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资料所受轮回应力战其断裂前的应力 轮回次数的

  第一章 材料的力学行为 取机能 第一章 材料的力学行为和机能 本章沉点: 材料的强度、硬度、塑性、韧性等力学 机能的根基概念及使用。 本章难点: 低应力脆断和材料的断裂韧性。 进修方针: 熟悉常用力学机能目标的测试方式,掌 握材料力学机能的暗示方式及其使用。 次要内容 第一节 正在载荷感化下的力学行为 第二节 材料的静态力学机能 第三节 材料的动态力学机能 第四节 断裂韧性 第一节 材料正在载荷感化下的力学行为 一、弹性变形、塑性变形和断裂 材料正在载荷感化下的行为,称之为力学行 为。当外力感化正在固体物质上时,随外力 添加,物体味逐步改变其原始外形和尺寸 而发生变形,外力添加到必然数值后,物 体将发生断裂,所以变形和断裂是固体物 质受载时,随外力的添加而发生的遍及现 象。 二、应力和应变 应力:单元面积上所受的力。 应变:单元长度的伸长量。 第二节 材料的静态力学机能 一、拉伸试验及材料的强度取塑性 左图为拉伸试验机 下图为拉伸试验过 程中试样的变形及 断裂。 由上图可知:正在拉伸载荷感化下,试样的变形 分为三个阶段:弹性变形阶段;塑性变形阶段; 断裂阶段。正在拉伸试验过程中,可测定的次要 力学机能目标有: 强度σ s,抗拉强度σb ,弹性模量E, 断后伸长率δ 和断面收缩率 。 Fs σs = S0 试样时的载荷( N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( mm ) 2 F0.2 σ0.2 = S0 Fb σb = 试样发生0.2%塑性变 ( M pa ) 形时的载荷(N) 2 试样原始横截面( mm ) 试样断裂前的最大载荷(N) ( M pa ) 2 试样原始横截面积( mm ) S0 ψ= S0 - S k × 100% S0 L k– L 0 δ = × 100% L0 δ 2 ~ 5% 属脆性材料,δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料,δ 10% 属塑性材料 其断口特征如图所示。 二、硬 度 硬度是指材料抵当其他硬物体压入其概况 的能力。 1. 布什硬度(HBW) F 2F HBW ? ? S ?D(D ? D 2 ? d 2) 暗示方式:120HBW10/1000/30; 后面的数字顺次暗示: (1)曲径; (2)试验力; (3)试验力连结时间(10~15s不标注)。 次要用于测定组织粗大且不服均的金属材料 的硬度,如铸钢、铸铁、供应态钢材等。 2.洛氏硬度 硬度标尺:HRA、HRB、HRC。此中 C标尺最常 用 。 正在批量的成品或半成质量量查验中普遍利用. 3.维氏硬度 暗示方式: 如:640HV30/20 丈量精度高、范畴广, 但比力麻烦,次要用于 研究工做。 注: 各硬度值之间大致有以下关系: 布氏硬度值正在200-600范畴内, HBW≈10HRC; 布氏硬度值小于450HBS, HBW≈HV 第三节 材料的动态力学机能 一、冲击韧性 材料正在冲击载荷感化下抵当的能力。 试样冲断时所耗损的冲击接收功A k为: A k = m g H – m g h (J) 冲击韧性值a k 就是试样缺口处单元截面 积上所耗损的冲击功。 AK a k= S0 (J/cm? ) 二、委靡强度 暗示材料经无数次交变载荷感化而不致惹起断裂的 最大应力值。材料所受轮回应力和其断裂前的应力 轮回次数的关系,即委靡曲线如下图所示 钢材的轮回次数一般取 钢材的轮回次数一般取 N N= = 10 10 7 7 有色金属的轮回次数一般取 N = 10 8 有色金属的轮回次数一般取 N = 10 8 第四节 断裂韧性 一、低应力脆断 材料抵当裂纹扩展断裂的能力叫断裂韧性。机 械零件的保守强度设想为σ [σ ]=σ 0.2/n(n为 平安系数),一般认为用此式设想的零件是平安 的,不会发生塑性变形,更不会断裂。可是,有 些高强钢制制的零件或大型焊接构件如桥梁、 船舶等,有时会正在工做应力远低于材料强 度以至低于许用应力的前提下俄然发生脆性断 裂,这种工做应力远低于材料强度的断裂 叫低应力脆断。 二、断裂韧度 裂纹扩展的根基形式 a) 张开型 b) 滑开型 c) 扯开型 应力场强度因子K1 裂纹尖端发生应力集中构成应力场,权衡裂纹尖端附近 应力场强弱程度的力学参量称为应力场强度因子,用KⅠ 暗示。其表达式为: K1 ? Y? a 式中:a为裂纹尺寸。 断裂韧度KⅠC 裂纹扩展时的临界应力场强度因子值称为材料的断裂韧度, 用KⅠC暗示,单元为MPa· m1/2。其为材料抵当裂纹扩展 断裂的能力大小的表示,为材料的固有属性,取材料的成 分、组织、热处置以及加工工艺相关,取裂纹的大小、形 状、外加应力等无关。 三、断裂韧度的使用 当 KⅠ≥KⅠc时,裂纹就会扩展而导致低应力脆断。按照这个 前提: (1)确定对材料所要求的断裂韧度K1c,做为选材的根据。 (2)估算断裂时的临界裂纹长度a ,做为裂纹探伤的根据。 (3)确定构件断裂时的临界应力σ c 。 (4)判断构件的平安性。 c K1C 2 ac ? ( ) Y? K1C ?c ? Y a 欢送进入下一章的进修 加 油!

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