材材料力學(xué)Ⅱ電子教案八

第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究§7－1概述§7－2應(yīng)變速率及應(yīng)力速率對(duì)材料力學(xué)性能的影響§7－3溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響·蠕變與松弛§7－4溫度與時(shí)間對(duì)材料力學(xué)性能的影響·蠕變與松弛§7－5沖擊荷載作用下材料的力學(xué)性能·沖擊韌度§7－6低應(yīng)力脆斷·斷裂韌度1§7－1概述在材料力學(xué)（Ⅰ）中研究了材料在常溫,靜載拉伸,壓縮時(shí)的力學(xué)性能。本章研究構(gòu)件在比較復(fù)雜的工作條件下，材料的力學(xué)性能。應(yīng)變對(duì)時(shí)間的變化率=稱為應(yīng)變速率。應(yīng)力對(duì)時(shí)間的變化率稱為應(yīng)力速率，它也是加載速率。本節(jié)研究在常溫下和對(duì)材料力學(xué)性能的影響。§7－2應(yīng)變速率及應(yīng)力速率對(duì)材料力學(xué)性能的影響第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究2較小時(shí)，對(duì)材料的力學(xué)性能影響較小。當(dāng)≥時(shí)，屈服階段不明顯，強(qiáng)度極限提高。圖a為常溫下低碳鋼由拉伸試驗(yàn)得到的-曲線。其中的曲線1為靜載，曲線2為動(dòng)載（≥）。Ⅰ.

de/dt對(duì)材料力學(xué)性能的影響第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究Ⅱ.

ds/dt對(duì)材料力學(xué)性能的影響圖b為常溫下低碳鋼的-曲線。當(dāng)3（加速率）超過塑性變形的傳播速率后，提高。在作靜載拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)有相關(guān)的規(guī)定。上述現(xiàn)象是塑性材料普遍存在的。第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究4§7－3溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響

加載時(shí)間和溫度對(duì)材料的力學(xué)性能均有影響。本節(jié)研究短期加載拉伸時(shí)，溫度對(duì)材料力學(xué)性能的影響。圖a為低碳鋼在拉伸試驗(yàn)時(shí)，其力學(xué)性能隨溫度升高而變化的情況。第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究(1)總的趨勢(shì)為，隨溫度的升高，材料的,,均降低，而,卻增加。Ⅰ.高溫5

(2)t≤260°時(shí)，隨溫度的升高，增加，和均減小。但這一現(xiàn)象僅為低碳鋼和某些低合金鋼所特有，并非普遍規(guī)律，例如圖b所示的鉻錳合金鋼在拉伸時(shí)的力學(xué)性能隨溫度而改變的規(guī)律就無這些特征。第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究Ⅱ.低溫圖a,b分別為純鐵和中碳鋼，在溫度為20oC,-196oC,-253oC的條件下，拉伸時(shí)的F-Δl曲線。6

1.當(dāng)溫度由20oC→－196oC時(shí)，拉力F（與有關(guān)）均增加一倍以上，Δl（與有關(guān)）不同程度下降。

2.當(dāng)溫度由20oC→－253oC時(shí)，兩種材料均為完全脆性，在斷裂前服從胡克定律，進(jìn)一步提高。塑性指標(biāo)：（低溫變脆）。第七章材料力學(xué)性能的進(jìn)一步研究綜上所述，在室溫下為塑性材料的鋼強(qiáng)度指標(biāo)：7§7－4溫度狐與時(shí)免間對(duì)臥材料棟力學(xué)性能援的影永響·蠕變準(zhǔn)與松垃弛當(dāng)溫鬼度高潤(rùn)于一且定值漿，材幫料在例恒定易荷載板作用烈下，奏其塑沈性變儀形隨燦時(shí)間主的增挽加而盟緩慢燒增加扶的現(xiàn)箏象，的稱為蠕變。第七弟章瘡材料志力學(xué)鉆性能瓶的進(jìn)菊一步辦研究本節(jié)嘩研究綁在高玻溫恒適定荷牽載作更用下劇，加大載時(shí)禮間及弊溫度吧對(duì)材慮料力配學(xué)性乒能的都影響放。Ⅰ.蠕變83.加速挪階段訪（CD）：逐漸鉛增加假，但釋變化真不大寄。1.不穩(wěn)駐定階男段（AB）：e增加勺較快皺，正（辮即圖圈中曲疲線的豈斜率盆）逐逝漸降勤低，逝且不印穩(wěn)定充。2.穩(wěn)定雕階段殃（BC）：降為份最低輝，并勉保持辮為常削數(shù)（BC近似抵為直濤線）男。第七話章豎材料虹力學(xué)秧性能桌的進(jìn)相一步捧研究(1僑)金屬伏材料讓蠕變甘的四踩個(gè)階喚段圖示那為某帖金屬撫材料傅的蠕隱變（莖變形輸隨時(shí)幣間t變化油）曲何線。鏈由圖趣可見9(2捏)影響峰蠕變鍬速率積的主麗要因乓素——應(yīng)力水平柳和溫疤度由圖a可見緒，當(dāng)鋸溫度梁不變賀時(shí)，疑應(yīng)力恐水平要越高雜，蠕疏變速階率越押大。物冷拔晚預(yù)應(yīng)擴(kuò)力鋼鍬絲在稼很高到的拉闊應(yīng)力水威平下尤，即泊使在料常溫忙下也理發(fā)生途明顯殃蠕變叔。由圖b可見挖，當(dāng)噴應(yīng)力直水平餓不變炊時(shí)，臟溫度墾越高殃，蠕界變速丹率越雅大?？傊剩嫡业蛻?yīng)仇力第七址章準(zhǔn)材料私力學(xué)瘋性能閉的進(jìn)飛一步刮研究4.破壞蛛階段盤（DE）：迅速暈增加忍，在作較短牽時(shí)間散內(nèi)斷歉裂。構(gòu)件充正常未工作逢限定使在穩(wěn)準(zhǔn)定階閑段。10在高拉溫條贏件下僵，當(dāng)構(gòu)疏件的握總變妻形不月隨時(shí)蜓間變堅(jiān)化時(shí)私，由投于蠕咳變使竹塑性擁變形子不斷慨增加稈，而紗彈性利變形瘋不斷浙減小溪，造延成應(yīng)模力隨冊(cè)時(shí)間般的增診長(zhǎng)而地逐漸盲下降吩的現(xiàn)值象，袋稱為應(yīng)力撈松弛。第七豈章飲材料仇力學(xué)很性能貓的進(jìn)銷一步銜研究影響患應(yīng)力曾松弛巡壽的主曲要因翼素——初始紋彈性抓應(yīng)變溜和溫示度Ⅱ.應(yīng)力放松弛水平刃或降德低溫驅(qū)度均洗可降兩低蠕犧變速針率。11由圖b可見慨，當(dāng)料初始貢彈性唯應(yīng)變犯水平券不變朗時(shí)，檔溫度多越高巴，應(yīng)廣力下鉗降的愚初始丸速率背越大末。經(jīng)損過一瘡定時(shí)帽間后麻，應(yīng)計(jì)力降拍低至膊較低圖水平紫時(shí),曲線銷趨于兵水平炭。第七顫章粱材料煤力學(xué)綁性能住的進(jìn)搞一步私研究由圖a可見究，當(dāng)漲溫度服不變陡時(shí)，帽初彈載性應(yīng)妻變e越大續(xù)（即對(duì)初始綿應(yīng)力隨越大揀），幅應(yīng)力爺下降蕉的初車始速揀率也催越大陷。經(jīng)螺過一勿定時(shí)掌間后山，應(yīng)力降哥低至泰較低倍水平詞后，尼應(yīng)力傘下降行的速膝度逐拍漸趨洋于零懼。12§7－5沖擊月荷載須作用償下材導(dǎo)料的箭力學(xué)彈性能·沖擊聽韌度低碳成鋼等腫塑性撲材料竹，在饞低溫希下受湯到?jīng)_爹擊荷車載也唱會(huì)發(fā)哭生脆澡斷，蒸為了巡壽弄清敢材料是發(fā)生薦低溫嬌脆斷厘的原每因，肚必須擇研究什材料貍在沖擊荷貫載作鴨用下擴(kuò)的力慕學(xué)性冰能及延其隨冶溫度垃降低子而改皂變的返規(guī)律進(jìn)。第七個(gè)章席材料凡力學(xué)擔(dān)性能沫的進(jìn)簽一步諸研究材料才在沖李擊荷抖載作脆用下考的力擾學(xué)性您能（艱抗斷靜裂能供力）刃，是飽通過替沖擊痛試驗(yàn)晶測(cè)定旋的。驅(qū)圖a為帶V形和U形缺街口的崇標(biāo)準(zhǔn)怒試樣丹，圖b為擺錘念式試爬驗(yàn)機(jī)憶和試掙樣放間置位斑置的鋤示意講圖，傷試樣泰的缺篩口位Ⅰ.沖擊蠅韌度理的測(cè)史定13于試巧樣彎慎曲時(shí)及的受拿拉側(cè)言。當(dāng)擺六錘從即一定吊高度毫落下秩，將得試樣擺沖斷妹時(shí)，裕可測(cè)榴出沖懷斷試與樣所慚消耗傭的功W（沖擊蛇吸收蹈功）錄。將W除以盜斷口鋸截面筍的凈菜面積A，即(7蘭-1稱)稱為沖擊樓韌度，它跟表示武材料甘抵抗絹沖擊榆能力棕的大旨小，意越冊(cè)大，勉材料博抵抗庸沖擊評(píng)的能戴力越委強(qiáng)。咐對(duì)于V形缺雷口試擴(kuò)樣也竿可用咽沖擊拋功W表示彩材料妹抗沖頂擊能童力的舅大小沖，也伸稱為沖擊訓(xùn)韌度。但投兩種牽缺口懲試樣斯得到凱的沖采擊韌雙度值貪是不粥同的拴，且喂兩者襪不能套簡(jiǎn)單斤換算貍。第七核章渾材料嚷力學(xué)近性能振的進(jìn)術(shù)一步配研究14(1租)缺口緩處有恭高度坐的應(yīng)意力集膜中，診處于夠三軸驅(qū)拉伸才應(yīng)力恥狀態(tài)輩，使俯缺口改附近甜區(qū)域寺不易融發(fā)生撲塑性罩變形順，利贈(zèng)于測(cè)低定材桐料的味抗斷殼裂性蜂能。(2災(zāi))V形比U形缺森口的賭應(yīng)力耐集中鉆程度紹高，非缺口月不易賭發(fā)生勒塑性蜻變形瘋，而U形缺虧口易渣發(fā)生假塑性譜變形物，但枯便于泳檢查擱較大店范圍緞內(nèi)材摟料的旱平均頂性能禾。隨溫膛度的蓬變化姓規(guī)律蛋如圖窯所示竟。隨溫勺度的誰降低善而減罵小，第七穩(wěn)章霜材料疲力學(xué)塘性能閥的進(jìn)頓一步別研究(3撒)能量近高度遮集中針在試敬樣的企缺口瓣處。帶缺句口試防樣Ⅱ.ak與溫心度的堪關(guān)系15當(dāng)溫降度降晶至某爆一范偵圍時(shí)激，迎明顯林下降園，材記料由詠塑性絡(luò)破壞使過渡遇到脆追性破嚼壞，故稱為"冷脆"。出映現(xiàn)冷朽脆現(xiàn)午象的咐溫度歲區(qū)稱嗚為材簡(jiǎn)料的蛇韌脆戴（冷流脆）痰轉(zhuǎn)變付溫度扇。各種粘材料波的澡和溫筋度的值關(guān)系虛以及任韌脆用轉(zhuǎn)變雕溫度炎均需銀由實(shí)維驗(yàn)測(cè)謹(jǐn)定。第七演章產(chǎn)材料扮力學(xué)潛性能艘的進(jìn)獸一步尸研究脆性破壞過渡區(qū)塑性破壞Ot/°Ct2t1ak16§7－6低應(yīng)結(jié)力脆址斷·斷裂季韌度(1薯)有些申構(gòu)件均在工賭作應(yīng)膚力小汁于許刃用應(yīng)墊力時(shí)飾，也兔會(huì)發(fā)賺生脆洋斷，莫稱之易為低頸應(yīng)力倍脆斷煉。例趣如，截五十摩年代登初期馬，美清國北憶極星召導(dǎo)彈謹(jǐn)?shù)陌l(fā)越動(dòng)機(jī)欠殼體隊(duì)，其舟工作跑應(yīng)力共僅為門屈服集極限懇的1/眼2，卻閥在實(shí)織驗(yàn)發(fā)亞射時(shí)萄發(fā)生銜斷裂門。機(jī)患車,橋梁滾也曾仔發(fā)生饒過低慮應(yīng)力頌脆斷乘的事減故。第七候章怕材料巧力學(xué)槐性能訂的進(jìn)引一步琴研究(2饑)一般驗(yàn)的強(qiáng)繭度計(jì)吧算中鍛，把嫂構(gòu)件趁視為工連續(xù)淋體。豆但有溝的構(gòu)襲件因洲加工湖或使懼用等逼原因訂，其腸內(nèi)部胡存在悟初始共裂紋紹，脆版斷是噸由于讀在一園定應(yīng)蒜力作顧用下末，這訪些初分始裂鉗紋迅鼻速擴(kuò)鹿展所鄙致。Ⅰ.低應(yīng)房誠力脆拿斷·線彈撈性斷采裂力貼學(xué)17(3暈)把構(gòu)和件視添為帶犯理想料尖裂弊紋的鋒連續(xù)符體，束研究蛙裂紋茅尖端伶附近連的應(yīng)墻力,位移室及裂據(jù)紋擴(kuò)鼠展規(guī)風(fēng)律的嘗學(xué)科迫，稱榆為斷憲裂力欣學(xué)。盤該連販續(xù)體燒服從懇胡克納定律味時(shí)為侍線彈屋性斷鞠裂力內(nèi)學(xué)。酒這里而僅介怪紹線脂彈性紫斷裂助力學(xué)內(nèi)。Ⅱ.裂紋貫尖端執(zhí)附近躁的應(yīng)天力場(chǎng)(1油)裂紋迎的類獨(dú)型圖a為張草開型揪（或Ⅰ型）粘裂紋，朵拉應(yīng)絲式力垂全直于晝裂紋拾平面悄，裂紋表匹面的茄位移療垂直渠于裂蜜紋平競(jìng)面。凍圖b為滑吵開型橡（或Ⅱ型）皇裂紋子。圖c為撕澤開型肯（或Ⅲ型）霜裂紋啞。其童中，Ⅰ型最爽危險(xiǎn)五。主盈要介許紹Ⅰ型裂羅紋的齊斷裂客問題帶。第七肌章川材料象力學(xué)托性能精的進(jìn)略一步舟研究18(2騙)Ⅰ型裂柜紋尖崇端的栽應(yīng)力和場(chǎng)·應(yīng)力末強(qiáng)度及因子圖示派為無朱限大玩平板凍，貫姑穿裂席紋的烤長(zhǎng)度私為2a，在插遠(yuǎn)處暮均布飄拉應(yīng)雨力打垂梨直于筋裂紋績(jī)平面蜻，由夠線彈船性斷燭裂力音學(xué)分某析得貫裂紋傳尖端稿附近A點(diǎn)的貍應(yīng)力霸為（1）第七違章懲材料痕力學(xué)籌性能勇的進(jìn)懲一步疤研究19式中樓，r，j為A點(diǎn)的羅極坐組標(biāo)。土由（1）式廢可見ρ→0時(shí)，佛各應(yīng)習(xí)力均→∞，按憲傳統(tǒng)鳳強(qiáng)度建觀點(diǎn)深，構(gòu)折件斷撥裂，裝可事夾實(shí)并徐非如平此。陶所以錯(cuò)，不堪能再些用一競(jìng)點(diǎn)處淋應(yīng)力怨的大沿小來惑衡量日構(gòu)件懼是否爺破壞揭。當(dāng)r,j一定珠時(shí)，齒各應(yīng)家力均掠隨倘而潤(rùn)定，棚即律反飯映了校裂紋肺尖端墊的應(yīng)力撫場(chǎng)的極強(qiáng)弱紗，稱瀉為應(yīng)力銀強(qiáng)度張因子，用KI表示俊。KI=。（1）式改善寫為（2）第七眠章威材料抵力學(xué)牽性能癥的進(jìn)椅一步限研究20所有Ι型裂卡紋尖這端處恰的應(yīng)樓力表燈達(dá)式均均如衣（2）式助所示益。只包是KI不同爽，把KI統(tǒng)一板寫成（3）因數(shù)a與構(gòu)蔽件和珠裂紋牌的幾帆何尺恭寸以荷及構(gòu)歸件的藏受力娛形式記有關(guān)膽，例叮如圖架示情滔況a的公凳式為第七還章扇材料湊力學(xué)看性能親的進(jìn)錘一步稻研究21帶裂醬紋試灶樣的此試驗(yàn)敏表明亦，當(dāng)KI達(dá)到超臨界船值Kc時(shí)，輝裂紋蜂迅速老擴(kuò)展道（失蟻穩(wěn)擴(kuò)對(duì)展）捆而斷青裂。Kc稱為斷裂烤韌度。試批驗(yàn)表司明Kc的大草小與葵試樣蜂的厚陪度B有關(guān)穩(wěn)，如突圖所闖示。薄板中厚板厚板OKc當(dāng)板誰較薄拔時(shí)，泳裂紋茅尖端幫沿厚毯度方池向的鄉(xiāng)豐平面驕應(yīng)變填約束歐程度緒不足腦，Kc值較閥大，健當(dāng)B變大趨于列某一棵值以映后，Kc值趨腿于穩(wěn)住定的攤最小仇值KIc。此深時(shí)KIc的值縫稱為平面俘應(yīng)變第七含章針材料造力學(xué)綢性能遞的進(jìn)演一步驢研究其它飼情況a的表徹達(dá)式捏可查《應(yīng)力擔(dān)強(qiáng)度妨因子》手冊(cè)咐。Ⅲ.平面洲應(yīng)變箱下的敞斷裂具韌度·斷裂乏判據(jù)B22斷裂掠韌度。它法表示挽材料羨抵抗良斷裂口的能賠力。材料熔的KIc值要鋼用標(biāo)屢準(zhǔn)試朱樣來榴測(cè)定嘉，試閥樣的晌各部參分尺刮寸要籃有一蓋定的學(xué)比例屑。教嘗材中售圖7-庸12是三境點(diǎn)彎選曲和躁緊湊鎖拉伸竭標(biāo)準(zhǔn)煮試樣驚。幾掠種國歐產(chǎn)材博料在打常溫扎的KIc值見鴿教材周表7-敗1。脆斷橡判據(jù)案為（4）KI和KIc的量繭綱為騙（畝［力勉］［乞長(zhǎng)度聚］3/軟2），肆它的鉤單位住為。對(duì)告含有I型裂狹紋的傲構(gòu)件弦，由（4）式可淋以解深決三柱類第七漫章哲材料曉力學(xué)屠性能城的進(jìn)鄭一步高研究23問題岔：1.斷裂源校核反：當(dāng)s,a已知