材料力學(xué)基礎(chǔ)ppt課件

1、整理課件整理課件 第二節(jié)第二節(jié) 材料的性能材料的性能 材料力學(xué)基礎(chǔ)材料力學(xué)基礎(chǔ) 第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院 材料學(xué)教研室 唐立輝整理課件整理課件v材料的機(jī)械性能主要是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的變形和破壞方面的特性。v口腔材料應(yīng)具有良好的機(jī)械性能，才能保證修復(fù)體在咀嚼應(yīng)力的作用下保持正常的功能。整理課件整理課件一、力一、力v 物體受力后將使其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者它的形狀和體積發(fā)生變化。v 力的單位：1kgf = 9.8N 1MPa = 10.02Kg/cm2v 1MPa=0.1002Kg/mm2v 力不僅有大小，而且有方向。v 作用方式不同，有各種不同的力：如重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等。 整理課

2、件整理課件二、材料力學(xué)的任務(wù)二、材料力學(xué)的任務(wù)v 保證構(gòu)件安全工作的基本要求：1.應(yīng)有足夠的強(qiáng)度。強(qiáng)度是指構(gòu)件在載荷作用下抵抗破壞的能力。2.應(yīng)有足夠的剛度。剛度是指構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力。3.應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性。即維持其原有平衡形式的能力，以保證在規(guī)定的使用條件下不產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。整理課件整理課件v材料力學(xué)的主要任務(wù)是：研究構(gòu)件在外力作用下的變形、受力和破壞的規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)構(gòu)件提供有關(guān)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性分析的理論和計(jì)算方法。整理課件整理課件三、應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)?、?yīng)力與應(yīng)變v應(yīng)力是描述物體內(nèi)部各點(diǎn)個(gè)方向的力學(xué)狀態(tài)；單位面積所受的內(nèi)力即為應(yīng)力。v應(yīng)力的種類 1.軸向拉伸與壓縮應(yīng)力 2.剪切應(yīng)力

3、 3.彎曲應(yīng)力（復(fù)合應(yīng)力）整理課件整理課件整理課件整理課件固定橋模型的應(yīng)力分布固定橋模型的應(yīng)力分布整理課件整理課件桿件變形的基本形式桿件變形的基本形式1.拉伸與壓縮變形2.剪切變形3.扭轉(zhuǎn)變形4.彎曲變形整理課件整理課件應(yīng)變應(yīng)變v應(yīng)變是描述材料在外力作用下形狀變化的量。是指單位長(zhǎng)度的變形。整理課件整理課件四、應(yīng)力四、應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線v研究材料機(jī)械性能常用的方法是測(cè)定應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 它是以應(yīng)力為縱坐標(biāo)，應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)繪制的曲線。對(duì)材料施加拉力、壓力、剪切力或彎曲力均可得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。整理課件整理課件低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖應(yīng)變曲線圖o整理課件整理課件彈性變

4、形階段彈性變形階段v從O點(diǎn)到E點(diǎn)v特點(diǎn)：卸載后變形可以完全恢復(fù)。 從O點(diǎn)到P點(diǎn)，任意一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變之比為一常數(shù)（E，彈性模量）。 v參數(shù)：比例極限、彈性極限、彈性模量整理課件整理課件a aE=tga aO1O2f1(f)低碳鋼拉伸低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線D(s ss下下)(s se) BC(s ss上上)A(s sp)E(s sb) ga aEy= tga as s (MPa)200400e e0.10.2O低碳鋼壓縮低碳鋼壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線整理課件整理課件s se eOs s bL灰鑄鐵的灰鑄鐵的拉伸曲線拉伸曲線s s by灰鑄鐵的灰鑄鐵的壓縮曲線壓縮曲線a aa a

5、= 45o55o剪應(yīng)力引起斷裂剪應(yīng)力引起斷裂整理課件整理課件一些牙科材料的彈性模量一些牙科材料的彈性模量材料材料彈性模量彈性模量(GPa *)材料材料彈性模量彈性模量(GPa *)鈷一鉻部分義齒合金鈷一鉻部分義齒合金218.0磷酸鋅水門汀磷酸鋅水門汀22.4金合金金合金(型型)99.3銀汞合金銀汞合金27.6牙釉質(zhì)牙釉質(zhì)84.1牙本質(zhì)牙本質(zhì)18.3磷酸鋅水門汀磷酸鋅水門汀13.7丙烯酸基托樹(shù)脂丙烯酸基托樹(shù)脂 2.63長(zhǎng)石質(zhì)烤瓷長(zhǎng)石質(zhì)烤瓷69.0復(fù)合樹(shù)脂復(fù)合樹(shù)脂16.6硅橡膠硅橡膠(頜面贗復(fù)用頜面贗復(fù)用)0.002整理課件整理課件塑性變形階段塑性變形階段(包括屈服與強(qiáng)包括屈服與強(qiáng)化化) 當(dāng)應(yīng)力超

6、過(guò)E點(diǎn)后，材料開(kāi)始發(fā)生塑性變形。v屈服強(qiáng)度：一般取下屈服極限作為材料的屈服強(qiáng)度。 屈服變形階段、屈服點(diǎn)整理課件整理課件強(qiáng)化變形階段強(qiáng)化變形階段v超過(guò)屈服階段后，材料又恢復(fù)了對(duì)變形的抵抗能力，需增加外力才能使其繼續(xù)變形，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化。v極限強(qiáng)度：材料破壞前所承受的最大應(yīng)力，稱為極限強(qiáng)度。v斷裂強(qiáng)度：材料斷裂時(shí)的應(yīng)力。整理課件整理課件材料材料拉伸強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度（MPa）壓縮強(qiáng)度（壓縮強(qiáng)度（5.314.214.2MPa）彎曲強(qiáng)度（彎曲強(qiáng)度（MPa）牙本質(zhì)43100232305釉質(zhì)1040.326140080110銀汞合金27.360300520120140貴金屬合金414828復(fù)合樹(shù)脂39

7、6927044870160無(wú)填料丙烯酸樹(shù)脂28769770100長(zhǎng)石質(zhì)烤瓷24.814917565120磷酸鋅水門汀4.37.562.117156高強(qiáng)度人造石5.77.750110916陶瓷24.837.470014009001100玻璃離子水門汀5.314.220183920牙體組織及一些口腔材料的部分極限強(qiáng)度牙體組織及一些口腔材料的部分極限強(qiáng)度整理課件整理課件v 延伸率：試件拉斷后，彈性變形消失而塑性變形保留。塑性是材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。v 延伸率是材料延展性的標(biāo)志。表示材料塑性變形的能力。v 延性是表示材料能夠塑性伸長(zhǎng)的，拉絲的能力。v 展性為被加工塑成薄片的能

8、力。v 一般低延伸率于5%為脆性材料；高于5%為塑性材料，或延展性材料。金合金為19%。整理課件整理課件塑性材料和脆性材料力學(xué)性能比較塑性材料和脆性材料力學(xué)性能比較塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料斷裂前有很大塑性變形斷裂前有很大塑性變形斷裂前變形很小斷裂前變形很小抗壓能力與抗拉能力相近抗壓能力與抗拉能力相近抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力延伸率延伸率 5% 5%延伸率延伸率 5% 5%可承受沖擊載荷，適合于可承受沖擊載荷，適合于鍛壓和冷加工鍛壓和冷加工適合于做基礎(chǔ)構(gòu)件或外殼適合于做基礎(chǔ)構(gòu)件或外殼材料的塑性和脆性會(huì)因?yàn)橹圃旆椒üに嚄l件材料的塑性和脆性會(huì)因?yàn)橹圃旆椒üに嚄l件的改變而改變

9、的改變而改變整理課件整理課件v回彈性與韌性 材料在彈性階段，單位體積所吸收的能量叫回彈，或回彈模量。 回彈性是材料抵抗永久變形的能力。 韌性是材料抵抗開(kāi)裂的能力。整理課件整理課件常用機(jī)械性能指標(biāo)與試驗(yàn)常用機(jī)械性能指標(biāo)與試驗(yàn)v拉伸強(qiáng)度（抗拉）v壓縮強(qiáng)度v剪切強(qiáng)度-剪切粘接強(qiáng)度v彎曲強(qiáng)度（撓曲強(qiáng)度）注意：采用標(biāo)準(zhǔn)試件、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法、檢定合格的儀器整理課件整理課件整理課件整理課件萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)v液壓式液壓式 電子式電子式整理課件整理課件徑向拉伸強(qiáng)度徑向拉伸強(qiáng)度(DTS)(DTS)v ADA No27 -充填材料 是將壓縮性載荷于短圓v 柱試樣的直徑上.產(chǎn)生拉應(yīng)力. DTS= 2P /

10、DT D-直徑, T-厚度整理課件整理課件拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)整理課件整理課件微拉伸試驗(yàn)（牙本質(zhì)粘接）微拉伸試驗(yàn)（牙本質(zhì)粘接）整理課件整理課件壓縮強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度整理課件整理課件沖擊強(qiáng)度（沖擊韌性）沖擊強(qiáng)度（沖擊韌性）v 是指材料在沖擊載荷下，抵抗沖擊破壞的能力。v 主要考察材料的脆性和韌性。v 單位為KJ/m2 。v 常用簡(jiǎn)支梁法；v 一般材料的沖擊強(qiáng)度低，脆性大； 沖擊強(qiáng)度高的材料為韌性材料。整理課件整理課件整理課件整理課件硬硬 度度v硬度-抵抗彈性、塑性形變或破壞的能力，或抵抗其中兩種或三種同時(shí)發(fā)生上的能力。 硬度是比較修復(fù)材料時(shí)的一項(xiàng)重要性能。廣義講是材料抵抗永久表面壓入的能力。 硬度表示了材

11、料磨光的難易，以及在應(yīng)用中抗劃傷的能力。整理課件整理課件v 硬度的種類 靜負(fù)荷布氏、洛氏、維氏、努普硬度。 動(dòng)負(fù)荷肖氏 特點(diǎn)： 每一種方法都是外形小且對(duì)稱的壓頭壓入受試材料的表面；不同點(diǎn)在于壓頭的材質(zhì)、集合形狀、載荷。壓頭可為鋼制、碳化鎢或金剛石，形狀可以為球形、錐形、金字塔形或針形。載荷一般為13000kg整理課件整理課件v布氏硬度(BHN):壓頭不同直徑的 鋼球v洛氏硬度(RHN):壓頭為錐頂角1200金剛石圓錐體或金剛石球壓頭.v維氏硬度(VHN):對(duì)面夾角為1360的正四棱形金剛石壓頭.負(fù)荷小于1Kg的維氏硬度稱顯微硬度.v努普硬度(KHN):壓頭為一對(duì)棱形夾角172030,另一對(duì)棱形

12、夾角為1300的四棱錐金剛石.整理課件整理課件單位：未注明為Kg/mm2; 一般用MPa硬度值之間一般不能換算。v布氏硬度整理課件整理課件整理課件整理課件努普硬度努普硬度整理課件整理課件納米硬度納米硬度(納米壓入納米壓入)v納米壓入法: 加荷為0.1-5000mg;壓痕1微米.vNano-indenter XP型納米壓痕儀(MTS,德國(guó))v可以測(cè)量納米硬度、彈性模量、斷裂韌性等整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件蠕變與疲勞蠕變與疲勞 有時(shí)材料會(huì)在應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞。如蠕變有時(shí)材料會(huì)在應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞。如蠕變與疲勞。與疲勞。v 蠕變：是在恒應(yīng)

13、力作用下，塑性應(yīng)變隨時(shí)間不斷增加的現(xiàn)象蠕變：是在恒應(yīng)力作用下，塑性應(yīng)變隨時(shí)間不斷增加的現(xiàn)象。該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力；如銀汞合金、蠟。該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力；如銀汞合金、蠟v 疲勞：是指材料在循環(huán)（交變）應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞。所疲勞：是指材料在循環(huán)（交變）應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞。所受應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度，甚至小于彈性極限。受應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度，甚至小于彈性極限。v 疲勞強(qiáng)度是指材料抵抗疲勞破壞的能力。它表示在交變應(yīng)力疲勞強(qiáng)度是指材料抵抗疲勞破壞的能力。它表示在交變應(yīng)力作用下經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生破壞的能力。作用下經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生破壞的能力。v 在實(shí)際工作中，常在工作應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷

14、裂，疲在實(shí)際工作中，常在工作應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂，疲勞斷裂常產(chǎn)生于應(yīng)力高度集中或強(qiáng)度低的部位。勞斷裂常產(chǎn)生于應(yīng)力高度集中或強(qiáng)度低的部位。v 常見(jiàn)的沖擊疲勞，冷熱疲勞、接觸疲勞、腐蝕疲勞等。常見(jiàn)的沖擊疲勞，冷熱疲勞、接觸疲勞、腐蝕疲勞等。整理課件整理課件應(yīng)力應(yīng)力- -時(shí)間曲線時(shí)間曲線v 印模材料、銀汞合金和牙本質(zhì)均表現(xiàn)為應(yīng)變與加荷時(shí)間有明顯關(guān)系。v 硅橡膠的應(yīng)表時(shí)間曲線圖v 加荷時(shí)間越長(zhǎng)，或載荷越大，其形變?cè)酱?。銀汞測(cè)試時(shí)速度越快，其形變?cè)叫　?.5mm/min整理課件整理課件撓曲強(qiáng)度與撓度撓曲強(qiáng)度與撓度v撓曲強(qiáng)度是指材料承受彎曲應(yīng)力時(shí)的極限強(qiáng)度。v撓曲強(qiáng)度是復(fù)合樹(shù)脂與基托樹(shù)脂材料的重要機(jī)

15、械性能。整理課件整理課件撓撓 度度v是物體承受其比例極限內(nèi)的應(yīng)力所發(fā)生的彎曲形變。v撓度與撓曲強(qiáng)度是衡量材料彎曲韌性的指標(biāo)。v撓度“曾經(jīng)”成為所有標(biāo)準(zhǔn)中指定的評(píng)價(jià)項(xiàng)目；JTS、GB增加了撓曲強(qiáng)度指標(biāo)。v現(xiàn)只有“撓曲強(qiáng)度”指標(biāo)。整理課件整理課件義齒基托材料義齒基托材料ISO標(biāo)準(zhǔn)撓度值標(biāo)準(zhǔn)撓度值負(fù)荷（負(fù)荷（N） 形變（形變（mm） 最小最小 最大最大 15351.02.535502.05.0整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件ISO 20759-1 2008-8-1整理課件整理課件ISO 20759-1 2008-8-1整理課件整理課件應(yīng)力集中、裂縫擴(kuò)展和溫度應(yīng)力應(yīng)力集

16、中、裂縫擴(kuò)展和溫度應(yīng)力v 應(yīng)力集中：是指在材料截面突變處，有應(yīng)力驟然增大的現(xiàn)象。v 當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到一定程度時(shí)，材料就容易產(chǎn)生裂紋而破壞，裂縫擴(kuò)展會(huì)引起脆性斷裂：材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力稱為斷裂韌度。v 溫度應(yīng)力：由溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力。 復(fù)合樹(shù)脂充填體受熱膨脹，與牙齒熱膨脹不一，長(zhǎng)期會(huì)導(dǎo)致疲勞損傷，甚至出現(xiàn)裂紋、斷裂。整理課件整理課件三、化學(xué)性能三、化學(xué)性能 理想的材料其化學(xué)穩(wěn)定性好，在口內(nèi)不溶解、不腐蝕、不變色。v腐蝕：材料由于周圍環(huán)境的化學(xué)侵蝕而造成的破壞或變質(zhì)稱為腐蝕。v變色：腐蝕發(fā)生的初期階段，又稱變色。 發(fā)生高分子材料的變色主要是成分的不穩(wěn)定性、 高分子鏈的斷裂或降解（老化），輔料變色

17、（胺類還原劑）。 金屬和合金的腐蝕主要是由于化學(xué)或電化學(xué)作用所引起。整理課件整理課件擴(kuò)散與吸附擴(kuò)散與吸附v物體中原子和分子向周圍移動(dòng)的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。v固體或液體表面的離子、原子或分子與接觸相之間，借助于靜電力或分子間的范德瓦爾斯力所產(chǎn)生的吸附現(xiàn)象，稱為吸附。 某些口腔材料在口腔里會(huì)吸附唾液或其他液體，同時(shí)有部分材料被溶解。過(guò)量的吸水和溶解都會(huì)降低性能。v復(fù)合樹(shù)脂與基托樹(shù)脂的吸水值與溶解整理課件整理課件v 復(fù)合樹(shù)脂的吸水值與溶解值 吸水值: 50ug/mm3; 溶解值:5ug/mm3v 基托樹(shù)脂的吸水值與溶解值 熱凝樹(shù)脂：吸水值:32ug/mm3; 溶解值:1.6ug/mm3；自凝樹(shù)脂：溶解值:

18、.6ug/mm3; 整理課件整理課件老化老化v 老化是指材料在加工、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中，其物理化學(xué)和機(jī)械性能變壞的現(xiàn)象。v 尤其高分子的變軟、變硬、變脆、變色等。使材料的物理機(jī)械性能明顯下降，造成不能正常使用，甚至導(dǎo)致破壞。v 在口腔環(huán)境的老化更嚴(yán)重，如何減緩口腔材料的老化，延長(zhǎng)修復(fù)體的壽命是材料研究的主要任務(wù)之一。v 化學(xué)性粘接：粘接是指兩個(gè)固體借助于兩者界面間的作用而產(chǎn)生結(jié)合的現(xiàn)象。 化學(xué)性粘接指的是表面的原子或離子間的結(jié)合，一般為共價(jià)鍵或離子鍵形式。整理課件整理課件四、生物性能四、生物性能v良好的生物性能是保證材料臨床應(yīng)用安全有效的重要指標(biāo)。v生物性能包括生物安全性、生物相溶性和生物功能性。v（一） 生物安全性：是指材料制品具有臨床前安全使用的性質(zhì)。 用于口腔的材料應(yīng)該是對(duì)人體無(wú)毒性、無(wú)刺激性、無(wú)致癌性和致畸變等。整理課件整理課件v口腔材料需進(jìn)行分類檢測(cè)后才能進(jìn)行臨床應(yīng)用。vISO 7405-1997 口