材料的基本力学性质
第9章 纺织材料的基本力学性质
纱线的蠕变和松弛与纤维的蠕变和松弛基 本相似.
原因： （1）纤维蠕变和松弛的存在。 （2）纱线内纤维相互滑移和错位。
（二）纺织材料拉伸弹性回复率
1.弹性指标:
弹性回复率： Rε=[(ε3+ε4)/εa] × 100% ε3--急弹性回缩率 ε4 --缓弹性回复率 εa--拉伸变形总量(ε1+ε2)
一般纱线断裂的原因既有纤维的断裂，又有纤维的 滑脱，断口是不整齐的。当捻度较大时，纤维滑脱的可 能性很小，纤维由外向内逐层扩展断裂，此时纱线断口 比较整齐。
2.影响纱线一次拉伸断裂的因素 （1）纤维的性能
① 纤维的长度较长，细度较细时，纤维较柔软，在 纱中互相抱合就较紧贴，滑脱长度缩短，纱截面中纤维根 数可以较多，使纤维在纱内外层转移的机会增加，各根纤 维受力比较均匀，因而成纱强度较高。
Et * I p
L:长度 Et:剪切弹性模量(cN/cm2) Ip:截面的极断面惯性矩(cm4)
T:扭矩(cN.cm) :扭转角
（二）纤维和纱线的扭转破坏
T为外力矩,Q为扭转角。当外力矩很大时,纤
维和纱线产生的扭转角和剪切应力就大,从而纤维
Et
Ip
中的大分子或纱线中纤维因剪切产生滑移而被破
(3)试验条件
试样长度较长时，测得的强度较低、试样越长，可能出 现的最薄弱环节的机会多，测得的强度就较低。
试样根数多，由于断裂的伸长率不均匀，纤维断裂不同时， 故测得的平均强度越小，(根数↑--差异越大↑--强度↓)
拉伸速度越大，拉伸至断裂的时间越短，测得的强力较 大而伸长较小。
（二）纱线拉伸断机理及主要影响因素
◆常用纺织纤维的拉伸曲线
◆高强低伸型曲线： 棉、麻等拉伸曲线近似于直线，斜率很大，该
(完整版)第9章纺织材料的基本力学性质
2.影响纱线一次拉伸断裂的因素 （1）纤维的性能
① 纤维的长度较长，细度较细时，纤维较柔软，在纱 中互相抱合就较紧贴，滑脱长度缩短，纱截面中纤维根数 可以较多，使纤维在纱内外层转移的机会增加，各根纤维 受力比较均匀，因而成纱强度较高。
③纤维的结 晶度：
结晶度↑--大 分子排列规整， 缝隙孔洞较少， 而且纤维的强 度高、伸长小、 屈服应力和初 始模量较高， 但脆性可能也 增加。
④纤维形态结构:
纤维的裂缝孔洞等缺陷和形态结构的不均一 会使纤维的强度下降。
（2）温湿度
①温度：
在回潮率一定时， 温度↑---大分子热运动 能高，大分子柔曲性 提高，分子间结合力 削弱---强度↓
(3)试验条件
试样长度较长时，测得的强度较低、试样越长，可能出现 的最薄弱环节的机会多，测得的强度就较低。
试样根数多，由于断裂的伸长率不均匀，纤维断裂不同时， 故测得的平均强度越小，(根数↑--差异越大↑--强度↓)
拉伸速度越大，拉伸至断裂的时间越短，测得的强力较大 而伸长较小。
（二）纱线拉伸断机理及主要影响因素
曲线上的b点为屈服点，这一点对应的拉伸 应力为屈服应力（σb），对应的伸长率就是屈 服应变（εb）。 屈服点所代表的物理概念是什么呢？
对于纺织材料来说，在屈服点பைடு நூலகம்下时，变形绝大部 分是弹性变形（完全可恢复)，而屈服点以上部分所 产生的主要是塑性变形（不可恢复）。
屈服点高的纤维，其织物的保形性就好，不易起皱。
如涤纶、锦纶。
▪ 拉伸变形曲线有关指标： 1、初始模量：ob段斜率较大，斜率即拉伸 模量E。在曲线ob段接近0点附近，模量较高， 即为初始模量，它代表纺织纤维、纱线和织 物在受拉伸力很小时抵抗变形的能力。
材料的力学性能
第三章 材料的力学性能第一节拉伸或压缩时材料的力学性能一、 概述分析构件的强度时，除计算应力外，还应了解材料的力学性质(Mecha nicaiproperty )，材料的力学性质也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现出的变形、破坏等 方面的特性。
它要由实验来测定。
在室温下，以缓慢平稳的方式进行试验，称为常温静载试 验，是测定材料力学性质的基本试验。
为了便于比较不同材料的试验结果，对试件的形状、 加工精度、加载速度、试验环境等，国家标准规定了相应变形形式下的试验规范。
本章只研 究材料的宏观力学性质， 不涉及材料成分及组织结构对材料力学性质的影响， 并且由于工程中常用的材料品种很多， 主要以低碳钢和铸铁为代表，介绍材料拉伸、压缩以及纯剪切时的力学性质。
二、 低碳钢拉伸时的力学性质低碳钢是工程中使用最广泛的金属材料，同时它在常温静载条件下表现出来的力学性质也最具代表性。
低碳钢的拉伸试验按《金属拉伸试验方法》 (GB/T228 — 2002)国家标准在万能材料试验机上进行。
标准试件(Sta ndard specimen )有圆形和矩形两种类型，如图3-1所示。
试件上标记 A 、B 两点之间的距离称为标距，记作 1°。
圆形试件标距|0与直径d 0有两种比例，即l °=10d °和l 0=5d 。
矩形试件也有两种标准，即 l 0 11.3 A0和l 0 5.65 A0。
其中A 0为矩形试件的截面面积。
图3-1拉伸试件试件装在试验机上，对试件缓慢加拉力 F P ,对应着每一个拉力 F P ,试件标距l 0有一个 伸长量 A |O 表示F P和A l 的关系曲线，称为拉伸图或 F P —A l 曲线。
如图3-2a ，由于F —A l 曲线与试件的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，把拉力F p 除以试件横截面的原始面积F P一 一 l-为纵坐标；把伸长量A 除以标距的原始长度10,得出应变 为A )l 。
机械材料力学
机械材料力学简介：机械材料力学是机械工程中的重要学科，它研究的是材料的性能和行为在外力作用下的变化规律。
本文将介绍机械材料力学的基本概念、力学性质和应用领域。
一、力学材料的基本概念机械材料力学研究的对象是各种工程材料，如金属、塑料、陶瓷等。
这些材料在受到外力作用后会发生变形、断裂等。
1. 弹性模量弹性模量是衡量材料刚性的重要指标。
它表示在给定的应力作用下，材料的应变变化情况。
各种材料的弹性模量不同，该指标可以帮助工程师选择合适的材料。
2. 屈服强度材料的屈服强度表示其在受力作用下所能承受的最大应力。
超过屈服强度的应力会导致材料发生永久变形或断裂。
3. 断裂韧性断裂韧性是评价材料抵抗断裂的能力。
具有高断裂韧性的材料不易发生断裂，能够在受到较大外力时保持完整性。
二、机械材料力学的性质机械材料力学研究的是材料在力学方面的性质，包括强度、刚度、韧性等。
这些性质直接影响着材料的选择和使用。
1. 强度强度是指材料在受到外力作用下所能承受的极限应力。
高强度材料可以在受到较大力的作用下保持完整性。
2. 刚度刚度是材料的变形能力，描述材料抵抗形变的能力。
刚度高的材料能够保持较好的形状稳定性。
3. 韧性韧性是材料抵抗断裂的能力，也是衡量材料抵御外界冲击的指标。
韧性好的材料能够在受到冲击时不易破裂。
三、机械材料力学的应用机械材料力学的研究成果被广泛应用于各个领域的工程设计和制造中。
1. 汽车制造在汽车制造过程中，需要选用强度高、刚度好、韧性好的材料，以确保汽车在各种复杂的路况下能够正常工作，并且能够抵御外界撞击。
2. 航空工程航空工程对材料的要求更高，因为航空器需要具备轻量化、高强度、高韧性等特性。
机械材料力学的研究成果为航空器的设计和制造提供了重要的依据。
3. 建筑工程在建筑工程中，需要选用具有较好刚度和强度的材料，以确保建筑结构的稳定和安全。
总结：机械材料力学作为机械工程的重要学科，研究材料在受力作用下的性质和行为，涵盖了材料的强度、刚度、韧性等多个方面。
材料的力学性质和应力分析
材料的力学性质和应力分析材料的力学性质是指材料在受到外力作用下的表现和特性。
了解材料的力学性质对于工程设计和制造具有重要意义，可以帮助我们优化结构和提高材料的使用效能。
本文将从基本概念入手，介绍材料的力学性质以及应力分析的相关内容。
一、弹性模量弹性模量（Young's modulus）是一个衡量材料刚度或者变形能力的物理量。
它定义为单位应力下材料所产生的应变。
一般表示为E，单位是帕斯卡（Pa）。
弹性模量越大，材料的刚性越高，变形能力越小。
常见的材料如钢材、铝合金等具有较高的弹性模量，而橡胶等弹性材料则具有较低的弹性模量。
二、屈服强度屈服强度是指材料在受到外力作用时开始产生塑性变形的应力值。
一般表示为σy，单位仍为帕斯卡。
屈服强度是材料抗应力能力的重要指标之一，反映了材料的强度和韧性。
一般来说，屈服强度越高，材料的抗应力能力越强。
三、断裂韧性断裂韧性是材料在受到外力作用时破坏前所能吸收的能量。
它是一个衡量材料抗断裂性能的指标，常用单位是焦耳/平方米。
高断裂韧性的材料能够在承受冲击或挤压等外力时具有较强的韧性和延展性，不容易发生断裂。
如钢材、陶瓷等材料具有较高的断裂韧性。
四、材料的应力分析应力是材料单位面积上的力，通常表示为σ，单位为帕斯卡。
应力分析是研究材料在受到外力作用时，应力如何分布和变化的过程。
常见的应力分析方法有静力学和动力学两种。
静力学应力分析是指在力平衡的条件下，通过解析或者数值方法计算材料的应力分布。
动力学应力分析则考虑了外界作用下材料的惯性效应和动态变化，对于研究材料在高速运动或者冲击载荷下的应力响应非常重要。
结论材料的力学性质和应力分析对于工程设计和制造过程具有重要的指导意义。
通过了解材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等性质，可以选择合适的材料类型，提高工程结构的可靠性和安全性。
同时，对于材料在受到外力作用时的应力分布和变化进行分析，可以帮助我们预测材料的受力情况，设计合理结构以及降低材料失效的风险。
弹性与塑性：材料的力学性质
实际应用中的测试与评估
弹性模量测试：通过测量材料在静载荷下的形变来计算弹性模量，评估材料的弹性性能。
塑性测试：通过拉伸、压缩和弯曲等实验测定材料的屈服点和极限强度，评估材料的 塑性性能。
疲劳测试：在循环载荷下测定材料的疲劳极限，评估材料在长期使用中的性能表现。
环境因素对材料力学性能的影响：例如温度、湿度、腐蚀等环境因素对材料弹性与塑 性的影响，以及相应的测试方法。
航空航天：在承受高强度压力和温度的条件下，利用材料的弹性来吸收振动和冲击，同时利用 塑性承受压力和剪切力
建筑：利用材料的弹性吸收地震等自然灾害产生的振动和冲击，同时利用塑性承受压力和剪切 力
医疗器械：利用材料的弹性适应人体的生理变化，同时利用塑性承受压力和剪切力
05 弹性与塑性的研究方法
实验研究
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
开发新型材料：研究新的材料体系， 探索具有优异弹性和塑性性能的新 型材料，以满足不断发展的工程需 求。
智能化材料：利用先进的材料制备 技术，制备出具有自适应、自修复、 智能响应等功能的材料，以提高材 料的弹性和塑性性能。
弹性与塑性与其他力学性质的关联研究
弹性与塑性与材 料的其他力学性 质（如强度、韧 性等）之间的相 互影响和关系。
塑性：材料在达到屈服点后发生不可逆形变，无法恢复原状 的能力
定义：塑性是指材料在达到屈服点 后发生不可逆形变，无法恢复原状 的能力。
影响因素：材料的塑性主要受到温 度、应力和应变等因素的影响。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
特点：塑性变形是材料在外力作用 下发生的永久变形，变形后材料的 性能会发生变化。
感谢您的观看
汇报人：XXX
弹性与塑性材料的力学性质
弹性与塑性材料的力学性质材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的学科。
材料的力学性质是材料力学研究的重要内容之一。
材料的力学性质包括弹性性质和塑性性质。
本文将重点介绍弹性与塑性材料的力学性质。
一、弹性材料的力学性质弹性材料是指在外力作用下，能够发生弹性变形，当外力消失时，能够恢复原来的形状和大小的材料。
弹性材料的力学性质主要包括弹性模量、泊松比和弹性极限。
1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗弹性变形的能力的物理量。
弹性模量越大，材料的抗弹性变形能力越强。
弹性模量的单位是帕斯卡（Pa）。
常见的弹性模量有杨氏模量、剪切模量和泊松比。
2. 泊松比泊松比是材料在受到外力作用时，沿着垂直于外力方向的横向应变与沿着外力方向的纵向应变之比。
泊松比的值一般在0.1到0.5之间。
泊松比越小，材料的抗弹性变形能力越强。
3. 弹性极限弹性极限是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力。
当应力超过弹性极限时，材料就会发生塑性变形或破坏。
二、塑性材料的力学性质塑性材料是指在外力作用下，能够发生塑性变形，当外力消失时，不能恢复原来的形状和大小的材料。
塑性材料的力学性质主要包括屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数。
1. 屈服强度屈服强度是指材料在受到外力作用时，开始发生塑性变形的应力值。
屈服强度越大，材料的抗塑性变形能力越强。
2. 延伸率延伸率是指材料在受到外力作用时，发生塑性变形后，长度增加的百分比。
延伸率越大，材料的塑性变形能力越强。
3. 冷加工硬化指数冷加工硬化指数是指材料在经过冷加工后，硬度的增加量与冷加工变形量之比。
冷加工硬化指数越大，材料的塑性变形能力越强。
三、弹性与塑性材料的比较弹性材料和塑性材料在力学性质上有很大的区别。
弹性材料的力学性质主要表现为弹性模量、泊松比和弹性极限，而塑性材料的力学性质主要表现为屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数。
弹性材料的应力-应变曲线是一条直线，而塑性材料的应力-应变曲线是一条弯曲的曲线。
第二节 材料的力学性质
抗渗性
A
剥落
B
裂纹
C
密度减小
D
强度降低
本章小结
主要内容：材料的基本物理性质、力学性质和耐久性等 重点 掌握各种密度、空隙率、孔隙率、密实度和填充率的概念、 计算式、测定方法及其相互关系。 掌握强度公式、计算式及影响因素 掌握与水有关的各种性质的概念、计算式。 难点：材料性质之间的关系。例如，根据材料的孔、孔隙率及 其构造分析判断材料的表观密度、强度、吸水性、耐久 性等。
例如：处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻
性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗 老化能力来表示。
课堂练习
1.导热系数小的材料适合做保温材料。
是 否
2.材料吸水后，将使材料的强度提高。
是 否
3.材料的孔隙率越大，吸水率越大。
是 否
4.某材料的软化系数为0.85，可用于建筑物的底层。
材料的耐久性 化学作用包括大气、环境水以及使用条件 下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的 侵蚀作用。 机械作用包括使用荷载的持续作用，交变 荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。 生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材 料腐朽、蛀蚀而破坏。
材料的耐久性
砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于 物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用 的破坏。 金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。 木材等有机质材料常因生物作用而破坏。 沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热 的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。
混凝土路面砖抗折强度试验
1.材料的强度
材料的强度是材料在外力作用下抵抗破坏的能力（不 破坏时能承受的最大应力）。 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、 抗剪、抗弯强度等。
- 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、"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、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)。
强度等级：建筑材料常根据极限强度的大小，划
分为不同的强度等级或标号。
如混凝土按抗压强度划分为 C7.5～C60 ; 水泥按 抗压和抗拉强度划分为32.5~62.5, 砂浆按抗压强 度划分为M2.5～M20六个等级,热轧钢筋按屈服强度 和抗拉强度划分四级。
影响材料强度的因素
1.材料的组成、结构与构造：材料的强度与其组成及 结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强 度也不一样。
❖ 2.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，则强度 愈小。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间 存在近似直线的反比关系。 一般表观密度大的材料， 其强度也大。这些是材料的内部因素。还与测试条 件和方法等外部因素有关。
fm
3Fm a xL 2bh2
式 fm——抗弯强度，MPa； Fmax——弯曲破坏时的最大荷载,N； b，h ——试件横截面的宽和高,mm。
L—— 两支点间的距离，mm。
❖ 若在此试件跨距的三分点上加两个相等的集中荷 载，抗弯强度按下式计算：
fm
Fm a x L bh2
❖ 土木工程常用结构材料的强度值范围见表1-2(p11).
莫氏硬度1
滑石
化学组成为Mg3[Si4O10](OH)2，晶体属三 斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。假六方 片状单晶少见，一般为致密块状、叶片 状、纤维状或放射状集合体。白色或各 种浅色，条痕常为白色，脂肪光泽（块 状）或珍珠光泽（片状集合体），半透 明。摩氏硬度1，比重2.6-2.8。一组极 完全解理，薄片具挠性。有滑感，绝热 及绝缘性强。
强度和强度等级的区别与联系：
区别：a.强度与强度等级的定义不同。强度是实 测值，强度等级是人为规定的强度范围。
b.强度指的是材料的极限值，是唯一的，每一强度 等级则包含一系列强度值。 联系：某一材料强度等级的确定必须以其极限强 度值为依据。
比强度：材料的强度与其表观密度的比值
（fc/ρo）。用于评价材料是否轻质高强。 疲劳极限：在受到拉、压、弯、扭转等外力反复作 用当应力超过某一限度时材料会破坏，这限度叫-。 磨损：摩擦作用下质量和体积减小的现象。 磨耗：摩擦、剪切撞击综合作用下质量体积的减小。
❖ 弹性变形为可逆变形，其数值大小与外力成正比， 其比例系数称为弹性模量，材料在弹性变形范围内， 弹性模量为常数。弹性模量是衡量材料抵抗变形能 力的一个指标，弹性模量愈大，材料愈不易变形， 弹性模量是结构设计的重要参数。塑性变形为不可 逆变形。
❖ 实际上，单纯的弹性材料是没有的，大多数材料在 受力不大的情况下表现为弹性，受力超过一定限度 后则表现为塑性，所以可称之为弹塑性材料。
石膏 莫氏硬度15
莫氏硬度66
莫氏硬度95.7
萤石饰品
莫氏硬度199
莫氏硬度292.6
石英 莫氏硬度421.4
水晶
紫水晶
黄玉
又名黄晶 ，英文名Topaz，来源 于梵文Topus，意为“火”。集 合体成粒状或块状。无色透明， 或呈浅黄、浅蓝、浅绿和浅红等 色；受长期日光照射后，其色渐 退；玻璃光泽。受硫酸作用时， 表面会被腐蚀。 斜方晶系斜方 双锥晶类 ，摩氏硬度8，比重 3.52-3.57，一组与柱面垂直的完 全解理完全，断口亚贝壳状至参 差状，性脆。具有强的热电性，
莫氏硬度611
莫氏硬度904
莫氏硬度3915
1.32 材料的弹性和塑性
❖ 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完 全恢复到原始形状的性质称为弹性，这种可恢复 的变形称弹性变形。材料在外力作用下产生变形， 当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性 质称为材料的塑性，这种不可恢复的变形称为塑 性变形。
硬度：材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的
能力。有刻划法和压入法两种方法测定。
➢莫氏硬度（10级）－石材 （刻划法）
1－滑石
2－石膏
3－方解石
4 －萤石 5－磷石灰 6－正长石
7－ 石英 8－黄玉
9－刚玉
10－金刚石
➢肖氏硬度 －石材
➢布氏硬度（HB）－钢材（压入法）
➢维氏硬度和韦氏硬度 :铝合金（压入法）
a.压力 b.拉力c.弯曲 d.剪切
混凝土路面砖抗折强度试验
混凝土路面砖抗压强度试验
强度的计算
❖ 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：
f Fmax A
式中 f ——材料的抗压、抗拉或抗剪强度，MPa； Fmax——材料破坏时的最大荷载，N； A——受力截面面积，mm2。
❖ 对于抗弯强度，有两种计算方式。将抗弯试件放 在两支点上，当外力为作用在试件中心的集中荷 载，且试件截面为矩形时，抗弯强度（也称抗折 强度）可用下式计算：
出现断裂等丧失使用功能的变化。
❖ 根据破坏形式的不同，材料可分为脆性材料和韧性 材料。
❖ 在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强度。 ❖ 根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、
抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等 形式。 ❖ 材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称 为静力强度。材料的静力强度是通过标准试件的破 坏试验而测得。
❖ 3.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度 值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小
试件测得的强度较大试件高。
❖ 4.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形速度落后 于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之， 因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。
❖ 5.试验环境的温度、湿度：温度高、湿度大时，试 件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间 的作用力减弱，测得的强度值偏低。
❖ 弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形， 后者为不可逆变形
1.33 材料的脆性与韧性
❖ 材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突 然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称 为脆性。
材料的强度和硬度 材料的弹性和塑性 材料的脆性与韧性
1.31 材料的强度
强度的定义和种类
❖ 材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化 的性质。这些变化包括材料的变形和破坏。
❖ 材料的变形指在外力的作用下，材料通过形状的分为弹性变形和塑性变形。 ❖ 材料的破坏指当外力超过材料的承受极限时，材料