材料力學(xué)性能演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四材料力學(xué)性能現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四4.布氏硬度試驗(yàn)的關(guān)鍵注意事項(xiàng)？有何局限？硬度部分思考題：3.洛氏硬度試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)思路？主要特點(diǎn)與用途？5.為何硬度值與抗拉強(qiáng)度之間有一定關(guān)系？6.納米壓痕與普通硬度試驗(yàn)的區(qū)別？7.如何預(yù)測(cè)材料的硬度？1.硬度的物理意義與工程意義？2.維氏硬度試驗(yàn)基本原理？與布氏硬度有何關(guān)系？現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四S2-1彈性變形及其物理本質(zhì)第二章材料變形行為1.彈性變形特點(diǎn)(1)可逆性；(2)一般為線彈性；(3)彈性應(yīng)變較小。2.彈性變形的宏觀描述—胡克定律σεOτγO現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四3.彈性變形的微觀本質(zhì)雙原子模型彈性變形物理本質(zhì)：原子鍵合幾何參數(shù)隨外力的可逆變化。彈性模量的物理本質(zhì)：反映原子間結(jié)合能的大小。引力斥力現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四4.彈性性質(zhì)的各向異性及其張量表達(dá)A=2(S11?S12)/S44

現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四晶體彈性模量的各向異性現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四

Hooke定律的張量表示Cijkl:彈性系數(shù)（剛度）stiffnesssijkl:順服系數(shù)（柔度）compliance各向異性彈性性質(zhì)的張量表達(dá)C=s-1現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四MN對(duì)稱各向異性彈性張量現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四正交各向異性彈性張量有三個(gè)互相正交的材料對(duì)稱面

例如正交晶系需要9個(gè)獨(dú)立的彈性常數(shù)，現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四立方晶系彈性張量11=22=33，44=55=66，12=23=31(其余各項(xiàng)為0)只有3個(gè)獨(dú)立分量C11,C12,C44現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四室溫下幾種立方晶體的絕熱彈性模量現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四各向同性彈性張量各向同性體彈性系數(shù)退化為3個(gè)(C11、C12、C44)其中只有兩個(gè)獨(dú)立的彈性系數(shù)！現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(1)楊氏模量E：E=/(2)切變模量G：G=/(3)泊松比：(4)體模量K：S2-2廣義胡克定律與工程彈性常數(shù)1.工程彈性常數(shù)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四彈性張量與工程彈性常數(shù)的關(guān)系(各向同性體)各向同性體只有兩個(gè)獨(dú)立的彈性常數(shù)：現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四一般表達(dá)式(用張量表達(dá))2.廣義胡克定律只有均勻材料，Cmn=

Cnm為常數(shù)。

{σ}=[C]{ε}Cij:彈性或剛度系數(shù)[C]:剛度矩陣現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四{ε}=[S]{σ}廣義胡克定律的另一種張量表達(dá)式Sij:柔度系數(shù)[S]:柔度矩陣[S]=[C]-1,[S]、[C]互為逆矩陣現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四彈性張量[C](或[S])反映了材料的各向異性性質(zhì)。在各向異性材料中存在拉剪耦合效應(yīng)：正應(yīng)力不僅引起正應(yīng)變也會(huì)引起剪應(yīng)變；剪應(yīng)力不僅引起剪應(yīng)變也會(huì)引起正應(yīng)變；現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四廣義胡克定律的工程表示(各向同性線彈性體)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四主應(yīng)力主應(yīng)變表達(dá)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)各向同性線彈性體的廣義胡克定律現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四拉伸扭轉(zhuǎn)(1)

(2)

(3)

按照體積不變定律

當(dāng)

故

(4)依照廣義虎克定律

又

故知

例：拉伸與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)對(duì)比現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四反映材料性質(zhì)的應(yīng)力、應(yīng)力變化率等和應(yīng)變、應(yīng)變速率等之間的關(guān)系稱為本構(gòu)關(guān)系或本構(gòu)方程。

材料本構(gòu)關(guān)系(本構(gòu)方程)材料線彈性本構(gòu)關(guān)系——廣義胡克定律僅在小變形情況下適用材料彈塑性本構(gòu)關(guān)系？{σ}=[C]{ε}{ε}=[S]{σ}現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四3.彈性常數(shù)的工程意義(1)構(gòu)件穩(wěn)定性與剛度彈性模量是決定構(gòu)件剛度的重要因素。強(qiáng)度設(shè)計(jì)：不發(fā)生塑性變形。剛度設(shè)計(jì)：限制彈性變形。比彈性模量：E/現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(2)彈性與彈性比功ae注意：彈性與剛度的區(qū)別！現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(1)原子種類與鍵合方式一般來(lái)說，在構(gòu)成材料聚集狀態(tài)的4種鍵合方式中，共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵都有較高的彈性模數(shù)，分子鍵彈性模數(shù)低。無(wú)機(jī)非金屬材料大多由共價(jià)鍵或離子鍵以及兩種鍵合方式共同作用而成，因而有較高的彈性模數(shù)。金屬及其合金為金屬鍵結(jié)合，也有較高的彈性模數(shù)。高分子聚合物的分子之間為分子鍵結(jié)合，因而高分子聚合物的彈性模數(shù)亦較低。

4.影響彈性模量的因素現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(2)晶體結(jié)構(gòu)

單晶體材料的彈性模數(shù)在不同晶體學(xué)方向上呈各向異性，即沿原子排列最密的晶向上彈性模數(shù)較大，反之則小。多晶體材料的彈性模數(shù)為各晶粒的統(tǒng)計(jì)平均值，表現(xiàn)為各向同性，但這種各向同性稱為偽各向同性。非晶態(tài)材料，如非晶態(tài)金屬、玻璃等，彈性模量是各向同性的?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(3)合金元素

材料化學(xué)成分的變化可引起原子間距或鍵合方式的變化，因此也能影響材料的彈性模數(shù)。與純金屬相比，合金的彈性模數(shù)將隨組成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(ω)、晶體結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)的變化而變化。固溶體合金的彈性模數(shù)主要取決于溶劑元素的性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)。隨著溶質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，雖然固溶體的彈性模數(shù)發(fā)生改變，但在溶解度較小的情況下一般變化不大，例如碳鋼與合金鋼的彈性模數(shù)相差不超過5％。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四在兩相合金中，彈性模數(shù)的變化比較復(fù)雜，它與合金成分，第二相的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸及分布狀態(tài)有關(guān)．例如在鋁中加入Ni(ω＝15％)、Si(ω＝13％)，形成具有較高彈性模數(shù)的金屬間化合物，使彈性模數(shù)由純鋁的約6.5×104MPa增高到9.38×l04MPa。現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(4)微觀組織

金屬材料彈性模量是一個(gè)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。工程陶瓷彈性模量具有組織敏感性，與構(gòu)成陶瓷各相的種類、尺度、分布、體積分?jǐn)?shù)及氣孔率有關(guān)?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四氣孔率對(duì)陶瓷的彈性模數(shù)的影響大致可用下式表示：式中：E0為無(wú)氣孔時(shí)的彈性模數(shù)；p為氣孔率?？梢姡弘S著氣孔率的增加，陶瓷的E值下降?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四高分子聚合物的彈性模數(shù)可以通過添加增強(qiáng)填料而提高！現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四復(fù)合材料是特殊的多相材料。對(duì)于增強(qiáng)相為粒狀的復(fù)合材料，其彈性模數(shù)隨增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增高而增大。對(duì)于單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其彈性模數(shù)一般用宏觀模量表示，分別為縱向彈性模量E1、橫向彈性模量E2:式中：下標(biāo)f、m分別代表纖維和基體。顯然：無(wú)論是縱向彈性模數(shù)還是橫向彈性模數(shù)，均與構(gòu)成復(fù)合材料的纖維和基體的彈性模數(shù)及體積分?jǐn)?shù)有關(guān)?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四（5）溫度

一般說來(lái)，隨著溫度的升高，原子振動(dòng)加劇，體積膨脹，原子間距增大，結(jié)合力減弱，使材料的彈性模數(shù)降低。例如，碳鋼加熱時(shí)，溫度每升高100℃，E值下降3％5％。另外，隨著溫度的變化，材料發(fā)生固態(tài)相變時(shí)，彈性模數(shù)將發(fā)生顯著變化?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四圖1-8為幾種材料的彈性模數(shù)隨著溫度(溫度與熔點(diǎn)之比)的變化情況?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四課后思考：3.廣義胡克定律表達(dá)的應(yīng)力-應(yīng)變是否線性關(guān)系?如何理解?5.從微觀與宏觀角度解釋彈性模量的影響因素。6.如何正確理解“彈性模量是組織不敏感參量”？7.為何橡膠的彈性模量隨溫度升高而增大？1.彈性張量與工程彈性常數(shù)的關(guān)系。2.胡克定律的表達(dá)形式、相互關(guān)系及其應(yīng)用。4.彈性與剛度的聯(lián)系與區(qū)別?，F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四S2-3彈性不完整性第二章材料變形行為(1)單值；(2)線性；(3)應(yīng)力應(yīng)變同步。理想彈性體的力學(xué)行為：σεO應(yīng)變落后于應(yīng)力(彈性滯后)彈性不完整性實(shí)際材料靜態(tài):彈性后效動(dòng)態(tài):內(nèi)耗粘彈性:顯著的時(shí)間相關(guān)性現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四1.靜態(tài)彈性后效ab:正彈性后效(彈性蠕變)cd:反彈性后效恒載:=0<eOA:瞬時(shí)應(yīng)變(普彈性)卸載:=0bc:瞬時(shí)應(yīng)變(普彈性)——弛豫時(shí)間現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四彈性滯后的物理本質(zhì)α-Fe中八面體間隙與應(yīng)力感生C原子有序(Snock機(jī)制)現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四釘扎位錯(cuò)弦阻尼振動(dòng)K-G-L模型—位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)或析出相粒子強(qiáng)釘扎；—雜質(zhì)原子弱釘扎彈性滯后的物理本質(zhì)：應(yīng)力感生材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)或狀態(tài)的弛豫變化?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四彈性滯后對(duì)材料加工與使用性能的影響(1)長(zhǎng)期承受載荷的測(cè)力彈簧材料、薄膜材料等，應(yīng)考慮正彈性后效問題。對(duì)儀表和精密構(gòu)件材料的加工與應(yīng)用影響較大：例如油壓表（或氣壓表）的測(cè)力彈簧，不允許存在彈性后效，否則測(cè)量誤差大。(2)經(jīng)過校直的工件，放置一段時(shí)間后又會(huì)變彎，與反彈性后效有關(guān)；也可能是工件中存在的第Ι類殘余內(nèi)應(yīng)力引起正彈性后效?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四實(shí)際工程材料的彈性后效與組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、不均勻性及缺陷總量呈正相關(guān)。金屬鎂有強(qiáng)烈的彈性后效，可能和它的六方晶格結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)楹土⒎骄Ц窠饘傧啾龋骄Ц竦膶?duì)稱性較低，故具有較大的“結(jié)晶學(xué)上的不均勻性”。高分子材料一般具有顯著的彈性滯后，不能忽略。

金屬材料一般彈性滯后不顯著，有時(shí)予以忽略。

陶瓷材料彈性模量大，彈性應(yīng)變小，彈性滯后不明顯，通常予以忽略。

現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四

除材料本身外，外在服役條件也影響彈性后效的大小及其進(jìn)行速度。

(1)溫度升高，彈性后效速度加快

如鋅，提高溫度150C，彈性后效的速度增加50％。溫度同時(shí)也影響彈性后效形變量的絕對(duì)值。假若以100C時(shí)彈性后效形變量為100％，則在扭轉(zhuǎn)時(shí)，每升高10C，黃銅的彈性后效形變量值增加2.9%,銅增加3.4%,銀增加3.6%。

反之，若溫度下降，則彈性后效變形量急劇下降，以致有時(shí)在低溫（－1850C）時(shí)無(wú)法確定彈性后效現(xiàn)象是否存在。

現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四(2)應(yīng)力狀態(tài)也劇烈影響彈性后效

應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)越大，亦即切應(yīng)力分量越大時(shí)，彈性后效現(xiàn)象（即變形量）越顯著。所以扭轉(zhuǎn)時(shí)的彈性后效現(xiàn)象比彎曲或拉伸時(shí)為大?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四2.動(dòng)態(tài)彈性滯后環(huán)連續(xù)加載過程中的應(yīng)變滯后現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四當(dāng)應(yīng)力變?yōu)榱銜r(shí)，應(yīng)變還有一定的正的0’A值；當(dāng)應(yīng)力方向相反之后，應(yīng)變才逐漸變?yōu)榱悖@樣產(chǎn)生了阻尼作用，由此導(dǎo)致能量消耗，即內(nèi)耗，其大小可用彈性滯后環(huán)面積度量。循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變、阻尼與內(nèi)耗現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四彈性滯后環(huán)連續(xù)加載、卸載時(shí)，若存在彈性后效，加載線和卸載線不重合，形成一個(gè)封閉的滯后回線，稱為彈性滯后環(huán)?，F(xiàn)在是51頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四交變載荷下一個(gè)應(yīng)力循環(huán)中彈性滯后環(huán)的面積相當(dāng)于不可逆能量的消耗（即內(nèi)耗），稱為循環(huán)韌性。循環(huán)韌性的大小代表著材料在單向循環(huán)應(yīng)力或交變循環(huán)應(yīng)力作用下，以不可逆方式消耗能量而不被破壞的能力，也就是代表著金屬靠自身微結(jié)構(gòu)或缺陷來(lái)消除機(jī)械振動(dòng)的能力（即消振性的好壞）。所以在生產(chǎn)上有很重要的意義，是一個(gè)重要的機(jī)械性能指標(biāo)。

例如飛機(jī)的螺旋槳和汽輪機(jī)葉片等零件由于結(jié)構(gòu)條件限制，很難采取結(jié)構(gòu)因素（外界能量吸收器）來(lái)達(dá)到消振的目的，此時(shí)材料本身的消振能力就顯得特別重要?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四

Cr13系列鋼之所以常用作制造汽輪機(jī)葉片材料，除其耐熱強(qiáng)度高外，還有個(gè)重要原因就是它的循環(huán)韌性大，即消振性好。

灰鑄鐵循環(huán)韌性大，是很好的消振材料，所以常用它做機(jī)床和動(dòng)力機(jī)器的底座、支架以達(dá)到機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

相反，在另外一些場(chǎng)合下，追求音響效果的元件音叉、簧片、鐘等，希望聲音持久不衰，即振動(dòng)的延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)久，則必須使循環(huán)韌性盡可能小?，F(xiàn)在是53頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四

彈性后效和彈性滯后環(huán)的起因：

(1)可能是因位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)引起，也可能由于其他效應(yīng)所引起。

(2)由于在宏觀或微觀范圍內(nèi)變形的不均勻性，在應(yīng)變量不同地區(qū)間出現(xiàn)溫度梯度，形成熱流。附加應(yīng)變不容易和應(yīng)力同步變化，因此出現(xiàn)滯彈性現(xiàn)象，

(3)也可能由于晶界的粘滯性流變或由于磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生附加應(yīng)變，而這些應(yīng)變又往往是滯后于應(yīng)力的?，F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四3.粘彈性粘彈性是指材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機(jī)理同時(shí)存在的力學(xué)行為。一些非晶體，有時(shí)甚至多晶體，在比較小的應(yīng)力時(shí)表現(xiàn)粘彈性現(xiàn)象。其特征是應(yīng)變落后于應(yīng)力，即應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時(shí)完成的，需要通過一個(gè)弛豫過程，但卸載后，應(yīng)變恢復(fù)到初始值，不留下殘余變形。當(dāng)加上周期應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變曲線就成一回線。

現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系與時(shí)間有關(guān)，可分為恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛和恒應(yīng)力下蠕變兩種情況?，F(xiàn)在是56頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期四材料的粘彈性行為在一些高分子材料中表現(xiàn)得比較突出，這是由于大分子鏈段沿外力逐漸舒展引起的，在外力去除后這部分蠕變變形可以緩慢地恢復(fù)，這也是高分子材料蠕變與金屬或陶瓷材料蠕變的明顯區(qū)別?，F(xiàn)在是57頁(yè)\一共有