材料强度学
材料力学材料的强度和变形行为
材料力学材料的强度和变形行为材料力学是研究材料在外力作用下的强度和变形行为的学科。
在工程设计和材料选择过程中，了解材料的强度和变形行为对提高产品性能和安全性至关重要。
本文将探讨材料的强度和变形行为，并深入了解不同材料在外力作用下的特性。
一、材料的强度1. 强度的概念材料的强度是指材料能够抵抗外力的能力。
强度取决于材料的内部结构和晶格排列。
不同材料具有不同的强度特性，例如金属材料通常具有较高的强度，而陶瓷材料则表现出较低的强度。
2. 抗拉强度抗拉强度是指材料在受到拉伸力作用下能够承受的最大应力。
材料的抗拉强度可以通过拉伸试验来测定。
在拉伸试验中，材料样品会受到均匀的拉力，直至样品发生断裂。
通过测量断裂前的拉力和样品的初始截面积，可以计算出材料的抗拉强度。
3. 压缩强度压缩强度是指材料在受到压缩力作用下能够承受的最大应力。
与抗拉强度类似，材料的压缩强度也可以通过压缩试验来测定。
在压缩试验中，材料样品会受到均匀的压力，直至样品发生压碎。
通过测量压碎前的压力和样品的初始截面积，可以计算出材料的压缩强度。
4. 剪切强度剪切强度是指材料在受到剪切力作用下能够承受的最大应力。
剪切强度通常小于抗拉强度和压缩强度。
材料的剪切强度可以通过剪切试验来测定。
在剪切试验中，材料样品会受到剪切力，直至样品发生切断。
通过测量切断前的剪切力和样品的初始截面积，可以计算出材料的剪切强度。
二、材料的变形行为1. 弹性变形弹性变形是指材料在受到外力作用后能够恢复到原始形状和尺寸的能力。
弹性变形的特点是应变与应力成正比，材料在弹性变形时不会发生永久变形。
弹性模量是衡量材料弹性变形能力的重要参数，通常以杨氏模量或剪切模量表示。
2. 塑性变形塑性变形是指材料在受到外力作用后发生永久性变形的能力。
塑性变形的特点是应变与应力不再成正比，材料在塑性变形时会改变内部结构，形成新的晶粒和位错。
塑性变形可以通过延伸试验、压缩试验或弯曲试验来观察和测定。
材料力学强度理论
材料力学强度理论
材料力学强度理论是材料力学的一个重要分支，它研究材料在外力作用下的强
度和变形特性。
材料的强度是指材料抵抗破坏的能力，而变形特性则是指材料在外力作用下的形变行为。
强度理论的研究对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
首先，强度理论可以帮助我们了解材料的破坏机制。
材料在外力作用下会发生
破坏，而不同的材料在受力时表现出不同的破坏模式，比如拉伸、压缩、剪切等。
强度理论可以通过实验和理论分析，揭示材料在受力时的破坏机制，为材料的设计和选用提供依据。
其次，强度理论可以指导材料的合理使用。
在工程实践中，我们需要根据材料
的强度特性来选择合适的材料，并确定合理的使用条件。
强度理论可以帮助我们评估材料在特定工况下的承载能力，从而保证材料的安全可靠使用。
此外，强度理论还可以为材料的改进和优化提供指导。
通过对材料强度特性的
研究，我们可以发现材料的强度局限性，并提出改进的方案。
比如，可以通过合金化、热处理等手段来提高材料的强度，或者通过结构设计来减小应力集中，提高材料的抗破坏能力。
综上所述，材料力学强度理论是材料科学中的重要内容，它不仅可以帮助我们
了解材料的破坏机制，指导材料的合理使用，还可以为材料的改进和优化提供指导。
在未来的研究和工程实践中，我们需要进一步深入研究强度理论，不断提高材料的强度和可靠性，为社会发展和科技进步做出贡献。
材料力学在工程设计中常用的强度理论有四种
材料力学在工程设计中常用的强度理论有四种材料力学是研究材料力学性能和强度的学科，它在工程设计中起着至关重要的作用。
材料力学可以通过各种理论和方法来分析和预测材料在不同工程应用中的强度和性能。
在工程设计中，常用的材料强度理论有四种，分别是极限强度理论、变形能量理论、排斥原则理论和应变能量密度理论。
极限强度理论是最早也是最简单的一种强度理论，它基于材料的抗拉和抗压强度来进行设计。
根据极限强度理论，当应力达到材料的抗拉或抗压强度时，材料就会发生破坏。
这种理论适用于一些简单的材料和结构设计，但对于复杂的应力状态和材料特性不够准确。
变形能量理论是一种基于变形能量的强度理论，它是由应力和应变能量的平衡关系来进行设计。
根据变形能量理论，当变形能量达到最大值时，材料就会发生破坏。
这种理论考虑了材料的变形特性和应力-应变关系，对于复杂应力状态下的材料强度预测更加准确。
排斥原则理论是一种基于材料本身的排斥性质进行设计的强度理论。
根据排斥原则理论，材料的破坏是由于材料内部的排斥效应达到一定程度而引起的。
这种理论考虑了材料的微观结构和材料本身的排斥性质，对于一些高强度和高韧性材料的设计有着重要的应用价值。
应变能量密度理论是一种综合考虑材料的应力、应变和能量的强度理论。
根据应变能量密度理论，当应变能量密度达到临界值时，材料就会发生破坏。
这种理论综合了材料的应力、应变、能量等多种因素，对于复杂应力状态下的材料强度预测非常准确。
在工程设计中，选择合适的强度理论对于材料的设计和分析有着重要的意义。
不同的强度理论适用于不同的材料和结构，根据具体的工程需求和要求选择合适的强度理论进行设计是十分重要的。
同时，强度理论也需要结合实际工程情况和应力状态进行修正和调整，以提高预测的精度和合理性。
总之，材料力学在工程设计中常用的强度理论有极限强度理论、变形能量理论、排斥原则理论和应变能量密度理论。
选择合适的强度理论对于材料的设计和分析至关重要，需要综合考虑材料的特性和应力状态，同时还需要结合实际工程情况进行修正和调整。
13-3四个强度理论-材料力学
强度计算。
例1 图示几种单元体，分别按第三和第四强度理论 求相当应力（单位MPa)
60
100
（1）
40 100
40
（2）
10
60
30 （3）
例2 直径为d=0.1m的圆杆受力如图,T=7kNm,P=50kN, 为铸铁构
件，[]=40MPa,试用第一强度理论校核杆的强度。
7.7
0
0
所以，此容器不满足第三强度理论。不安全。
第三强度理论（第三相当应力） xd3 1 3
第四强度理论（第四相当应力）
xd 4
1 2
1
2
2
2
3
2
3
1
2
三、强度计算的步骤：
1、外力分析：确定所需的外力。 2、内力分析：画内力图，确定可能的危险面。 3、应力分析：画危险截面应力分布图，确定危险点并画出单元
2
1
2 2
2
3 2
3
1 2
3、实用范围：实用于破坏形式为屈服的构件。
第一、第二强度理论适合于脆性材料； 第三、第四强度理论适合于塑性材料。 1、伽利略1638年提出了第一强度理论； 2、马里奥特1682年提出了第二强度理论；
3、杜奎特（C.Duguet)提出了最大剪应力理论；也有一说是库 伦1773年提出，特雷斯卡1868完善的。
到单向拉伸的强度极限时，构件就发生断裂。
1、破坏判据： 1 b ;( 1 0)
2、强度准则： 1 ; ( 1 0)
3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。
材料力学第9章 强度理论
由于物体在外力作用下所发生的弹性变形既包括 物体的体积改变，也包括物体的形状改变，所以可推 断，弹性体内所积蓄的变形比能也应该分成两部分： 一部分是形状改变比能（畸变能） ，一部分是体积改 变比能 。 在复杂应力状态下，物体形状的改变及所积蓄的 形状改变比能是和三个主应力的差值有关；而物体体 积的改变及所积蓄的体积改变比能是和三个主应力的 代数和有关。
注意：图示应力状态实际上为弯扭组合加载对 应的应力状态，其相当应力如下：
r 3 2 4 2 [ ] 2 2 [ ] r 4 3
可记住，便于组合变形的强度校核。
例1 对于图示各单元体,试分别按第三强度理论及第四强度理论 求相当应力。
120 MPa 140 MPa
r4
1 2 2 2 [(0 120) ( 120 120) ( 120 0) ] 120MPa 2
140 MPa
（2）单元体（b）
σ1 140MPa
σ 2 110MPa
σ3 0
110 MPa
σr 3 σ1 σ 3 140MPa 1 2 2 2 σr 4 [30 110 ( 140) ] 128MPa 2
1u
1u
E
b
E
1 1 1 2 3 E
1u
1u
E
b
E
1 2 3 b
强度条件为： 1 2 3
b
n
[ ]
实验验证： a) 可解释大理石单压时的纵向裂缝； b) 脆性材料在双向拉伸-压缩应力状态下,且压应 力值超过拉应力值时,该理论与实验结果相符合。
σ1 94 .72MPa σ 3 5 .28MPa
材料的强度名词解释
材料的强度名词解释材料的强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力。
在工程领域中，材料的强度是一个非常重要的指标，它直接影响着材料的使用性能和安全性。
材料的强度可以通过多种方式来描述和评价，下面将对几种常见的强度名词进行解释。
1. 抗拉强度。
抗拉强度是指材料在受拉力作用下抵抗破坏的能力。
通常用强度学符号σ表示，单位为MPa。
抗拉强度是材料在拉伸状态下的最大承载能力，它是评价材料抗拉性能的重要指标。
高抗拉强度的材料可以承受更大的拉伸载荷，具有较好的延展性和韧性。
2. 抗压强度。
抗压强度是指材料在受压力作用下抵抗破坏的能力。
通常用强度学符号σ表示，单位为MPa。
抗压强度是材料在受压状态下的最大承载能力，它是评价材料抗压性能的重要指标。
高抗压强度的材料可以承受更大的压缩载荷，具有较好的抗压性能。
3. 弯曲强度。
弯曲强度是指材料在受弯曲力作用下抵抗破坏的能力。
通常用强度学符号σ表示，单位为MPa。
弯曲强度是材料在受弯曲状态下的最大承载能力，它是评价材料抗弯性能的重要指标。
高弯曲强度的材料可以承受更大的弯曲载荷，具有较好的抗弯性能。
4. 剪切强度。
剪切强度是指材料在受剪切力作用下抵抗破坏的能力。
通常用强度学符号τ表示，单位为MPa。
剪切强度是材料在受剪切状态下的最大承载能力，它是评价材料抗剪性能的重要指标。
高剪切强度的材料可以承受更大的剪切载荷，具有较好的抗剪性能。
5. 硬度。
硬度是指材料抵抗表面压痕或划痕的能力。
通常用洛氏硬度（HRC、HRA、HRB等）或布氏硬度（HB）等单位来表示。
硬度是评价材料抗磨损和抗划伤性能的重要指标。
高硬度的材料具有较好的耐磨损和抗划伤性能。
综上所述，材料的强度是一个综合性指标，包括抗拉强度、抗压强度、弯曲强度、剪切强度和硬度等多个方面。
不同的工程应用需要不同的强度指标来满足其使用要求，因此在材料选择和设计中，需要根据实际情况综合考虑各种强度指标，以确保材料具有良好的使用性能和安全性。
材料力学四大强度理论
材料力学四大强度理论材料力学是研究材料在外力作用下的力学性能和变形规律的学科，其中强度理论是材料力学中的重要内容之一。
材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，而强度理论则是用来描述和预测材料在不同应力状态下的破坏规律和强度值的理论体系。
在材料力学中，有四大经典的强度理论，分别是极限强度理论、绝对最大剪应力理论、莫尔-库伊特理论和最大应变能理论。
首先，极限强度理论是最早被提出的强度理论之一，它是根据材料的屈服条件来描述材料的破坏规律。
极限强度理论认为材料在受到外力作用时，只要应力达到了材料的屈服强度，材料就会发生破坏。
这种理论简单直观，易于应用，但在实际工程中往往存在一定的局限性，因为它忽略了材料在屈服之前的变形过程。
其次，绝对最大剪应力理论是基于材料的最大剪应力来描述材料的破坏规律。
这种理论认为，材料在受到外力作用时，只要材料中的最大剪应力达到了材料的抗剪强度，材料就会发生破坏。
这种理论在一些特定情况下具有较好的适用性，但在一些复杂应力状态下往往难以准确描述材料的破坏规律。
接下来，莫尔-库伊特理论是基于材料的主应力来描述材料的破坏规律。
这种理论认为，材料在受到外力作用时，只要材料中的任意一个主应力达到了材料的抗拉强度或抗压强度，材料就会发生破坏。
莫尔-库伊特理论相对于前两种理论来说，更加全面和准确，因为它考虑了材料在不同应力状态下的破坏规律。
最后，最大应变能理论是基于材料的应变能来描述材料的破坏规律。
这种理论认为，材料在受到外力作用时，只要材料中的应变能达到了材料的抗拉强度或抗压强度，材料就会发生破坏。
最大应变能理论在描述材料的破坏规律时考虑了材料的变形能量，因此在一些复杂应力状态下具有较好的适用性。
综上所述，材料力学中的强度理论是描述和预测材料在外力作用下的破坏规律和强度值的重要理论体系。
四大强度理论分别是极限强度理论、绝对最大剪应力理论、莫尔-库伊特理论和最大应变能理论，它们各自具有一定的适用范围和局限性，工程应用中需要根据具体情况进行选择和应用。
材料力学入门了解材料的强度和刚度
材料力学入门了解材料的强度和刚度强度和刚度是材料力学中重要的性能指标，对于材料的使用和设计具有决定性的影响。
强度是材料抵抗外部加载的能力，而刚度则衡量了材料对外力的响应程度。
本文将介绍材料的强度和刚度的概念，以及它们在材料力学中的应用。
一、强度强度是材料抵抗外部加载的能力，可以理解为材料的承载能力。
它通常通过抗拉强度来衡量，在材料力学中用σ表示。
抗拉强度是指在材料受到拉伸时能够承受的最大应力。
当超过材料的抗拉强度时，材料会发生破坏。
材料的抗拉强度与其组成成分、晶体结构、热处理等因素有关。
不同材料具有不同的抗拉强度，一般来说，金属材料的抗拉强度较高，而塑料材料的抗拉强度较低。
工程师在设计结构时需要考虑到所使用材料的抗拉强度，以确保结构的安全可靠性。
二、刚度刚度是材料对外力的响应程度，也称为弹性模量。
它描述了材料在受到外力作用后的变形程度。
刚度可以理解为材料的硬度或刚性程度，表示材料对变形的抵抗能力。
刚度通常使用弹性模量E来表示，其单位是帕斯卡。
不同材料具有不同的刚度，比如钢材和铝材的弹性模量差异较大。
刚度高的材料在受到外力时会产生较小的变形，而刚度低的材料则容易发生较大的变形。
工程师在结构设计中需要考虑到所使用材料的刚度，以确保结构在外力作用下不会发生过大的变形。
三、强度和刚度的关系强度和刚度是材料力学中密切相关的指标，但并不代表相同的性质。
强度主要指材料的抵抗外部加载的能力，衡量了材料承受力的大小；而刚度则表示材料在受力后的变形程度，衡量了材料对变形的抵抗能力。
在某些情况下，强度和刚度之间可能存在一定的关系。
比如对于某些材料，其强度较高，但刚度较低。
这意味着该材料可以承受较大的外力，但在承受外力后会发生较大的变形。
而对于另一些材料，其强度较低，但刚度较高。
这意味着该材料在受力时变形较小，但承受的外力相对较少。
工程师在实际应用中需要综合考虑材料的强度和刚度，以满足设计要求。
在一些应用中，如建筑、航天等领域，需要选择材料同时具备较高的强度和刚度；而在一些其他的应用中，如柔性材料的设计，可能更注重材料的刚度，而不是强度。
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§4.1裂纹尖端应力场
§4.2应力强度因子的影响因素
§4.3弹塑性断裂力学基础
第五章材料的断裂韧性及其测试Fracture toughness and its measurement
§5.1断裂韧性
§5.2断裂韧性测试
第六章金属的脆性和延性破坏Brittle and ductile fracture of metals
第九章高分子材料和陶瓷材料的强度Strength of polymers and ceramics
§9.1高分子材料的力学性能
§9.2高分子材料的粘弹性行为
§9.3时间-温度等效原理
§9.4蠕变曲线及应力一寿命图
第十章纤维复合材料的强度Strength of fiber reinforced plastics
本课程达到国际一流水平研究生课程水平的标志：
1、一人为洪堡学者。
2、教学内容方面：
从宏观和微观两个方面，阐述工程材料强度的物理基础，
3、教学方式方面：
结合参考书与最新文献内容进行讲授。
4、教材方面：
《材料强度学》，华科大出版社，2008
5、其它：
References：
1. Hertzberg R.W. Deformation and fracture mechanics of engineering materials.New York: John Wiley & Sons Inc, 1995.
2.哈宽富，断裂物理基础.北京：科学出版社.2000
§1.2破坏类型与机理
§1.3固体脆性断裂特征
第二章位错与晶体的强度Dislocation and strength of crystals
§2.1位错与剪切强度
§2.2位错的应力场
§2.3多晶体屈服强度
第三章材料破坏的能量条件Energy Balance in fracture
§3.1能量释放率
§3.2Griffith公式
课程教学目标：
借助断裂力学和位错理论，阐述工程材料（金属、高分子、陶瓷、复合材料等）强度的物理基础，分析其破坏原因，使学生对材料的各种破坏现象及其原因有基本的认识。为材料的合理设计和应用、以及安全性评估打下良好基础。
课程大纲：（章节目录）
第一章固体的破坏Fracture of solids
§1.1理论破坏强度
附件
(
课程名称：材料强度学
课程代码：151.502
课程类型：□一级学科基础课√二级学科基础课□其它：
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：力学，材料
适用层次：√硕士√博士
开课学期：秋季
总学时：32
学分：2
先修课程要求：
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术方向
陈建桥
教授
固体力学
54
结构可靠性
李振环
教授
固体力学
44
微纳米力学
罗俊
教授
固体力学
38
断裂力学
课程负责教师教育经历及学术成就简介：
1982年1月华中工学院本科毕业后，国家公派赴日本留学，获名古屋大学机械系硕士和博士学位。曾任日本丰桥技术科学大学副教授，鸟取大学工学部副教授。1999年起任华中科技大学力学系教授、博士生导师，2000-2007年任力学系主任。现任中国宇航学会结构强度与环境工程专业委员会委员，固体力学学报（英文版）编委，湖北省复合材料学会副理事长。获国务院政府特殊津贴（2000），全国力学教学优秀教师（2002），华中科技大学研究生会首届“我最喜爱的导师”（2007），湖北省优秀硕士论文指导奖（四次），华中科技大学优秀博士论文指导奖（两次），等。
§10.1复合材料的性能和特点
§10.2强度准则
§10.3层合板拉伸试验及数值结果对比分析
第十一章材料的抗断裂设计Fracture control design of materials
§11.1结构完整性保障
§11.2损伤容限设计
§11.3复合材料的可靠性设计
教材：材料强度学（作者：陈建桥），华中科技大学出版社，2008，武汉。
§6.1解理断裂
§6.2微孔洞汇聚和延性破坏机理
第七章材料的高温强度Materials strength at elevated temperatures
§7.1蠕变变形机理
§7.2持久寿命预测
第八章疲劳破坏Fatigue
§8.1疲劳断裂特征
§8.2疲劳裂纹扩展
§8.3断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用
主要研究方向：材料强度学，复合材料力学，结构可靠性分析及优化设计方法，人群疏散动力学及防灾设计。先后主持的科研项目有：国家自然科学基金三项（No.10272049、No.10772070、No.50978113）；基金委国际合作交流项目三项（2003；2008；2010）；教育部博士点基金（2008-2010）；国防973子专题（2010-2012）；武钢重大科技专项（2011-2013）；等。发表学术论文110余篇，出版《复合材料力学概论》和《材料强度学》等著作。