材料力学七大问题总结.doc

1、材料力学七大问题总结1目 录一、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 .3二、关于弹性变形的问题 .3三、关于塑形变形的问题 .4四、关于金属的韧度断裂问题 .5五、关于硬度的问题 .7六、关于金属在冲击载荷下的力学性能 .8七、关于金属疲劳的问题 .92一、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题低碳钢的应力应变曲线a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形） ，不均匀集中塑性变形。b、相关公式：工程应力 =F/A0 ；工程应变 =L/L0；比例极限 P；弹性极限 ；屈服点 S；抗拉强度 b；断裂强度 k。真应变 e=ln(L/L0)=ln(1+) ；真应力 s=

2、(1+)= *e 指数 e 为真应变。c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力真应变曲线和应力应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。二、关于弹性变形的问题a、相关概念弹性：表征材料弹性变形的能力刚度：表征材料弹性变形的抗力弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数， E=/ ；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低

3、的现象。滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，3也叫内耗b、相关理论：弹性变形都是可逆的。理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映单晶体和多晶体金属的弹性模量，主要取决于金属原子本性和晶体类型。包申格效应；滞弹性；伪弹性；粘弹性。包申格效应消除方法：预先大

4、塑性变形，回复或再结晶温度下退火。循环韧性表示材料的消震能力。三、关于塑形变形的问题a、相关概念滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素） ；滑移面受温度、成分和变形的影响；滑移方向比较稳定孪生：fcc、bcc、hcp 都能以孪生产生塑性变形；一般在低温、高速条件下发生；变形量小，调整滑移面的方向屈服现象：退火、正火、调质的中、低碳钢和低合金钢比较常见，分为不连续屈服和连续屈服；屈服点：材料在拉伸屈服时对应的应力值，s；上屈服点：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力值，su；下屈服点：试样屈服阶段中最小应力，sl；屈服平台（屈服齿）：屈服伸长对应的水平线段或者曲折线段；吕

5、德斯带：不均匀变形；对于冲压件，不容许出现，防止产生褶皱。屈服强度：表征材料对微量塑性变形的抗力连续屈服曲线的屈服强度：用规定微量塑性伸长应力表征材料对微量塑性变形的抗力（1）规定非比例伸长应力 p：（2）规定残余伸长应力 r：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力；残余伸长的百分比为 0.2%时，记为 r0.24（3）规定总伸长应力 t：试样标距部分的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。晶格阻力（派纳力） ；位错交互作用阻力Hollomon 公式： S=Ken ，S 为真应力，e 为真应变；n硬化指数0.10.5，n=1,完全理想弹性

6、体，n=0，没有硬化能力；K硬化系数缩颈是：韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。抗拉强度：韧性金属试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。代表金属材料所能承受的最大拉伸应力，表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力。与应变硬化指数和应变硬化系数有关。等于最大拉应力比上原始横截面积。塑性是指金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。b、相关理论常见的塑性变形方式：滑移，孪生，晶界的滑动，扩散性蠕变。塑性变形的特点：各晶粒变形的不同时性和不均匀性（取向不同；各晶粒力学性能的差异） ；各晶粒变形的相互协调性（金属是一个连续的整体，多系滑移；Von Mises 至少 5 个独立的滑移

7、系） 。硬化指数的测定：试验方法；作图法 lgS=lgK+nlge硬化指数的影响因素：与层错能有关,层错能下降，硬化指数升高；对金属材料的冷热变形也十分敏感；与应变硬化速率并不相等。缩颈的判据（失稳临界条件）拉伸失稳或缩颈的判据应为 dF=0两个塑性指标：断后伸长率 =(L1-L0)/LO*100%；断后收缩率：=(A0-A1)/A0*100%，形成为缩颈= 或 tk ,c s ,先屈服再断裂；ttk ,c s ,脆性断裂韧脆转变温度是金属材料的韧性指标，它反映了温度对韧脆性的影响。影响韧脆转变温度的冶金因素：晶体结构：体心立方金属及其合金存在低温脆性。普通中、低强度钢的基体是体心立方点阵的铁

8、素体，故这类钢 有明显的低温脆性。化学成分：间隙溶质元素溶入铁素体基体中，偏聚于 位错线附近，阻碍位 错运动，致 s 升高， 钢的韧脆转变温度提高。显微组织：晶粒大小，细化晶粒使材料韧性增加；减小亚晶和胞状结构尺寸也能提高韧性。细化晶粒提高韧性的原因：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积 增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿 晶脆性断裂。金相组织七、关于金属疲劳的问题a、金属疲劳现象疲劳：金属机件在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂现象。9疲劳的破坏过程是材料内部薄弱区域的组织在变动应力作用下，逐渐发生变化和损伤累积、开裂，当裂纹扩展达

9、到一定程度后发生突然断裂的过程，是一个从局部区域开始的损伤累积，最终引起整体破坏的过程。循环应力的波形：正弦波、矩形波和三角波等。表征应力循环特征的参量有：最大循环应力 max，最小循环应力 min；平均应力:m=(max+min)/2；应力幅或应力范围:a=(max-min)/2；应力比:r=min/max疲劳按应力状态分：弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳及复合疲劳；疲劳按环境和接触情况分：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳及接触疲劳等。疲劳按应力高低和断裂寿命分：高周疲劳和低周疲劳。b、金属疲劳特点疲劳的特点：该破坏是一种潜藏的突发性破坏，在静载下显示韧性或脆性破坏的材料在疲劳破坏

10、前均不会发生明显的塑性变形，呈脆性断裂。疲劳对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度，二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。c、金属疲劳宏观断口疲劳宏观断口的特征：疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应的断口上也显示出疲劳源、疲劳裂纹扩展区与瞬时断裂区的特征。疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地。位置：多出现在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连。但若材料内部存在严重冶金缺陷(夹杂、缩孔、伯析、白点等)，也会因局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源。特点：因疲劳源区裂纹表面受反复挤压，摩擦次数多，疲劳源区比较光亮，而且因加工硬化，该区表面硬度会有所提高。数量：机件疲劳破坏的疲劳源可以是一个，也可以是多个，它与机件的应力状