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河海大学机电工程学院 * * 河海大学机电工程学院 第一章 概述 第一章 概述 材料力学与物理性能 河海大学机电工程学院 纪秀林 Tel: 1969 Email: xiulinji@hhuc.edu.cn Office Time: Tuesday 视野决定飞翔的高度 上一届授课情况小结 学习情况 思想问题：学而无用； 考试情况 考题偏简单，简答题太容易得分。 增加知识运用的考核内容。没有标准答案，只有自己的思考 20%（作业+回答问题）+80%（期末考试） 性 能 Properties 合成与制备 Synthesis and Fabrication 结 构 Structures 效能 Performance 合成与制备 Processing 结构 Structure 性能 效能 Properties 结构形成过程 “材料工艺” 中心环节 材料学基础 构件、器件的制备 “材料选择” Performance Goal/means Cause/effect Structure Properties Structure-Property Linkages 学习内容 静载荷下材料的力学性能 应力-应变曲线：弹性变形、塑性变形、断裂 其他加载方式下的力学性能：压缩、硬度 动载荷下材料的力学性能 冲击韧性 低温脆性 疲劳 断裂力学与断裂韧性 学习内容 材料的其他力学性能 摩擦与磨损 蠕变 其他高温力学性能 热学性能 磁学性能 电学性能 耐腐蚀性能 学习方法 本课程属于材料科学与工程一级学科主干专业课 基本概念 物理本质 性能指标 影响因素 提高途径 指标测试 应用 教材： 材料性能学，王从曾，北京工业大学出版社 参考文献： 金属力学性能，束德林主编，机械工业出版社 材料力学性能，高建明主编，武汉理工大学出版社 材料物理性能，陈树川等著，上海交通大学出版社 本课的主要内容 拉伸试验 弹性变形 问题 如何测量材料的力学性能？ 单向静拉伸试验 重要性：揭示规律、评定指标 液压式万能电子材料试验机 力-伸长曲线 弹性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。 弹性变形 随载荷撤除而消失的变形。 塑性变形 随载荷撤除而不能完全消失的变形。 模拟 拉伸三过程 力—伸长曲线 s F e b k L Fs Fb O 均匀塑性变形 弹性变形 缩颈 断裂 屈服变形 塑性变形:外力去除后不能消失的变形 不均匀集中塑性变形 典型材料的力-伸长曲线 淬火、高温回火后的高碳钢 低合金结构钢 黄铜 陶瓷、玻璃类材料 橡胶类材料 工程塑料 应力和应变的定义 应力 单位面积上的内力，其值等于外加力。 σ=F/A0 应变 受到外力不惯性移动时，几何形状和尺寸的变化。 ε=ΔL/L0 = (L - L0)/L0 应力 = 外加力F 截面积A0 应力-应变曲线 比例极限σp 弹性极限σe 屈服点σs 抗拉强度σb 真应力和真应变 真应变e F + dF L+ dL 应变的微分增量：de = dL / L 总的应变量e： 真应变e总是小于工程应变ε 。 ε=ΔL/L0 = (L - L0)/L0 = L/L0 - 1 真应力和真应变 真应力S S= σ ( 1 + ε ) 真应力S总是大于工程应力σ 。 真应力-真应变曲线 第二节 弹性变形 弹性变形的本质 构成材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。 双原子模型 引力：正离子和自由电子之间的库伦力； 斥力：离子之间因电子壳层产生应变所致。 弹性变形的物理本质 弹性模量，弹性模数，弹性系数 表征材料对弹性变形的抗力，刚度 拉伸时，σ = Eε 剪切时，τ = Gγ 材料的弹性模数与其单位体积质量的比值 比弹性模数，比模数，比刚度 · · 影响弹性模数的因素 键合方式和原子结构 共价键、离子键、金属键；分子键 金属元素在周期表中的位置； 原子半径大小； 过渡族元素。 晶体结构 沿原子排列最密的晶向上弹性模数最大。 单晶，多晶，非晶… 化学成分 合金：各元素的质量分数、晶体结构、组织状态… 固溶体合金，变化不大； 两相合金，可能有大的变化。 微观组织 显微组织对弹性模量的影响较小； 晶粒大小对E值没有影响； 弹性模数是一个组织不敏感的力学性能指标。 温度 随温度的升高，弹性模数降低。 加载条件和负荷持续时间 对金属、陶瓷的弹性模数没有影响。 陶瓷的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数。 比例极限 保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力 弹性极限 材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力 工程定义 拉伸