第二章材料的力学.pptVIP

主要内容与目的 材料的形变、材料的塑性、蠕变与粘弹性、材料的断裂与机械强度材料的硬度等力学性能指标。理解结构与力学性能的关系 材料的形变、应力与应变 形变（Deformation） 材料在外力的作用下发生形状与尺寸的变化 力学性能或机械性能（Mechanical Property） 材料承受外力作用、抵抗形变的能力及其破坏规律 应力 应力（Stress）:材料单位面积上所受的附加内力 其值等于单位面积上所受的外力?=F/A 在国际单位制中，应力的单位为牛顿/米2， 即N/m2,又写为Pa 体积元单位面积上的力可分解为法向应力和剪切应力，见图: 应力 若材料受力前的面积为A0, 则?0=F/A0称为名义应力； 若材料受力后面积为A, 则?T=F/A0称为真实应力。 应力张量（Tensor） ?xx ?xy ?xz ?ij = ?yx ?yy ?yx ?zx ?zy ?zz 法向应力?导致材料的伸长或缩短， 而切向应力?引起材料的切向畸变。 根据剪切应力互等的原理可知：?xy=?yx， 故某点的应力状态由6个应力分量来决定 应变 应变（Strain）： 材料受力时内部各质点之间的相对位移 对于各向同性的材料，有三种基本应变 类型： 拉伸应变?， 剪切应变?和压缩应变△ 拉伸应变 拉伸应变是指材料受到垂直于截面积的 大小相等、方向相反并作用在同一条 直线上的两个拉伸应力时材料 发生的形变 一根长度为L0的材料，在拉 应力的作用下被拉长到l1, 则在小伸长时，其拉伸应变为 真实应变?T 橡胶类弹性体大伸长的拉伸应 变为： [(l/l0)-(l0/l)2]3 剪切应变 剪切应变 是指材料受到平行于截面积的大小相等、 方向相反的两个剪切力时发生的形变： ?=tan? 在小剪切力应变时?≈0 压缩应变 压缩应变是指材料周围受到均匀应力P时， 其体积从开始时的V0变化为V1=V0-V的 形变: 应变张量 ?xx ?xy ?xz ?ij = ?yx ?yy ?yx ?zx ?zy ?zz 其中?xy=?yx，应变也由6个独立分量决定 不同材料的应力—应变关系示意图 2 弹性形变 对于理想的弹性材料，在应力的作用下 会发生弹性形变（Elastic Deformation）, 其应力与应变关系服从Hook定律： 三种应变类型的弹性模量 杨氏模量E、剪切模量G、体积模量B Hook定律 ?=E? 比例系数E成为弹性模量（Elastic Modulus）, 又称弹性刚度 三种应变类型的弹性模量 杨氏模量E；剪切模量G； 体积模量B。 泊松比（Poisson’s Ration） 泊松比μ 在拉伸试验中，材料横向单位面积的减少 与纵向单位面积长度的增加之比值，即 在E、G、B和μ四个参数中只有两个 独立： E=2G(1+μ) =3B(1-2μ) 弹性模量的物理本质 （原子间结合强度的标志之一） 两类原子间结合力与原子间距关系曲线 弹性模量实际与曲线上受力点的曲线斜率成 正比 影响弹性模量的主要因素 (一)原子结构和键合方式 （二）晶体结构 （三）化学成分 （四）温度 （五）微观结构 两相复合材料 上限弹性模量EH： 下限弹性模量EL： 对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模量的经验公式为： E=E0(1-1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量 P为气孔率 材料的塑性、屈服于应变硬化 1.2.1 材料的塑性 塑性（Plasticity）： 材料在外力去除后仍保持部分应变的特性 延展性（Ductility）： 材料发生塑性形变而不断裂的能力 塑性形变 在足够大的剪切应力?作用下或温度T较高 时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系 统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为 材料的塑性形变。 滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式 滑移 滑移是指在剪切应力作用下晶体一部分 相对于另部分发生平移滑动。在显微镜 下可观察到晶体表面出现宏观裂纹，并 构成滑移带。 滑移一般发生在原子密度大的晶面