培訓(xùn)課件材料宏微觀力學(xué)性能課后答案補(bǔ)充

宏微觀力學(xué)性能課后答案補(bǔ)充本課件是針對(duì)材料力學(xué)課程中的宏觀和微觀力學(xué)性能部分進(jìn)行的補(bǔ)充講解，旨在幫助學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。主要內(nèi)容宏觀力學(xué)性能簡(jiǎn)介包括應(yīng)力、應(yīng)變、彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性、硬度、疲勞、蠕變等概念。微觀力學(xué)分析包括晶體結(jié)構(gòu)、缺陷、位錯(cuò)、界面、相變、基于原子構(gòu)造的塑性分析等。材料力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系探討材料的顯微組織、相變、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)等對(duì)力學(xué)性能的影響。課時(shí)安排及學(xué)習(xí)目標(biāo)1宏觀力學(xué)性能簡(jiǎn)介2材料拉伸試驗(yàn)及結(jié)果分析3材料的彈性性能和塑性性能4材料屈服準(zhǔn)則和硬化法則5材料蠕變特性和疲勞性能6斷裂力學(xué)基本概念7線性彈性斷裂力學(xué)8彈塑性斷裂力學(xué)9微觀力學(xué)分析的基本假設(shè)10一維晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷11二維晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷12三維晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷13位錯(cuò)理論14界面與相變15基于原子構(gòu)造的塑性分析16基于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的塑性分析17基于相變的塑性分析18單相金屬材料的塑性分析19多相材料的塑性分析20納米材料的塑性特性21材料顯微組織對(duì)力學(xué)性能的影響22課件補(bǔ)充的主要內(nèi)容及建議宏觀力學(xué)性能簡(jiǎn)介應(yīng)力材料內(nèi)部抵抗形變的力，表示單位面積上所受的力。應(yīng)變材料在外力作用下發(fā)生的形變程度，表示形變大小與原尺寸的比值。彈性材料在外力作用下發(fā)生形變，當(dāng)外力去除后能夠恢復(fù)原狀的性質(zhì)。塑性材料在外力作用下發(fā)生形變，當(dāng)外力去除后不能完全恢復(fù)原狀的性質(zhì)。應(yīng)力應(yīng)變基本概念1應(yīng)力材料內(nèi)部抵抗形變的力2應(yīng)變材料在外力作用下發(fā)生的形變程度3應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系材料的應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系4彈性模量材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值5泊松比材料在單向拉伸或壓縮時(shí)，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值材料拉伸試驗(yàn)及結(jié)果分析拉伸試驗(yàn)通過(guò)對(duì)試樣施加拉伸力，測(cè)量其形變和破壞情況。結(jié)果分析根據(jù)拉伸試驗(yàn)結(jié)果，可以獲得材料的強(qiáng)度、韌性、彈性模量等力學(xué)性能參數(shù)。工程應(yīng)力應(yīng)變與真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變1工程應(yīng)力基于試樣的原始截面積計(jì)算的應(yīng)力2真實(shí)應(yīng)力基于試樣的實(shí)際截面積計(jì)算的應(yīng)力3工程應(yīng)變基于試樣的原始長(zhǎng)度計(jì)算的應(yīng)變4真實(shí)應(yīng)變基于試樣的實(shí)際長(zhǎng)度計(jì)算的應(yīng)變材料的彈性性能彈性模量材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，反映材料抵抗形變的能力。泊松比材料在單向拉伸或壓縮時(shí)，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值，反映材料橫向變形程度。剪切模量材料在剪切應(yīng)力作用下，剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變的比值，反映材料抵抗剪切形變的能力。材料的塑性性能1屈服強(qiáng)度材料開(kāi)始發(fā)生永久性形變時(shí)的應(yīng)力值。2抗拉強(qiáng)度材料在拉伸試驗(yàn)中所能承受的最大應(yīng)力值。3伸長(zhǎng)率材料斷裂時(shí)發(fā)生的總伸長(zhǎng)量占原始長(zhǎng)度的百分比。4斷面收縮率材料斷裂時(shí)斷面面積的減少量占原始斷面面積的百分比。材料屈服準(zhǔn)則1最大正應(yīng)力準(zhǔn)則當(dāng)材料中最大正應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，材料開(kāi)始屈服。2最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則當(dāng)材料中最大剪應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度的一半時(shí)，材料開(kāi)始屈服。3能量密度準(zhǔn)則當(dāng)材料中的應(yīng)變能密度達(dá)到一定值時(shí)，材料開(kāi)始屈服。材料硬化法則加工硬化材料在塑性變形過(guò)程中，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而導(dǎo)致強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。應(yīng)變硬化材料在塑性變形過(guò)程中，由于位錯(cuò)密度增加而導(dǎo)致強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。應(yīng)變率硬化材料在高速變形過(guò)程中，由于熱效應(yīng)而導(dǎo)致強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。材料蠕變特性材料疲勞性能疲勞試驗(yàn)通過(guò)對(duì)試樣施加循環(huán)載荷，測(cè)量其發(fā)生疲勞斷裂所需循環(huán)次數(shù)。疲勞裂紋擴(kuò)展疲勞裂紋從微小裂紋開(kāi)始，在循環(huán)載荷的作用下逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料斷裂。斷裂力學(xué)基本概念應(yīng)力強(qiáng)度因子用來(lái)描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的參數(shù)，反映材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。斷裂韌性材料抵抗斷裂的能力，即材料發(fā)生斷裂所需的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。線性彈性斷裂力學(xué)格里菲斯理論解釋了脆性材料斷裂的機(jī)理，認(rèn)為裂紋尖端的應(yīng)力集中是導(dǎo)致斷裂的主要原因。應(yīng)力強(qiáng)度因子用來(lái)描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的參數(shù)，反映材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。斷裂韌性材料抵抗斷裂的能力，即材料發(fā)生斷裂所需的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。彈塑性斷裂力學(xué)1塑性區(qū)裂紋尖端附近的塑性變形區(qū)域。2J積分用來(lái)描述裂紋尖端塑性變形區(qū)的能量釋放率。3斷裂韌性材料抵抗斷裂的能力，即材料發(fā)生斷裂所需的臨界J積分。微觀力學(xué)分析的基本假設(shè)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)將材料視為連續(xù)的，忽略其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。均勻性假設(shè)假設(shè)材料的性質(zhì)在各個(gè)方向上都是均勻的。各向同性假設(shè)假設(shè)材料在各個(gè)方向上具有相同的力學(xué)性質(zhì)。一維晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷原子排列原子在空間中按照一定的規(guī)則排列，形成周期性的晶體結(jié)構(gòu)。點(diǎn)缺陷晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的局部偏差，例如空位、間隙原子等。線缺陷晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的一維偏差，例如位錯(cuò)。二維晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷1晶格類型二維晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的類型，例如簡(jiǎn)單立方晶格、面心立方晶格等。2晶界不同晶粒之間的界面，是二維晶體結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要缺陷。3位錯(cuò)二維晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的一維偏差，是導(dǎo)致材料塑性變形的主要原因。三維晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷1晶格類型三維晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的類型，例如簡(jiǎn)單立方晶格、面心立方晶格、體心立方晶格等。2點(diǎn)缺陷三維晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的局部偏差，例如空位、間隙原子等。3線缺陷三維晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的一維偏差，例如位錯(cuò)。4面缺陷三維晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的二維偏差，例如晶界、孿晶界等。位錯(cuò)理論刃型位錯(cuò)晶體結(jié)構(gòu)中一個(gè)額外的半平面插入晶格中形成的位錯(cuò)。螺旋位錯(cuò)晶體結(jié)構(gòu)中一個(gè)原子面的邊緣部分錯(cuò)位形成的位錯(cuò)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在晶格中的移動(dòng)，是導(dǎo)致材料發(fā)生塑性變形的主要機(jī)制。界面與相變晶界不同晶粒之間的界面，是材料微觀結(jié)構(gòu)的重要組成部分。相變材料在特定條件下發(fā)生原子排列方式改變的過(guò)程，會(huì)影響材料的力學(xué)性能?；谠訕?gòu)造的塑性分析原子間作用力原子之間相互作用力的類型和強(qiáng)度決定了材料的力學(xué)性能。原子滑移原子在應(yīng)力作用下發(fā)生相對(duì)滑移，是塑性變形的主要機(jī)制。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在晶格中的移動(dòng)，可以解釋材料的塑性變形現(xiàn)象。基于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的塑性分析1位錯(cuò)密度單位體積內(nèi)位錯(cuò)的數(shù)目，影響材料的強(qiáng)度和韌性。2位錯(cuò)交互作用位錯(cuò)之間的相互作用影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響材料的塑性變形。3位錯(cuò)增殖在塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)的數(shù)量會(huì)增加，導(dǎo)致材料硬化?；谙嘧兊乃苄苑治?馬氏體相變一種重要的相變類型，會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度和硬度增加。2相變誘發(fā)塑性通過(guò)控制相變過(guò)程，可以提高材料的塑性變形能力。單相金屬材料的塑性分析晶格類型單相金屬材料的晶格類型，例如面心立方晶格、體心立方晶格等，影響材料的塑性變形能力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在晶格中的運(yùn)動(dòng)，是單相金屬材料塑性變形的主要機(jī)制。多相材料的塑性分析相界面不同相之間的界面，會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。相變強(qiáng)化通過(guò)控制相變過(guò)程，可以提高多相材料的強(qiáng)度和韌性。第二相強(qiáng)化在金屬基體中加入第二相，可以提高材料的強(qiáng)度和硬度。納米材料的塑性特性尺寸效應(yīng)納米材料尺寸減小，會(huì)顯著影響其力學(xué)性能，例如強(qiáng)度和硬度提高，塑性下降。表面效應(yīng)納米材料的表面原子比例增加，會(huì)影響其力學(xué)性能，例如強(qiáng)度提高，塑性下降。晶