为σ。
e)持久强度极限:高温长时载荷作用下,在规定的持续时间内不发生断裂的最大应力。
f)应力松弛:在规定温度和初始应力条件下,金属材料中的应力随时间增加而减小的
现象。
g)应力松弛:当最大应力大于有效屈服强度时,由于屈服时应力只能等于有效屈服应
力,因此超出的应力都会降低的现象。
h)稳态蠕变:晶粒内出现位错增殖,应变硬化的发展促进了动态回复的进行,使金属
不断软化。当应变硬化与回复软化两者达到平衡时,蠕变速率为一常数。
i)扩散蠕变:晶体内空位从受拉晶界向受压晶界迁移,原子朝相反方向运动,使得晶
体伸长的蠕变。
j)松弛稳定性:金属材料抵抗应力松弛的性能。
k)剩余应力:应力松弛试验中,任一时间试样上所保持的应力。
剩余应力越高,松弛稳定性越好。
影响金属高温力学性能的主要因素
材料力学性能复习总结
绪论 弹性:指材料在外力作用下保持与恢复固有形状与尺寸得能力。 塑性:材料在外力作用下发生不可逆得永久变形得能力。 刚度:材料在受力时抵抗弹性变形得能力。 强度:材料对变形与断裂得抗力。 韧性:指材料在断裂前吸收塑性变形与断裂功得能力。 硬度:材料得软硬程度。 耐磨性:材料抵抗磨损得能力。 寿命:指材料在外力得长期或重复作用下抵抗损伤与失效得能。 材料得力学性能得取决因素:内因——化学成分、组织结构、残余应力、表面与内部得缺陷等;外因——载荷得性质、应力状态、工作温度、环境介质等条件得变化。 第一章材料在单向静拉伸载荷下得力学性能 1、1 拉伸力—伸长曲线与应力—应变曲线 应力—应变曲线 退火低碳钢在拉伸力作用下得力学行为可分为弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形与不均匀集中塑性变形与断裂几个阶段。 弹性变形阶段:曲线得起始部分,图中得oa段。 多数情况下呈直线形式,符合虎克定律。 屈服阶段:超出弹性变形范围之后,有得材料在 塑性变形初期产生明显得塑性流动。此时,在外力 不增加或增加很小或略有降低得情况下,变形继续产 生,拉伸图上出现平台或呈锯齿状,如图中得ab段。 均匀塑性变形阶段:屈服后,欲继续变形,必须 不断增加载荷,此阶段得变形就是均匀得,直到曲 退火低碳钢应力—应变曲线 线达到最高点,均匀变形结束,如图中得bc段。 不均匀塑性变形阶段:从试样承受得最大应力点开始直到断裂点为止,如图中得cd段。在此阶段,随变形增大,载荷不断下降,产生大量不均匀变形,且集中在颈缩处,最后载荷达到断裂载荷时,试样断裂。 弹性模量E:应力—应变曲线与横轴夹角得大小表示材料对弹性变形得抗力,用弹性模量E表
工程材料力学性能答案
工程材料力学性能答案1111111111111111111111111111111111111 1111111111111111111111111111111111111 111111 决定金属屈服强度的因素有哪 些?12 内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素:温度、应变速率和应力状态。试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。固溶强化、形变硬化、细晶强化试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险?21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂,这种断裂有一个缓慢的撕裂过程,在裂纹扩展过程中不断地消耗能量;而脆性断裂是突然发生的断裂,断裂前基本上不发生塑性变形,没有明显征兆,因而危害性很大。何谓拉伸断口三要素?影响宏观拉伸断口性态的
因素有哪些?答:宏观断口呈杯锥形,纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成,即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置,因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化?断裂强度与抗拉强度有何区别?抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力,记为σb;拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系:σf = σb (1+ψ);脆性材料的抗拉强度就是断裂强度;对于塑性材料,于出现颈缩两者并不相等。裂纹扩展受哪些因素支配?答:裂纹形核前均需有塑性变形;位错运动受阻,在一定条件下便会形成裂纹。2222222222222222222222222222222222 2222222222222222222222222222222222 2222 试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。答:单向拉伸试验的特点及应用:单向拉伸的应力状态较硬,一般用于塑性变形
工程材料力学性能
《工程材料力学性能》(第二版)课后答案 第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能 一、解释下列名词 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(σP)或屈服强度(σS)增加;反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)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。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能指标? 答案:金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力,而材料的成分和组织对它的影响不大,所以说它是一个对组织不敏感的性能指标,这是弹性模量在性能上的主要特点。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。 三、什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义? 答案:包辛格效应就是指原先经过变形,然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降
材料力学性能重点总结
名词解释: 1加工硬化:试样发生均匀塑性变形,欲继续变形则必须不断增加载荷,这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。 2弹性比功:表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 3滞弹性:在弹性范围内快速加载或卸载后,随着时间延长产生附加弹性应变的现象。 4包申格效应:金属材料通过预先加载产生少量塑性变形(残余应变小于1%-4%),而后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。 5塑性:金属材料断裂前发生塑性变形的能力。常见塑性变形方式:滑移和孪生 6弹性极限:以规定某一少量的残留变形为标准,对应此残留变形的应力。 7比例极限:应力与应变保持正比关系的应力最高限。 8屈服强度:以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%的残留变形的应力作为屈 服强度。 9韧性断裂是材料断裂前发生产生明显的宏观塑性变形的断裂,这种断裂有一个缓慢的断裂 过程,在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并于主 应力成45度角。 10脆性断裂是突然发生的断裂,断裂前基本上不发生塑形变形,没有明显征兆,危害性很大。断裂面一般与主应力垂直,端口平齐而光亮,常呈放射状或结晶状。 11剪切断裂是金属材料在切应力作用下,沿着滑移面分离而造成的断裂,又分滑断和微孔聚集性断裂。 12解理断裂:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,总是脆性断裂。 13缺口效应:由于缺口的存在,在静载荷作用下,缺口截面上的应力状态发生变化,产生所谓缺口效应“ ①缺口引起应力集中,并改变了缺口应力状态,使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。 ②缺口使得材料的强度提高,塑性降低,增大材料产生脆断的倾向。 8缺口敏感度:有缺口强度的抗拉强度Z bm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度Zb的比值. NSR=Z bn / Z S NSR越大缺口敏感度越小 9冲击韧性:Ak除以冲击式样缺口底部截面积所得之商 10冲击吸收功:式样变形和断裂所消耗的功,称为冲击吸收功以Ak表示,单位J 11低温脆性:一些具有体心立方晶格或某些秘排立方晶格的金属,当温度降低到、某一温度时,会由韧性状态变为脆性状态,冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集变为穿晶解 理,断口特征由纤维状变为结晶状,这种现象称为低温脆性 12脆性转变温度:当温度降低时,材料屈服强度急剧增加,而塑形和冲击吸收功急剧减小。材料屈服强度急剧升高的温度,或断后延伸率,断后收缩率,冲击吸收功急剧减小的温度就是韧脆转变温度tk,tk是一个温度区间 16应力场强度因子KI :表示应力场的强弱程度,对于某一确定的点的大小直接影响应力场的大小,KI越大,则应力场各应力分量也越大 17应力腐蚀:金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下,经过一段时间后产生的低应力脆断现象第一章 3?金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指 标? 答:由于弹性变形时原子间距在外力作用下可逆变化的结果,应力与应变关系实际上是原子
材料力学性能-考前复习总结(前三章)
金属材料的力学性能指标是表示其在力或能量载荷作用下(环境)变形和断裂的某些力学参量的临界值或规定值。 材料的安全性指标:韧脆转变温度Tk;延伸率;断面收缩率;冲击功Ak;缺口敏感性NSR 材料常规力学性能的五大指标:屈服强度;抗拉强度;延伸率;断面收缩率;冲击功Ak;硬度;断裂韧性 第一章单向静拉伸力学性能 应力和应变:条件应力条件应变 = 真应力真应变 应力应变状态:可在受力机件任一点选一六面体,有九组应力,其中六个独立分量。其中必有一主平面,切应力为零,只有主应力,且 ,满足胡克定律。 应力软性系数:最大切应力与最大正应力的相对大小。 1 弹变1)弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。ae=1/2σeεe=σe2/2E。取决于E和弹性极限,弹簧用于减震和储能驱动,应有较高的弹性比功和良好弹性。需通过合金强化及组织控制提高弹性极限。 2)弹性不完整性:纯弹性体的弹性变形只与载荷大小有关,而与加载方向及加载时间无关,但对实际金属而言,与这些因素均有关系。 ①滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。与材料成分、组织及试验条件有关,组织约不均匀,温度升高,切应力越大,滞弹性越明显。金属中点缺陷的移动,长时间回火消除。 弹性滞后环:由于实际金属有滞弹性,因此在弹性区内单向快速加载、卸载时,加载线与卸载线不重合,形成一封闭回路。吸收变形功 循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力(塑性区加载,塑性滞后环),也叫内耗(弹性区加载),或消震性。 ②包申格效应: 定义:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。(反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零,这说明在反向加载时塑性变形立即开始了) 解释:与位错运动所受阻力有关,在某滑移面上运动位错遇位错林而使其弯曲,密度增大,形成位错缠结或胞状组织,相对稳定。卸载后同向拉伸,位错线不能显著运动。但反向载荷使得位错做反向运动,阻碍
工程材料力学性能-第2版课后习题答案
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 解释下列名词。 1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2.滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。 3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。 5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6.塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。 韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b 的台阶。 8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。 沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。 11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答:E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标? 答:主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了,原子的本性和晶格类型未发生改变,故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别?为什么? 5、 决定金属屈服强度的因素有哪些?【P12】 答:内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素:温度、应变速率和应力状态。 6、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险?【P21】 答:韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂,这种断裂有一个缓慢的撕裂过程,在裂纹扩展过程中不断地消耗能量;而脆性断裂是突然发生的断裂,断裂前基本上不发生塑性变形,没有明显征兆,因而危害性很大。
材料力学性能总结材料
材料力学性能:材料在各种外力作用下抵抗变形和断裂的能力。 屈服现象:外力不增加,试样仍然继续伸长,或外力增加到一定数值时突然下降,随后在外力不增加或上下波动情况下,试样继续伸长变形。 屈服过程:在上屈服点,吕德斯带形成;在下屈服点,吕德斯带扩展;当吕德斯带扫过整个试样时,屈服伸长结束。 屈服变形机制:位错运动与增殖的结果。 屈服强度:开始产生塑性变形的最小应力。 屈服判据: 屈雷斯加最大切应力理论:在复杂应力状态下,当最大切应力达到或超过相同金属材料的拉伸屈服强度时产生屈服。 米赛斯畸变能判据:在复杂应力状态下,当比畸变能等于或超过相同金属材料在单向拉伸屈服时的比畸变能时,将产生屈服。 消除办法: 加入少量能夺取固溶体合金中溶质原子的物质,使之形成稳定化合物的元素; 通过预变形,使柯氏气团被破坏。 影响因素: 1.因: a)金属本性及晶格类型:金属本性及晶格类型不同,位错运动所受的阻力不同。 b)晶粒大小和亚结构:减小晶粒尺寸将使屈服强度提高。 c)溶质元素:固溶强化。 d)第二相 2.外因:温度(-);应变速率(+);应力状态。 第二相强化(沉淀强化+弥散强化):通过第二相阻碍位错运动实现的强化。
强化效果: 在第二相体积比相同的情况下,第二相质点尺寸越小,强度越高,强化效果越好; 在第二相体积比相同的情况下,长形质点的强化效果比球形质点的强化效果好; 第二相数量越多,强化效果越好。 细晶强化:通过减小晶粒尺寸增加位错运动障碍的数目(阻力大),减小晶粒位错塞积群的长度(应力小),从而使屈服强度提高的方法。 同时提高塑性及韧性的机理: 晶粒越细,变形分散在更多的晶粒进行,变形较均匀,且每个晶粒中塞积的位错少,因应力集中引起的开裂机会较少,有可能在断裂之前承受较大的变形量,即表现出较高的塑性。 细晶粒金属中,裂纹不易萌生(应力集中少),也不易传播(晶界曲折多),因而在断裂过程中吸收了更多能量,表现出较高的韧性。 固溶强化:在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金,将显著提高屈服强度。 原因:溶质原子与位错的弹性相互作用,使溶质原子扩散到位错周围,形成柯氏气团;柯氏气团钉扎位错,提高位错运动阻力。 强化效果:间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体;溶质和溶剂原子尺寸差越大,强化效果越好;溶质浓度越大,强化效果越好。 应变硬化(形变强化):金属材料塑性变形过程中所需要的外力不断增大,表明金属材料有一种阻止继续塑性变形的能力。 原因:塑性变形过程中,位错不断增殖,运动受阻所致。 断裂韧度:临界或失稳状态下的应力场强度因子的大小。 塑性变形:作用在物体上的外力取消后,物体的变形不完全恢复而产生的永久变形。 1.单晶体:滑移+孪生;
工程材料力学性能整理加强版重点
答:韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂,这种断裂有一个缓慢的撕裂过程, 在裂纹扩展过程中 不断地消耗能量;而脆性断裂是突然发生的断裂,断裂前基本上不发生塑性变形, 没有明显征兆,因而危害性很大。 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂,为什么断裂性质完全不同? 答:剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离,一般是 韧性断裂,而解理断裂是 在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,解理断裂通常是脆性断裂。 何谓拉伸断口三要素?影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些? 答:宏观断口呈杯锥形,由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成,即所谓的断口特征三要素。上述 《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第 一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形 功表示。 2. 滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性, 也就是应变落后于应力的现象。 3. 循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4. 包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加; 反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。 5 ?解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6?塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。 韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7. 解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为 b 的台阶。 8. 河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合 ,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成 为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9. 解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生 的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 10. 穿晶断裂: 沿晶断裂: 11.韧脆转变: 穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。 裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。 具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时, 冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧 性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变 说明下列力学性能指标的意义。 2、 答:E 弹性模量G 切变模量 cr r 规定残余伸长应力 CT 0.2屈服强度 6gt 金属材料拉伸时最大应力下 3、 的总伸长率n 应变硬化指数 【P151 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标? 答:主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态 4、 5、 和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了,原子的本性和晶格类型未发 生改变,故弹性模量对组织不敏感。 【P4】 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力 决定金属屈服强度的因素有哪些? 【P121 -伸长曲线图上的区别?为什么? 6 、 答:内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、 外在因素:温度、应变速率和应力状态。 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险? 溶质元素、第二相。 【P21】 7、 【P23】
材料力学公式汇总
材料力学常用公式 1.外力偶矩 计算公式(P功率,n转速)2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关 系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计 算公式(杆件横截面轴力 F N,横截面面积A,拉应力为正) 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式(夹角a 从x轴 正方向逆时针转至外法线的方位 角为正) 5. 6.纵向变形和横向变形(拉伸前试 样标距l,拉伸后试样标距l1; 拉伸前试样直径d,拉伸后试样 直径d1) 7. 8.纵向线应变和横向线应变 9.10.泊松比 11.胡克定律 12.受多个力作用的杆件纵向变形计 算公式? 13.承受轴向分布力或变截面的杆 件,纵向变形计算公式 14.轴向拉压杆的强度计算公式 15.许用应力,脆性材 料,塑性材料 16.延伸率 17.截面收缩率 18.剪切胡克定律(切变模量G,切应变g ) 19.拉压弹性模量E、泊松比和切变 模量G之间关系式 20.圆截面对圆心的极惯性矩(a) 实心圆
21.(b)空心 圆 22.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式(扭矩T,所求点到 圆心距离r) 23.圆截面周边各点处最大切应力计 算公式 24.扭转截面系数,(a) 实心圆 25.(b)空心圆 26.薄壁圆管(壁厚δ≤ R0 /10 , R0为圆管的平均半径)扭转切应 力计算公式 27.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、 扭转刚度GH p的关系式 28.同一材料制成的圆轴各段内的扭 矩不同或各段的直径不同(如阶 梯轴)时或 29.等直圆轴强度条件 30.塑性材料;脆性 材料 31.扭转圆轴的刚度条件? 或 32.受内压圆筒形薄壁容器横截面和 纵截面上的应力计算公式 , 33.平面应力状态下斜截面应力的一 般公式 , 34.平面应力状态的三个主应力 ,
工程材料力学性能 东北大学
课后答案 第一章 一、解释下列名词 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。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能? 答案:金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力,而材料的成分和组织对它的影响不大,所以说它是一个对组织不敏感的性能指标,这是弹性模量在性能上的主要特点。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。 三、什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义? 答案:包辛格效应就是指原先经过变形,然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零,这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。包辛格效应可以用位错理论解释。 第一,在原先加载变形时,位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍,塞积后便产生了背应力,这背应力反作用于位错源,当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时,可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力,是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反,而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了,和背应力方向一致,背应力帮助位错运动,塑性变形容易了,于是,经过预变形再反向加载,其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。 其次,在反向加载时,在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号,要引起异号位错消毁,这也会引起材料的软化,屈服强度的降低。 实际意义:在工程应用上,首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次,包辛格效应大的材料,内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系,在高周疲劳中,包辛格效应小的疲劳寿命高,而包辛格效应大的,由于疲劳软化也较严重,对高周疲劳寿命不利。可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。解理断裂是典型的脆性断裂的代表,微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度位错增值和运动晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的因素主要从内因和外因两个方面考虑 (一)影响屈服强度的内因素 1.金属本性和晶格类型(结合键、晶体结构)单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力,其值与位错运动所受到的阻力(晶格阻力--派拉力、位错运动交互作用产生的阻力)决定。派拉力:位错交互作用力(a 是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数,L 是位错间距。) 2.2.晶粒大小和亚结构晶粒小→晶界多(阻碍位错运动)→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏
孙训方版 材料力学公式总结大全
材料力学重点及其公式 材料力学的任务 (1)强度要求;(2)刚度要求;(3)稳定性要求。 变形固体的基本假设 (1)连续性假设;(2)均匀性假设;(3)各向同性假设;(4)小变形假设。 外力分类:表面力、体积力;静载荷、动载荷。 内力:构件在外力的作用下,内部相互作用力的变化量,即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法:(1)欲求构件某一截面上的内力时,可沿该截面把构件切开成两部分,弃去任一部分,保留另一部分研究(2)在保留部分的截面上加上内力,以代替弃去部分对保留部分的作用。(3)根据平衡条件,列平衡方程,求解截面上和内力。 应力: dA dP A P p A =??=→?lim 0正应力、切应力。 变形与应变:线应变、切应变。 杆件变形的基本形式 (1)拉伸或压缩;(2)剪切;(3)扭转;(4)弯曲;(5)组合变形。 静载荷:载荷从零开始平缓地增加到最终值,然后不再变化的载荷。 动载荷:载荷和速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因:脆性材料在其强度极限b σ破坏,塑性材料在其屈服极限s σ时失效。二者统称为 极限应力理想情形。 塑性材料、脆性材料的许用应力分别为: []3n s σσ=, []b b n σ σ=,强度条件: []σσ≤??? ??=max max A N ,等截面杆 []σ≤A N m a x 轴向拉伸或压缩时的变形:杆件在轴向方向的伸长为:l l l -=?1,沿轴线方向的应变和横
截面上的应力分别为:l l ?= ε,A P A N ==σ。横向应变为:b b b b b -=?=1'ε,横向应变与轴向应变的关系为:μεε-=' 。 胡克定律:当应力低于材料的比例极限时,应力与应变成正比,即 εσE =,这就是胡克定律。E 为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得:EA Nl l = ? 静不定:对于杆件的轴力,当未知力数目多于平衡方程的数目,仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。 圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φργρ=。物理关系——胡克定律dx d G G φργτρρ==。力学关系dA dx d G dx d G dA T A A A ???===2 2ρφφρρτρ 圆轴扭转时的应力:t p W T R I T == max τ;圆轴扭转的强度条件: ][max ττ≤=t W T ,可以进行强度校核、截面设计和确定许可载荷。 圆轴扭转时的变形:??== l p l p dx GI T dx GI T ?;等直杆:p GI Tl =? 圆轴扭转时的刚度条件: p GI T dx d == '??,][max max ??'≤='p GI T 弯曲内力与分布载荷q 之间的微分关系 )() (x q dx x dQ =; ()()x Q dx x dM =;()()()x q dx x dQ dx x M d ==2 2 Q 、M 图与外力间的关系 a )梁在某一段内无载荷作用,剪力图为一水平直线,弯矩图为一斜直线。 b )梁在某一段内作用均匀载荷,剪力图为一斜直线,弯矩图为一抛物线。 c )在梁的某一截面。 ()()0==x Q dx x dM ,剪力等于零,弯矩有一最大值或最小值。 d )由集中力作用截面的左侧和右侧,剪力Q 有一突然变化,弯矩图的斜率也发生突然变化形成一个转折点。
材料力学性能总结
材料力学性能:材料在各种外力作用下抵抗变形与断裂得能力。 屈服现象:外力不增加,试样仍然继续伸长,或外力增加到一定数值时突然下降,随后在外力不增加或上下波动情况下,试样继续伸长变形。 屈服过程:在上屈服点,吕德斯带形成;在下屈服点,吕德斯带扩展;当吕德斯带扫过整个试样时,屈服伸长结束。 屈服变形机制:位错运动与增殖得结果。 屈服强度:开始产生塑性变形得最小应力。 屈服判据: 屈雷斯加最大切应力理论:在复杂应力状态下,当最大切应力达到或超过相同金属材料得拉伸屈服强度时产生屈服。 米赛斯畸变能判据:在复杂应力状态下,当比畸变能等于或超过相同金属材料在单向拉伸屈服时得比畸变能时,将产生屈服。 消除办法: 加入少量能夺取固溶体合金中溶质原子得物质,使之形成稳定化合物得元素; 通过预变形,使柯氏气团被破坏。 影响因素: 1.内因: a)金属本性及晶格类型:金属本性及晶格类型不同,位错运动所受得阻力不同。 b)晶粒大小与亚结构:减小晶粒尺寸将使屈服强度提高。 c)溶质元素:固溶强化。 d)第二相 2.外因:温度(-);应变速率(+);应力状态。 第二相强化(沉淀强化+弥散强化):通过第二相阻碍位错运动实现得强化。 强化效果: 在第二相体积比相同得情况下,第二相质点尺寸越小,强度越高,强化效果越好; 在第二相体积比相同得情况下,长形质点得强化效果比球形质点得强化效果好; 第二相数量越多,强化效果越好。 细晶强化:通过减小晶粒尺寸增加位错运动障碍得数目(阻力大),减小晶粒内位错塞积群得长度(应力小),从而使屈服强度提高得方法。 同时提高塑性及韧性得机理: 晶粒越细,变形分散在更多得晶粒内进行,变形较均匀,且每个晶粒中塞积得位错少,因应力集中引起得开裂机会较少,有可能在断裂之前承受较大得变形量,即表现出较高得塑性。细晶粒金属中,裂纹不易萌生(应力集中少),也不易传播(晶界曲折多),因而在断裂过程中吸收了更多能量,表现出较高得韧性。 固溶强化:在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金,将显著提高屈服强度。 原因:溶质原子与位错得弹性相互作用,使溶质原子扩散到位错周围,形成柯氏气团;柯氏气团钉扎位错,提高位错运动阻力。 强化效果:间隙固溶体得强化效果大于置换固溶体;溶质与溶剂原子尺寸差越大,强化效果越好;溶质浓度越大,强化效果越好。 应变硬化(形变强化):金属材料塑性变形过程中所需要得外力不断增大,表明金属材料有一种阻止继续塑性变形得能力。 原因:塑性变形过程中,位错不断增殖,运动受阻所致。 断裂韧度:临界或失稳状态下得应力场强度因子得大小。 塑性变形:作用在物体上得外力取消后,物体得变形不完全恢复而产生得永久变形。
材料力学知识点总结教学内容
材料力学总结一、基本变形
二、还有: (1)外力偶矩:)(9549 m N n N m ?= N —千瓦;n —转/分 (2)薄壁圆管扭转剪应力:t r T 22πτ= (3)矩形截面杆扭转剪应力:h b G T h b T 32max ;β?ατ= =
三、截面几何性质 (1)平行移轴公式:;2A a I I ZC Z += abA I I c c Y Z YZ += (2)组合截面: 1.形 心:∑∑=== n i i n i ci i c A y A y 1 1 ; ∑∑=== n i i n i ci i c A z A z 1 1 2.静 矩:∑=ci i Z y A S ; ∑=ci i y z A S 3. 惯性矩:∑=i Z Z I I )( ;∑=i y y I I )( 四、应力分析: (1)二向应力状态(解析法、图解法) a . 解析法: b.应力圆: σ:拉为“+”,压为“-” τ:使单元体顺时针转动为“+” α:从x 轴逆时针转到截面的 法线为“+” ατασσσσσα2sin 2cos 2 2 x y x y x --+ += ατασστα2cos 2sin 2 x y x +-= y x x tg σστα-- =220 22 min max 22 x y x y x τσσσσσ+??? ? ? ?-±+= c :适用条件:平衡状态 (2)三向应力圆: 1max σσ=; 3min σσ=;2 3 1max σστ-= x
(3)广义虎克定律: [])(13211σσνσε+-=E [] )(1 z y x x E σσνσε+-= [])(11322σσνσε+-=E [] )(1 x z y y E σσνσε+-= [])(12133σσνσε+-=E [] )(1 y x z z E σσνσε+-= *适用条件:各向同性材料;材料服从虎克定律 (4)常用的二向应力状态 1.纯剪切应力状态: τσ=1 ,02=σ,τσ-=3 2.一种常见的二向应力状态: 22 3122τσσ σ+?? ? ??±= 2234τσσ+=r 2243τσσ+=r 五、强度理论 *相当应力:r σ 11σσ=r ,313σσσ-=r ,()()()][2 12 132322214σσσσσσσ-+-+-= r σx σ
工程材料力学性能
工程材料力学性能 工程材料力学性能 第一章、金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 一、名词解释 ?弹性比功又称弹性比能、应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的功能。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ?循环韧性:金属材料在交变载荷(震动)下吸收不可逆变形功的能力,称为金属的循环韧性,也叫金属的内耗。 ?包申格效应:金属材料经过预先加载产生多少塑性变形(残余应力为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;反向加载,规定残余伸长应力降低(特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零)的现象,称为包申格效应。 ?塑性:指金属材料断裂前发生塑性变形(不可逆永久变形)的能力。金属材料断裂前所产生的塑性变形由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成。 ?韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力,或指材料抵抗裂纹扩展的能力。 ?脆性:脆性相对于塑性而言,一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势。 ?解理面:因解理断裂与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 ?解理刻面:实际的解理断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的,这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 ?解理台阶:解理裂纹与螺型位错相交而形成的具有一定高度的台阶称为解理台阶。
?河流花样解理台阶沿裂纹前段滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大。当汇合台阶高度足够大时,便成为了河流花样。 ?穿晶断裂与沿晶断裂:多晶体金属断裂时,裂纹扩展的路径可能是不同的。裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂;裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂。穿晶断裂和沿晶断裂有时候可以同时发生。 二、下列力学性能指标的的意义 ?E(G):弹性模量,表示的是材料在弹性范围内应力和应变之比; ?σr:规定残余伸长应力,表示试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力;常用σ0.2表示材料的规定残余延伸率为0.2%时的应力,称为屈服强度;σs:屈服点,表示呈屈服现象的金属材料拉伸时,试样在外力不断增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力称为屈服点。 ?σb:抗拉强度,表示韧性金属材料的实际承载能力; ?n:应变硬化指数,反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬化行为的性能指标; ?δ:断后伸长率,表示试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比; ?δgt:金属材料拉伸时最大力下的总伸长率(最大均匀塑性变形); ?ψ:断面收缩率,表示试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 三、问答题 ?金属的弹性模量主要取决于什么因素,为何说它是一个对组织不敏感的力学性能指标, 答:由于弹性变形是原子间距在外来作用下可逆变化的结果,应力与应变关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系。所以,弹性模量与原子间作用力有关,与原子间距也有一定关系。原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型,故弹性模量也主要决定于金属原子本性
工程材料力学性能总结
第一章、金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 一、名词解释 ★弹性比功又称弹性比能、应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的功能。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ★循环韧性:金属材料在交变载荷(震动)下吸收不可逆变形功的能力,称为金属的循环韧性,也叫金属的内耗。 ★包申格效应:金属材料经过预先加载产生多少塑性变形(残余应力为 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;反向加载,规定残余伸长应力降低(特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零)的现象,称为包申格效应。 ★塑性:指金属材料断裂前发生塑性变形(不可逆永久变形)的能力。金属材料断裂前所产生的塑性变形由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成。 ★韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力,或指材料抵抗裂纹扩展的能力。 ★脆性:脆性相对于塑性而言,一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势。 ★解理面:因解理断裂与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 ★解理刻面:实际的解理断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的,这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 ★解理台阶:解理裂纹与螺型位错相交而形成的具有一定高度的台阶称为解理台阶。 ★河流花样解理台阶沿裂纹前段滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大。当汇合台阶高度足够大时,便成为了河流花样。 ★穿晶断裂与沿晶断裂:多晶体金属断裂时,裂纹扩展的路径可能是不同的。裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂;裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂。穿晶断裂和沿晶断裂有时候可以同时发生。 二、下列力学性能指标的的意义 ①E(G):弹性模量,表示的是材料在弹性范围内应力和应变之比; ②σr:规定残余伸长应力,表示试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力;常用σ0.2表示材料的规定残余延伸率为0.2%时的应力,称为屈服强度;σs:屈服点,表示呈屈服现象的金属材料拉伸时,试样在外力不断增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力称为屈服点。 ⑤σb:抗拉强度,表示韧性金属材料的实际承载能力; ⑥n:应变硬化指数,反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬化行为的性能指标; ⑦δ:断后伸长率,表示试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比; ⑧δgt:金属材料拉伸时最大力下的总伸长率(最大均匀塑性变形); ⑨ψ:断面收缩率,表示试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
材料力学定律公式汇总
材料力学重点及其公式 材料力学的任务变形固体的基本假设外力分类:(1)强度要求;(2)刚度要求;(3)稳定性要求。 (1)连续性假设;(2)均匀性假设;(3)各向同性假设;(4)小变形假设。表面力、体积力;静载荷、动载荷。 内力:构件在外力的作用下,内部相互作用力的变化量,即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法:(1)欲求构件某一截面上的内力时,可沿该截面把构件切开成两部分,弃去任一部分,保留另一部分研究(2 )在保留部分的截面上加上内力,以代替弃去部分对保留部分的作用。(3)根据平衡条件,列平衡方程,求解截面上和内力。 应力:P Hm —E 兰正应力、切应力。 应变。 杆件变形的基本形式(1)拉伸或压缩;(2)剪切;(3)扭转; 静载荷:载荷从零开始平缓地增加到最终值,然后不在变化的载荷变化的载荷为动 载荷。 失效原因:脆性材料在其强度极限b破坏,塑性材料在其屈服极限 关系为:。 胡克定律:当应力低于材料的比例极限时,应力与应变成正比,即为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得:l 皿 EA 静不定:对于杆件的轴力,当未知力数目多于平衡方程的数目,仅利用静力平衡方程无法解出全部 未知力。 圆轴扭转时的应力变形几何关系一圆轴扭转的平面假设d_ 。物理关系——胡克定律 d G G 。力学关系T °d_dx dA 2G d G2 dA圆轴扭转时的应力: dx A A dx dx A max T R T;圆轴扭转的强度条件: I p W t T max W t [],可以进行强度校核、截面设计和确 变形与应变:线应变、切 (4)弯曲;(5)组合变形。动载荷: 载荷和速度随时间急剧 s时失效。二者统称为极限应 力理想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为: n3 b n b ,强度条件: max max ,等截面杆max A 轴向拉伸或压缩时的变形:杆件在轴向方向的伸长为: l l1l,沿轴线方向的应变和横截面上 的应力分别为: l N P 站b 。横向应变为: l 'A A b E ,这就是胡克定律。E 色-,横向应变与轴向应变的b
材料力学公式汇总
材料力学重点及其公式 材料力学的任务 (1)强度要求;(2)刚度要求;(3)稳定性要求。 变形固体的基本假设 (1)连续性假设;(2)均匀性假设;(3)各向同性假设;(4)小变形假设。 外力分类: 表面力、体积力;静载荷、动载荷。 内力:构件在外力的作用下,内部相互作用力的变化量,即构件内部各部分之间的因外力作用而引起的附加相互作用力 截面法:(1)欲求构件某一截面上的内力时,可沿该截面把构件切开成两部分,弃去任一部分,保留另一部分研究(2)在保留部分的截面上加上内力,以代替弃去部分对保留部分的作用。(3)根据平衡条件,列平衡方程,求解截面上与内力。 应力: dA dP A P p A =??=→?lim 0正应力、切应力。 变形与应变:线应变、切应变。 杆件变形的基本形式 (1)拉伸或压缩;(2)剪切;(3)扭转;(4)弯曲;(5)组合变形。 静载荷:载荷从零开始平缓地增加到最终值,然后不在变化的载荷动载荷:载荷与速度随时间急剧变化的载荷为动载荷。 失效原因:脆性材料在其强度极限b σ破坏,塑性材料在其屈服极限s σ时失效。二者统称为极限应力理 想情形。塑性材料、脆性材料的许用应力分别为:[]3n s σσ=,[]b b n σσ=,强度条件:[]σσ≤??? ??=max max A N ,等截面杆 []σ≤A N max 轴向拉伸或压缩时的变形:杆件在轴向方向的伸长为:l l l -=?1,沿轴线方向的应变与横截面上的应力分别为:l l ?= ε,A P A N ==σ。横向应变为:b b b b b -=?=1'ε,横向应变与轴向应变的关系为:μεε-='。 胡克定律:当应力低于材料的比例极限时,应力与应变成正比,即 εσE =,这就就是胡克定律。E 为弹性模量。将应力与应变的表达式带入得:EA Nl l =? 静不定:对于杆件的轴力,当未知力数目多于平衡方程的数目,仅利用静力平衡方程无法解出全部未知力。 圆轴扭转时的应力 变形几何关系—圆轴扭转的平面假设dx d φργρ=。物理关系——胡克定律dx d G G φργτρρ==。力学关系dA dx d G dx d G dA T A A A ???===22ρφφρρτρ 圆轴扭转时的应力:t p W T R I T == max τ;圆轴扭转的强度条件: ][max ττ≤=t W T ,可以进行强度校核、截面设计与确定许可载荷。