优·第一章 单向静拉伸力学性能.docVIP

第一章 单向静拉伸力学性能 单向静拉伸试验特点: 1.最广泛使用的力学性能检测手段; 2.实验的应力状态、加载速率、试样尺寸、温度等都有规定。（试验方法：GB/T228-2002；试样：GB/T6397-1986） 3.最基本的力学性能（弹性、塑性、断裂） 4.可测力学性能指标：强度（σ）、塑性（δ、ψ、f）等。 （万能拉伸试验机介绍：油压式、传感器式、高温式等） §1.1 应力-应变曲线 （视频演示：拉伸试验） 一、拉伸力—伸长曲线 图1-1 低碳钢拉伸力—伸长曲线 二、应力-应变曲线 应力 σ=F/A 应力ε=△l/L 图1-2 低碳钢应力-应变曲线 如果按拉伸时试样的真实断面A和真实长度L，则可得到真实应力-应变曲线： 图1-3 真实应力-应变曲线 与常见的应力-应变曲线比较，材料强化→F↑；而面积A↓，要保持ε不变，则F↓。 ∴σ～ε出现峰值。 三、几种常见材料的应力-应变曲线 图1-4 某些金属与合金的p—Δι曲线 1—铝青铜；2—低碳钢（c：0.35）；3—硬铝；4—铜 §1.2 弹性变形与弹性不完整性 一、弹性变形及其实质 1.弹性变形及其实质 定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫弹性变形。 特点：力的作用方式：拉、压、推 单调、可逆、变形量很小（＜0.5～1.0%） 2.弹性的物理本质（双原子模型） 金属的弹性性质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。 二、虎克定律 1.弹性理论简介 ⑴基本假设 ⑵弹性力场微分方程 单元体受力分析 平衡微分方程 fi——作用力，i、j=x,y,z； ρ——密度；位移：x轴——u；y轴——v；z轴——w 几何方程 i，j=x,y,z；位移：x轴—u；y轴—v；z轴—w 2.广义虎克定律 在弹性极限内，物体内任一点的应力状态和应变状态均可以由六个应力分量和六个应变分量来描述，虎克定律的物理方程为： 式中 C11、C12……Cij为常数，称为弹性刚度系数。 当以应力为自变量时，广义虎克定律也可以写成下式： 式中 S11、S12……Sij为常数，称为弹性顺度系数。 在晶体物理中存在Cij=Cji，Sij=Sji（i、j=1、2、3……）的关系，因此Cij与Sij中只有21个独立的，即 各向同性体的广义虎克定律可用下式表达： 式中 E——正弹性模量，又称杨氏模量； G——切变弹性模量。 广义虎克定律物理方程 3.狭义虎克定律 三、弹性模量 1.弹性模量的物理意义和作用 ⑴物理意义：材料对弹性变形的抗力。 ⑵用途： 工程上亦称为刚度； 计算梁或其他构件挠度时必须用之。弹性模量是材料重要的力学性能之一． 2.影响弹性模量的因素 ⑴金属原子的种类和晶体学特性； 非过渡族，原子半径↑、E↓；过渡族，原子半径↑、E↑，且E一般都比较大。 原子密排向的E大。 ⑵溶质原子与其强化； 晶格畸变能增大，E↓； ⑶显微组织（指热处理后）；⑷温度；⑸加载速率； 一般影响不大。 ⑹其他。 四、弹性极限、弹性比功 1.比例极限 2.弹性极限 3.弹性比功 又称为弹性比能、应变比能。 物理意义：吸收弹性变形功的能力。 几何意义：应力-应变曲线上弹性阶段下的面积。 用途：制造弹簧的材料，要求弹性比功大。 五、滞弹性（弹性后效） 1.滞弹性及其影响因素 实际金属材料，弹性变形不仅是应力的函数，而且还是时间的函数。 ⑴定义 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。 ⑵影响因素： a.晶体中的点缺陷；显微组织的不均匀性。 b切应力越大，影响越大。 c.温度升高，变形量增加。 ⑶危害：长期承载的传感器，影响精度。 2.循环韧性 ⑴弹性滞后环 由于应变滞后于应力，使加载曲线与卸载曲线不重合而形成的闭合曲线，称为弹性滞后环。 物理意义： 加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功。或，回线面积为一个循环所消耗的不可逆功。 这部分被金属吸收的功，称为内耗。 ⑵循环韧性 若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可得到