材料力学：第5章 材料单向静拉伸的力学性能

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1、第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能1第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能 1-1-1 力力伸长曲线和应力伸长曲线和应力应变曲线应变曲线1-1-2 弹性形变及其性能指标弹性形变及其性能指标1-1-3 非理想弹性形变与内耗非理想弹性形变与内耗1-1-5 断裂断裂1-4 1-4 塑性变形及其性能指标塑性变形及其性能指标第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能2材料力学性能的研究任材料力学性能的研究任务务材料力学性能研究的重要任务，就是材料力学性能研究的重要任务，就是研究材料在受载研究材料在受载过程中变形和断裂的规律。过程中变

2、形和断裂的规律。单向静拉伸试验单向静拉伸试验是工业生产和材料科学研究中应用最是工业生产和材料科学研究中应用最广泛的材料力学性能试验方法。通过拉伸试验可以揭示广泛的材料力学性能试验方法。通过拉伸试验可以揭示材料在静载作用下的材料在静载作用下的应力应变关系应力应变关系及常见的及常见的3 3种失效形种失效形式式(过量弹性变形、塑性变形和断裂过量弹性变形、塑性变形和断裂)的特点和基本规律，的特点和基本规律，还可以评定出还可以评定出材料的基本力学性能指标材料的基本力学性能指标，如，如屈服强度、屈服强度、拉拉伸伸强度、伸长率和断面收缩率强度、伸长率和断面收缩率等。等。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能

3、材料单向静拉伸的力学性能3这些性能指标既是这些性能指标既是材料的工程应用、构件设计和科学材料的工程应用、构件设计和科学研究研究等方面的计算依据，也是等方面的计算依据，也是材料的评定和选用以及加材料的评定和选用以及加工工艺选择工工艺选择的主要依据。的主要依据。本章介绍这些本章介绍这些性能指标的物理概念和工程意义性能指标的物理概念和工程意义，讨论，讨论材料材料弹性变形、塑性变形及断裂行为弹性变形、塑性变形及断裂行为的基本规律及其与的基本规律及其与材料组织结构的关系，在此基础上探讨材料组织结构的关系，在此基础上探讨提高材料性能指提高材料性能指标的途径和方向标的途径和方向。第一章第一章 材料单向静拉伸

4、的力学性能材料单向静拉伸的力学性能4 1-1力力伸长曲线和应力伸长曲线和应力应变曲线应变曲线一、拉伸力一、拉伸力-伸长曲线伸长曲线在整个拉伸过程中在整个拉伸过程中的变形可分为的变形可分为弹性变弹性变形、屈服变形、均匀形、屈服变形、均匀塑性变形塑性变形(强化强化)及不及不均匀集中塑性变形均匀集中塑性变形(局部变形局部变形)4 4个阶段。个阶段。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能5退火低碳钢的力一伸长曲线是一种最典型的曲线，退火低碳钢的力一伸长曲线是一种最典型的曲线，除低碳钢外，正火、退火或调质的各种碳素结构钢和除低碳钢外，正火、退火或调质的各种碳素结构钢和一般的合金结

5、构钢都有类似的力一伸长曲线，只是力一般的合金结构钢都有类似的力一伸长曲线，只是力的大小和变形量的多少不同而已。的大小和变形量的多少不同而已。并非所有的材料或同一材料在不同条件下都具有相并非所有的材料或同一材料在不同条件下都具有相同类型的拉伸曲线。同类型的拉伸曲线。一、拉伸力一、拉伸力-伸长曲线伸长曲线 1-1力力伸长曲线和应力伸长曲线和应力应变曲线应变曲线第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能6一、拉伸力一、拉伸力-伸长曲线伸长曲线 1-1力力伸长曲线和应力伸长曲线和应力应变曲线应变曲线第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能7一、拉伸力一、拉伸力

6、-伸长曲线伸长曲线 1-1力力伸长曲线和应力伸长曲线和应力应变曲线应变曲线第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能8注意：注意：对于对于高分子聚合物材料高分子聚合物材料来说：来说：由于其在结构上的力学状态差异及对温度的敏感性，由于其在结构上的力学状态差异及对温度的敏感性，力一伸长曲线可有多种形式。力一伸长曲线可有多种形式。不同的材料或同一材料在不同条件下可有不同形式不同的材料或同一材料在不同条件下可有不同形式的力一伸长曲线。的力一伸长曲线。这主要是由材料的这主要是由材料的键合方式、化学成分和组织状态键合方式、化学成分和组织状态等多种因素共同决定的。等多种因素共同决定的。第

7、一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能9将图将图1-1所示的力所示的力-伸长曲线的纵、横坐伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积A0和原始标距长度和原始标距长度L0相除，则得到与力相除，则得到与力-伸长曲线形状相似的应力伸长曲线形状相似的应力(FA0)一应一应变变(=l/L0）曲线）曲线(图图1-3)。这样的应力。这样的应力应变曲线称为应变曲线称为工程应力工程应力-应变曲线应变曲线。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能10工程应力工程应力应变曲线对材料应变曲线对材料在工程中的应用是非常重要的，在

8、工程中的应用是非常重要的，根据该曲线可获得材料静拉伸根据该曲线可获得材料静拉伸条件下的力学性能指标，如图条件下的力学性能指标，如图l-3l-3中的中的比例极限比例极限p、弹性极、弹性极限限e、屈服点、屈服点s、抗拉强度、抗拉强度b等，可提供给工程设计或选材等，可提供给工程设计或选材应用时参考。应用时参考。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能11实际上，在拉伸过程中，试样的截面积和长度实际上，在拉伸过程中，试样的截面积和长度随着拉伸力的增大是不断变化的，工程应力一应随着拉伸力的增大是不断变化的，工程应力一应变曲线并不能反映试验过程中的真实情况。变曲线并不能反映试验过程中

9、的真实情况。如果以瞬时截面积如果以瞬时截面积A除其相应的拉伸力除其相应的拉伸力F，则可，则可得到得到瞬时的真应力瞬时的真应力S(S=F/A)。同样，当拉伸力同样，当拉伸力F有一增量有一增量dF时，试样在瞬时长度时，试样在瞬时长度L的基础上变为的基础上变为L+dL，于是应变的微分增量应是，于是应变的微分增量应是dedL+L，则试，则试件自件自Lo伸长至伸长至L后，总的应变量为后，总的应变量为:第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能12式中的式中的e e为为真应变真应变。于是，真应变和工程应变之。于是，真应变和工程应变之间的关系为间的关系为显然，显然，e总是小于总是小于，且

10、变形量越大，二者的差距，且变形量越大，二者的差距越大。越大。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能13当材料的拉仲变形是等体积变化过程时，真应力当材料的拉仲变形是等体积变化过程时，真应力S和工程应力和工程应力之间存在如下关系之间存在如下关系这说明这说明真应力真应力大于工程应力大于工程应力。S=(1+)(13)第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能14以真应力以真应力S和真应变和真应变e作为坐标作为坐标绘制的应力绘制的应力-应变曲线称为应变曲线称为真应真应力一真应变曲线力一真应变曲线(图图l-4)l-4)。与工程应力一应变曲线相比较，与工程应力一应

11、变曲线相比较，在弹性变形阶段，在弹性变形阶段，由于试样的由于试样的伸长和截面收缩都很小，两曲伸长和截面收缩都很小，两曲线基本重合，线基本重合，真实屈服应力和真实屈服应力和工程屈服应力在数值上非常接工程屈服应力在数值上非常接近近。在在塑性变形阶段塑性变形阶段，两者出现了，两者出现了显著的差异显著的差异。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能15在在工程应用中，多数构件的变形量限制在弹性变工程应用中，多数构件的变形量限制在弹性变形范围内，形范围内，这时二者的差别可以忽略，同时工程这时二者的差别可以忽略，同时工程应力、工程应变便于测量和计算。应力、工程应变便于测量和计算。因此

12、，工程设计和材料选用中一般以工程应力、因此，工程设计和材料选用中一般以工程应力、工程应变为依据。但在材料科学研究中，真应力工程应变为依据。但在材料科学研究中，真应力与真应变将具有重要意义。与真应变将具有重要意义。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能161-21-2弹性形变及其性能指弹性形变及其性能指标标一、弹性形变的本质一、弹性形变的本质弹性变形的定义：弹性变形的定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫弹性变形弹性变形。弹性变形的可逆性特点：弹性变形的可逆性特点：对于金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物，在弹性对于

13、金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物，在弹性变形范围内，应力和应变之间可以看成具有单值线变形范围内，应力和应变之间可以看成具有单值线性关系，且弹性变形量都较小。性关系，且弹性变形量都较小。对于橡胶态的高分子聚合物，则在弹性变形范围内，对于橡胶态的高分子聚合物，则在弹性变形范围内，应力和应变之间不呈线性关系，且变形量较大。应力和应变之间不呈线性关系，且变形量较大。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能17无论变形量大小和应力与应变是否呈线性关无论变形量大小和应力与应变是否呈线性关系，系，凡弹性形变都是可逆变形凡弹性形变都是可逆变形。材料产生材料产生弹性变形的本质弹性变形的本质

14、，概括说来，都是，概括说来，都是构成材料的原子构成材料的原子(离子离子)或分子从平衡位置产或分子从平衡位置产生可逆位移的反映生可逆位移的反映。金属、陶瓷类晶体材料的弹性变形是处于晶金属、陶瓷类晶体材料的弹性变形是处于晶格结点的离子在力的作用下在其平衡位置附格结点的离子在力的作用下在其平衡位置附近产生的微小位移。近产生的微小位移。橡胶类材料是呈卷曲状的分子链在力的作用橡胶类材料是呈卷曲状的分子链在力的作用下通过链段的运动沿受力方向产生的伸展。下通过链段的运动沿受力方向产生的伸展。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能18弹性形变的双原子模型弹性形变的双原子模型 金属、陶瓷

15、类材料弹性变形的微观过程可用金属、陶瓷类材料弹性变形的微观过程可用双原子模型双原子模型解释。解释。在正常状态下，晶格中的离子能保持在其平在正常状态下，晶格中的离子能保持在其平衡位置仅作微小的热振动，是受离子之间的衡位置仅作微小的热振动，是受离子之间的相互作用力控制的结果。相互作用力控制的结果。一般认为，这种作用力分为引力和斥力。引一般认为，这种作用力分为引力和斥力。引力是由正离子和自由电子间的库仑力所产生，力是由正离子和自由电子间的库仑力所产生，而斥力是由离子之间因电子壳层产生应变所而斥力是由离子之间因电子壳层产生应变所致。致。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能19

16、引力和斥力都是离子间距的函数，可表示为：引力和斥力都是离子间距的函数，可表示为：式中：式中：r为两离子间的距离；为两离子间的距离；m、n、a、b均为与均为与材料有关的常数。材料有关的常数。离子间的相互作用力，即为引离子间的相互作用力，即为引力力F引引和斥力和斥力F斥斥的合力的合力F合合，即：，即：第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能20图中图中N1、N2分别为分别为两离子的平衡位置，两离子的平衡位置，曲线曲线1为引力，曲线为引力，曲线2为斥力，曲线为斥力，曲线3为合力，为合力，在离子的平衡位置合在离子的平衡位置合力为零。力为零。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材

17、料单向静拉伸的力学性能21当外力对离子作用时，当外力对离子作用时，合力曲线的零点位置改合力曲线的零点位置改变，离子的位置亦随之变，离子的位置亦随之作相应的调整，即产生作相应的调整，即产生位移，位移，离子位移的总和离子位移的总和在宏观上就表现为材料在宏观上就表现为材料的变形的变形。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能22当外力去除后，离子当外力去除后，离子依靠彼此间的作用力又依靠彼此间的作用力又回到原来的平衡位置，回到原来的平衡位置，宏观的变形也随之消逝，宏观的变形也随之消逝，从而表现了弹性变形的从而表现了弹性变形的可逆性可逆性。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材

18、料单向静拉伸的力学性能23必须注意：必须注意：上述模型导出的离子间相互作用力与离子间弹性上述模型导出的离子间相互作用力与离子间弹性位移的关系并非虎克定律所说的直线关系，而是位移的关系并非虎克定律所说的直线关系，而是抛抛物线关系物线关系。合力曲线有最大值合力曲线有最大值Fmax，如果外加拉应力略大于，如果外加拉应力略大于Fmax就意味着可以克服离子间的引力而使它们分离。就意味着可以克服离子间的引力而使它们分离。因此，因此，Fmax也就是材料在弹性状态下的也就是材料在弹性状态下的理论断裂理论断裂抗力抗力，此时相应的离子弹性变形量，此时相应的离子弹性变形量rm-ro可达可达25。第一章第一章 材料单

19、向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能24实际工程应用的材料中，不可避免地存在实际工程应用的材料中，不可避免地存在着各种缺陷、杂质、气孔或微裂纹，因而着各种缺陷、杂质、气孔或微裂纹，因而实实际断裂抗力际断裂抗力远远小于远远小于Fmax时，材料就发生了时，材料就发生了断裂或产生了塑性变形。断裂或产生了塑性变形。实际材料的弹性变形只相当于合力曲线的实际材料的弹性变形只相当于合力曲线的起始阶段，因此虎克定律所表示的外力一位起始阶段，因此虎克定律所表示的外力一位移线性关系是近似正确的。移线性关系是近似正确的。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能25在弹性变形的应力和应变间

20、有一个具有重要意义的关在弹性变形的应力和应变间有一个具有重要意义的关系常数系常数弹性模数弹性模数(或弹性系数、弹性模量或弹性系数、弹性模量)。拉伸时拉伸时 =E,剪切时剪切时 G，式中式中E和和G分别为拉伸时的分别为拉伸时的杨氏模数和切变模数杨氏模数和切变模数。当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生力，即弹性模数是产生100弹性变形所需的应力。弹性变形所需的应力。胡克定律胡克定律第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能26在工程中弹性模数是表征材料对弹性变在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，

21、即形的抗力，即材料的材料的刚度刚度，其值越大，则，其值越大，则在相同压力下产生的弹性变形就越小在相同压力下产生的弹性变形就越小。在机械零件或建筑结构设计时为了保证在机械零件或建筑结构设计时为了保证不产生过大的弹性变形，都要考虑所选用不产生过大的弹性变形，都要考虑所选用材料的弹性模数。因此材料的弹性模数。因此弹性模数是结构材弹性模数是结构材料的最重要力学性能之一。料的最重要力学性能之一。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能27第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能29三、影响弹性模数的

22、因素三、影响弹性模数的因素材料的弹性模数是构成材料的离子或分子之材料的弹性模数是构成材料的离子或分子之间键合强度的主要标志。间键合强度的主要标志。因此，凡影响键合强度的因素均能影响材料因此，凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模数，如的弹性模数，如键合方式、晶体结构、化学成键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载方式和速度分、微观组织、温度、加载方式和速度等。等。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能301.1.键合方式键合方式一般来说，在构成材料聚集状态的一般来说，在构成材料聚集状态的4 4种键合方式中，种键合方式中，共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模

23、数，共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数，分子键弹性模数低。分子键弹性模数低。无机非金属材料无机非金属材料大多由共价键或离子键以及两种大多由共价键或离子键以及两种键合方式共同作用而成，因而有键合方式共同作用而成，因而有较高的弹性模数较高的弹性模数。金属及其合金金属及其合金为金属键结合，也有为金属键结合，也有较高的弹性模较高的弹性模数数。高分子聚合物高分子聚合物的分子之间为分子键结合，因而高的分子之间为分子键结合，因而高分子聚合物的分子聚合物的弹性模数亦较低弹性模数亦较低。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能31 金属元素弹性模数的大小与金属元素弹性模数的大小与元素

24、在周期表中的位置有关，元素在周期表中的位置有关，变化规律如图变化规律如图1-6所示。所示。这种变化的实质还与元素的这种变化的实质还与元素的原子结构和原子半径有密切原子结构和原子半径有密切关系关系 原子半径越大，原子半径越大，E值越值越小，反之亦然小，反之亦然。过渡族元素都有较高的弹性过渡族元素都有较高的弹性模数，这是由于原子半径较模数，这是由于原子半径较小，且小，且d层电子引起较大的原层电子引起较大的原子间结合力所致。子间结合力所致。2 2、原子结构、原子结构第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能323.3.晶体结构晶体结构 单晶体材料单晶体材料的弹性模数在不同晶体学方

25、向上的弹性模数在不同晶体学方向上呈呈各向异性各向异性，即沿原子排列最密的晶向上弹性，即沿原子排列最密的晶向上弹性模数较大，反之则小。模数较大，反之则小。多晶体材料多晶体材料的弹性模数为各晶粒的统计平均的弹性模数为各晶粒的统计平均值，表现为各向同性，但这种各向同性称为值，表现为各向同性，但这种各向同性称为伪伪各向同性各向同性。非晶态材料非晶态材料，如非晶态金属、玻璃等，弹性，如非晶态金属、玻璃等，弹性模量是模量是各向同性各向同性的。的。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能334.4.化学成分化学成分 材料化学成分的变化可引起材料化学成分的变化可引起原子间距或键合方式的变

26、化原子间距或键合方式的变化，因此也能影响材料的弹性模数。因此也能影响材料的弹性模数。与纯金属相比，与纯金属相比，合金合金的弹性模数将随的弹性模数将随组成元素的质量分组成元素的质量分数数()、晶体结构和组织状态、晶体结构和组织状态的变化而变化。的变化而变化。固溶体合金固溶体合金的弹性模数主要取决于的弹性模数主要取决于溶剂元素的性质和晶溶剂元素的性质和晶体结构体结构。随着溶质元素质量分数的增加，虽然固溶体的。随着溶质元素质量分数的增加，虽然固溶体的弹性模数发生改变，但在溶解度较小的情况下一般变化弹性模数发生改变，但在溶解度较小的情况下一般变化不大，例如碳钢与合金钢的弹性模数相差不超过不大，例如碳钢

27、与合金钢的弹性模数相差不超过5 5。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能34在在两相合金两相合金中，弹性模数的变化比较复杂，中，弹性模数的变化比较复杂，它与它与合金成分，第二相的性质、数量、尺寸及合金成分，第二相的性质、数量、尺寸及分布状态分布状态有关例如在铝中加入有关例如在铝中加入Ni(15)、Si(13)，形成具有较高弹性模数的金属间，形成具有较高弹性模数的金属间化合物，使弹性模数由纯铝的约化合物，使弹性模数由纯铝的约6.5104 MPa增高到增高到9.38l04 MPa。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能355.5.微观组织微观组织

28、金属材料金属材料刚度代表的弹性模数，是一刚度代表的弹性模数，是一个个组织不敏感组织不敏感的力学性能指标。的力学性能指标。工程陶瓷弹性工程陶瓷弹性模数的大小与构成陶瓷模数的大小与构成陶瓷的相的的相的种类、粒度、分布、比例及气种类、粒度、分布、比例及气孔串孔串有关。有关。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能36气孔率对陶瓷的弹性模数的影响大致气孔率对陶瓷的弹性模数的影响大致可用下式表示：可用下式表示：式中：式中：E0为无气孔时的弹性模数；为无气孔时的弹性模数；p为气孔率。为气孔率。可见：可见：随着气孔率的增加，陶瓷的随着气孔率的增加，陶瓷的E值下降值下降。第一章第一章 材

29、料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能37高分子聚合物的弹高分子聚合物的弹性模数可以通过添加性模数可以通过添加增强填料而提高！增强填料而提高！图图1-71-7所示为热裂所示为热裂炭黑填科对天然橡胶炭黑填科对天然橡胶弹性模数的影响。弹性模数的影响。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能38复合材料是特殊的多相材料。对于复合材料是特殊的多相材料。对于增强相为粒状的复增强相为粒状的复合材料合材料，其弹性模数，其弹性模数随增强相体积分数的增高而增大随增强相体积分数的增高而增大。对于单向纤维增强复合材料，其弹性模数一般用宏观对于单向纤维增强复合材料，其弹性模数一般用宏观模

30、量表示，分别为纵向弹性模量模量表示，分别为纵向弹性模量E1、横向弹性模量、横向弹性模量E2:第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能39式中：式中：Ef、Em分别为纤维和基体的弹性模数；分别为纤维和基体的弹性模数；vf、vm分别为纤维和基体的体积分数。分别为纤维和基体的体积分数。显然：显然：无论是纵向弹性模数还是横向弹性模数，均与构无论是纵向弹性模数还是横向弹性模数，均与构成复合材料的纤维和基体的弹性模数及体积分数有关。成复合材料的纤维和基体的弹性模数及体积分数有关。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能406.6.温度温度 一般说来，一般说来，随

31、着温度的升高，原子振动加剧，随着温度的升高，原子振动加剧，体积膨胀，原子间距增大，结合力减弱，使材料体积膨胀，原子间距增大，结合力减弱，使材料的弹性模数降低。的弹性模数降低。例如，碳钢加热时，温度每升例如，碳钢加热时，温度每升高高100，E值下降值下降3 5。另外，随着温度的变化，另外，随着温度的变化，材料发生固态相变时，材料发生固态相变时，弹性模数将发生显著变化弹性模数将发生显著变化。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能41图图1-81-8为几种材为几种材料的弹性模数料的弹性模数随着温度随着温度(温度温度与熔点之比与熔点之比)的的变化情况。变化情况。第一章第一章 材

32、料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能42高分子聚合物高分子聚合物的物理性质与温度的物理性质与温度和时间有密切关系。随着温度的变和时间有密切关系。随着温度的变化，化，在一些特定的温度区间，某些在一些特定的温度区间，某些力学性质会发生突然改变力学性质会发生突然改变，这种变，这种变化称为化称为高聚物的力学状态转变高聚物的力学状态转变。例如，由玻璃态向橡胶态转变、例如，由玻璃态向橡胶态转变、由橡胶态向粘流态的转变。由橡胶态向粘流态的转变。随着高聚物力学状态的转变，其随着高聚物力学状态的转变，其弹性模数也相应产生很大变化，如弹性模数也相应产生很大变化，如图图1-91-9所示。所示。第一章第一章

33、 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能43此外，此外，橡胶橡胶的弹性模的弹性模数随数随温度的升高略有增温度的升高略有增加加。这一点与其他材料不这一点与其他材料不同同，其原因是温度升高，其原因是温度升高时，高分子链的分子运时，高分子链的分子运动加剧，力图恢复到卷动加剧，力图恢复到卷曲的平衡状态的能力增曲的平衡状态的能力增强所致。强所致。绝大多数材料在温度升高时绝大多数材料在温度升高时弹性模数是下降的弹性模数是下降的第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能447.7.加载条件和负载持续时间加载条件和负载持续时间 加载方式加载方式(多向应力多向应力)、加载速率和负荷

34、持续时间对、加载速率和负荷持续时间对金属、陶瓷材料的弹性模数几乎无影响金属、陶瓷材料的弹性模数几乎无影响。因为这类材料的弹性变形速度与声速相间，远超过因为这类材料的弹性变形速度与声速相间，远超过常见的加载速率，负荷持续时间的长短也不会影响到常见的加载速率，负荷持续时间的长短也不会影响到原子之间的结合力。原子之间的结合力。陶瓷材料的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数，陶瓷材料的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数，这一这一点与金属材料不同点与金属材料不同。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能45 高分子聚合物材料高分子聚合物材料的弹性模数与时间的关系的弹性模数与时间的关系与其对温度的

35、关系相似，与其对温度的关系相似，随着负荷时间的延长，随着负荷时间的延长，E值逐渐下降值逐渐下降。在此情况下把高聚物的弹性模在此情况下把高聚物的弹性模数称为松弛模数。数称为松弛模数。在动态应力下，高应变速率对应于玻璃态在动态应力下，高应变速率对应于玻璃态E值值较高，低应变速率对应于橡胶态较高，低应变速率对应于橡胶态E值较低，中应值较低，中应变速率对应于转变区，材料具有变速率对应于转变区，材料具有粘弹性性质粘弹性性质。“时温等效”原理何为粘弹性？何为粘弹性？后有更多介绍后有更多介绍第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能46弹性的不完整性的根源弹性的不完整性的根源 多数工程上

36、应用的材料为多晶体、甚至为多数工程上应用的材料为多晶体、甚至为非晶态或者是两者皆有的物质非晶态或者是两者皆有的物质 上述材料内部存在各种类型的缺陷，导致上述材料内部存在各种类型的缺陷，导致弹性变形时可能出现加载线与卸载线不重弹性变形时可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等有别合、应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象。即：产生于理想弹性变形特点的现象。即：产生弹弹性的不完整性）。性的不完整性）。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能47四、比例极限与弹性极限四、比例极限与弹性极限1-21-2弹性形变及其力学性能指标弹性形变及其力学性

37、能指标1.1.比例极限比例极限 比例极限比例极限p p是保证材料的弹性变形按正比关系是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力变化的最大应力，即在拉伸应力-应变应变曲线上开始偏曲线上开始偏离直线时的应力值，其表达式为离直线时的应力值，其表达式为:式中：式中：FP为比例极限对应的试验力，为比例极限对应的试验力，A0为试样的原始截为试样的原始截面面积。面面积。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能48四、比例极限与弹性极限四、比例极限与弹性极限2.2.弹性极限弹性极限 弹性极限弹性极限e e是材料由弹性变形过渡到弹是材料由弹性变形过渡到弹塑性变形塑性变形时的

38、应力，应力超过弹性极限以后，材料便开始产生塑时的应力，应力超过弹性极限以后，材料便开始产生塑性变形。其表达式为：性变形。其表达式为：式中：式中：Fe为弹性极限时对应的试验力，为弹性极限时对应的试验力，Ao为试棒的原始为试棒的原始截面面积。截面面积。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能493.3.比例极限与弹性极限的意义比例极限与弹性极限的意义p p、e e是理论上的物理定义是理论上的物理定义，在实际使用中，很难，在实际使用中，很难测出准确而唯一的比例极限和弹性极限数值。测出准确而唯一的比例极限和弹性极限数值。为便于实际测量和应用，应以发生非比例伸长值作定为便于实际测量

39、和应用，应以发生非比例伸长值作定义，故义，故p p在国家标准中称为在国家标准中称为“规定非比例伸长应力规定非比例伸长应力”。例如例如:以以 p0.01表示非比例伸长率达表示非比例伸长率达0.01%0.01%时的应力。时的应力。比例极限和弹性极限与屈服强度的概念基本相同，都比例极限和弹性极限与屈服强度的概念基本相同，都表示材料表示材料对微量塑性变形的抗力对微量塑性变形的抗力，影响它们的因素基本，影响它们的因素基本相同。相同。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能50p、e的工程意义是：的工程意义是：对于对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线要求服役时其应力应变关系严格遵守

40、线性关系性关系的机件，如测力计弹簧，是依靠弹性变的机件，如测力计弹簧，是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，则则应以比例极限作为选择材料的依据应以比例极限作为选择材料的依据。对于对于服役条件不允许产生微量塑性变形服役条件不允许产生微量塑性变形的机的机件，设计时件，设计时应按弹性极限来选择材料应按弹性极限来选择材料。因此弹簧称有称量范围的限制因此弹簧称有称量范围的限制第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能51五、弹性比功五、弹性比功1-21-2弹性形变及其性能指弹性形变及其性能指标标 弹性比功弹性比功又称为又称为弹性比

41、能或应变比能弹性比能或应变比能，用，用ae表表示，是材料在示，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力弹性变形过程中吸收变形功的能力。一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。吸收的弹性变形功表示。物理意义物理意义：吸收弹性变形功的能力。：吸收弹性变形功的能力。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能52五、弹性比功五、弹性比功几何意义几何意义：应力：应力-应变曲线上弹性阶段下的面积。应变曲线上弹性阶段下的面积。式中：式中：e为与弹性极限对应的为与弹性极限对应的弹性应变。弹性应变。第一章第一章 材料单向静拉伸的

42、力学性能材料单向静拉伸的力学性能53 从式从式(1-12)可以看出，欲提高材料的弹性比功，可以看出，欲提高材料的弹性比功，途径有二，途径有二，即或者提高即或者提高e，或者降低，或者降低E。对于一般的工程材料，弹性模数不易改变，尤其对于一般的工程材料，弹性模数不易改变，尤其是金属材料，因此是金属材料，因此常用提高材料弹性极限常用提高材料弹性极限e的方法的方法来提高弹性比功来提高弹性比功。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能54五、弹性比功五、弹性比功 几种材料的弹性模数、弹性极限、弹性比功如表几种材料的弹性模数、弹性极限、弹性比功如表1-21-2所列。所列。第一章第一章

43、 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能55五、弹性比功五、弹性比功 弹簧材料应具有较高的弹性比功。弹簧材料应具有较高的弹性比功。弹簧钢弹簧钢经合理的冷加工或热处理后有较高的弹性极限，经合理的冷加工或热处理后有较高的弹性极限，使弹性比功提高，所以常用来制作各种使弹性比功提高，所以常用来制作各种弹簧弹簧。磷青铜磷青铜或铍青铜常用来制作或铍青铜常用来制作仪表弹簧仪表弹簧，这除了因为它，这除了因为它们无铁磁性外，主要是因为它们有高的弹性比功。们无铁磁性外，主要是因为它们有高的弹性比功。橡胶橡胶有低的弹性模数和高的弹性应变，因而也有较大有低的弹性模数和高的弹性应变，因而也有较大的弹性比功，因

44、而常用来作为减振和储能元件，例如电的弹性比功，因而常用来作为减振和储能元件，例如电子器件中的子器件中的按钮弹簧等按钮弹簧等。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能561-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗 根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为弹性可以分为理想弹性理想弹性(完全弹性完全弹性)和和非理想弹性非理想弹性(弹性不弹性不完整性完整性)两类。两类。对于理想弹性材料，对于理想弹性材料，在在荷荷载作用下，应力和应变服从载作用下，应力和应变服从胡克定律胡克定律，即，即M(其中，模数其中，模数M代表杨

45、氏模量代表杨氏模量E或切或切变模量变模量G)，并同时满足，并同时满足3个条件，即：个条件，即：应变对于应力的响应是线性的；应变对于应力的响应是线性的；应力和应变同相位；应力和应变同相位；应变是应力的单值函数应变是应力的单值函数。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能571-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗实际上，绝大多数固体材料的弹性行为很难满足实际上，绝大多数固体材料的弹性行为很难满足上述条件。一般都表现出非理想弹性性质，工程中上述条件。一般都表现出非理想弹性性质，工程中的材料按理想弹性应用只是一种近似处理。的材料按理想弹性应用只是一种近似处理。材料的非理想弹

46、性行为大致可以分为材料的非理想弹性行为大致可以分为滞弹性、粘滞弹性、粘弹性、伪弹性及包申格效应弹性、伪弹性及包申格效应等几种类型。等几种类型。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能58一、滞弹性一、滞弹性 滞弹性滞弹性(弹性后效弹性后效)：指材料在快速加载或卸载后，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随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。图图l-11l-11所示，当突然施加一应力所示，当突然施加一应力o o于拉于拉伸试样时，试样立即沿伸试样时，试样立即沿0A0A线产生瞬时应变线产生瞬时应变OaOa。即使低于材料的微量塑性变形抗力，。即使低于

47、材料的微量塑性变形抗力，应变应变OaOa也只是材料总弹性应变也只是材料总弹性应变OHOH中的一部中的一部分，分，应变应变aHaH是在是在o o长期保持下逐渐产生长期保持下逐渐产生的的，aHaH对应的时间过程为图对应的时间过程为图1-111-11中的中的abab曲曲线。线。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能59这种加载时这种加载时应变落后于应力而与时应变落后于应力而与时间有关间有关的滞弹性的滞弹性也称为也称为正弹性后效正弹性后效或弹性蠕变或弹性蠕变。卸载时，如果速度也较大，则当应卸载时，如果速度也较大，则当应力下降为零时，只有应变力下降为零时，只有应变eHeH部分立部

48、分立即消逝掉，而应变即消逝掉，而应变eOeO是在卸载后逐是在卸载后逐渐去除的，这部分应变对应的时间渐去除的，这部分应变对应的时间过程为图中的过程为图中的cdcd曲线。曲线。卸载时卸载时应变应变落后于应力落后于应力的现象的现象也称为也称为反弹性后反弹性后效效。卸载后应变卸载后应变立即消逝立即消逝卸载后逐卸载后逐渐去除渐去除第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能60滞弹性在滞弹性在金属材料和高分子材料金属材料和高分子材料中表现明显，其弹中表现明显，其弹性后效速率和滞弹性应变量与性后效速率和滞弹性应变量与材料成分、组织有关，材料成分、组织有关，也与试验条件也与试验条件有关。有

49、关。材料组织越不均匀，滞弹性越明显材料组织越不均匀，滞弹性越明显钢经淬火或塑性变形后，由于增加了组织不均匀钢经淬火或塑性变形后，由于增加了组织不均匀性，滞弹性倾向加大性，滞弹性倾向加大温度升高和切应力分量增大，滞弹性越强烈温度升高和切应力分量增大，滞弹性越强烈在没有切应力的多向压应力作用下，看不到滞弹在没有切应力的多向压应力作用下，看不到滞弹性现象性现象第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能611-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为一、滞弹性一、滞弹性材料的滞弹性对仪器仪表和精密机械中的重要传感材料的滞弹性对仪器仪表和精密机械中的重要传感元件的测量精度有很大影响，因此

50、元件的测量精度有很大影响，因此选用材料时需要考选用材料时需要考虑滞弹性问题虑滞弹性问题。如长期受载的测力弹簧、薄膜传感器等。所选用材如长期受载的测力弹簧、薄膜传感器等。所选用材料的滞弹性较明显时，会使仪表精度不足，甚至无法料的滞弹性较明显时，会使仪表精度不足，甚至无法使用。使用。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能621-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为二、粘弹性二、粘弹性粘弹性粘弹性是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。理同时存在的力学行为。一些非晶体，有时甚至多晶体，在比较小的应力时表现一些非

51、晶体，有时甚至多晶体，在比较小的应力时表现粘弹性现象。粘弹性现象。其其特征特征是应变落后于应力，即应变对应力的响应不是瞬是应变落后于应力，即应变对应力的响应不是瞬时完成的，时完成的，需要通过一个弛豫过程需要通过一个弛豫过程，但卸载后，但卸载后，应变恢复应变恢复到初始值，到初始值，不留下残余变形不留下残余变形。当加上周期应力时，应力。当加上周期应力时，应力应变曲线就成一回线。应变曲线就成一回线。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能631-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为二、粘弹性二、粘弹性 应力和应变的关系与时间有关，可分为恒应变下应力和应变的关系与时间有关，可分为

52、恒应变下的的应力松弛应力松弛 图图1 113(a)13(a)和恒应力下和恒应力下蠕变蠕变 圆圆1-13(b)1-13(b)两种情况。两种情况。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能641-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为二、粘弹性二、粘弹性材料的粘弹性行为在一些高分子材料中表现得比材料的粘弹性行为在一些高分子材料中表现得比较突出，这是较突出，这是由于大分子链段沿外力逐渐舒展引由于大分子链段沿外力逐渐舒展引起的，在外力去除后这部分蠕变变形可以缓慢地起的，在外力去除后这部分蠕变变形可以缓慢地恢复恢复，这也是高分子材料蠕变与金属或陶瓷材料，这也是高分子材料蠕变与金属或陶瓷

53、材料蠕变的明显区别。蠕变的明显区别。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能651-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为三、伪弹性三、伪弹性 伪弹性伪弹性是指在一定的温度条件下，当应力达到一是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变马氏体相变，伴随应力诱发相变产生伴随应力诱发相变产生大幅度的弹性变形的现象大幅度的弹性变形的现象。伪。伪弹性变形的量级大约在弹性变形的量级大约在6060左右，大大超过正常弹性左右，大大超过正常弹性变形。变形。The different crystal structure o

54、f the two phases.第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能66马氏体及奥氏体相的特征 Austenite(奥氏体)Hard,firm Inelastic Simple FCC(face-centered cubic)structure Martensite(马氏体)Soft Elastic Complex structure第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能671-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为三、伪弹性三、伪弹性图图1-151-15为伪弹性材料的应力一为伪弹性材料的应力一应变曲线示意图，图应变曲线示意图，图ABAB段为常

55、段为常规弹性变形阶段，规弹性变形阶段，B BM M为应力为应力诱发马氏体相变开始的应力，诱发马氏体相变开始的应力，c c点处马氏体相变结束，点处马氏体相变结束，CDCD段段为马氏体的弹性应变阶段。在为马氏体的弹性应变阶段。在CDCD段卸载，马氏体作弹性恢复。段卸载，马氏体作弹性恢复。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能681-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为三、伪弹性三、伪弹性 F FP P表示开始逆向相变的表示开始逆向相变的应力，马氏体相变回原来的应力，马氏体相变回原来的组织，到组织，到G G点完全恢复初始组点完全恢复初始组织。织。GHGH为初始组织的弹性恢为初

56、始组织的弹性恢复阶段，恢复到初始组织状复阶段，恢复到初始组织状态，没有任何残留变形态，没有任何残留变形 。形形状记忆合金状记忆合金就是利用了这一就是利用了这一原理。原理。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能69第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能701-31-3非理想弹性非理想弹性行为行为四、包申格效应四、包申格效应 包申格包申格(Bauschinger)(Bauschinger)效应效应:指金属材料经预先指金属材料经预先加载产生少量塑性变形加载产生少量塑性变形(残余应变小于残余应变小于4 4)，而后再，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，

57、反向加载，规同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。定残余伸长应力降低的现象。对某些钢和钻合金，因包申格效应，可使规定对某些钢和钻合金，因包申格效应，可使规定残余伸长应力降低残余伸长应力降低1515-20-20。所有退火态和高温回。所有退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是多火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是多晶体金属具有的普遍现象。晶体金属具有的普遍现象。退火是制备晶体材料过程中，把制备的样品升高温度并保持一定时间，再缓慢冷却的一个过程第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能71 包申格效应与包申格效应与金属材料中

58、位错运动所受的阻力变化金属材料中位错运动所受的阻力变化有关有关。金属受载产生少量塑性变形时，形成位错缠结或。金属受载产生少量塑性变形时，形成位错缠结或胞状组织。胞状组织。卸载并随即卸载并随即同向加裁同向加裁，在原先加载的应力水平下，在原先加载的应力水平下，被缠结的位错线不能作显著运动，因此宏观上表现为被缠结的位错线不能作显著运动，因此宏观上表现为规规定残余伸长应力增加定残余伸长应力增加。1-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗四、包申格效应四、包申格效应第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能72卸载后卸载后施加反向应力施加反向应力，可以在较低应力下滑移，可以在较低应

59、力下滑移较大距离，宏观上就表现为较大距离，宏观上就表现为规定残余伸长应力较规定残余伸长应力较低低的现象。的现象。因包申格效应是一种材料微观组织结构变化的因包申格效应是一种材料微观组织结构变化的结果，所以可以结果，所以可以通过热处理加以消除通过热处理加以消除。方法是，。方法是，对材料进行较大的塑性变形或对微量塑变形的材对材料进行较大的塑性变形或对微量塑变形的材料进行再结晶退火。料进行再结晶退火。1-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗四、包申格效应四、包申格效应第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能731-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗五、内耗五、内耗 理想

60、弹性行为：应力和应变是单值、瞬时的，弹性理想弹性行为：应力和应变是单值、瞬时的，弹性变形时材料储存弹性能，弹性恢复时材料释放弹性能，变形时材料储存弹性能，弹性恢复时材料释放弹性能，循环变形过程没有能量损耗。循环变形过程没有能量损耗。非理想弹性行为：由于应力和应变不同步，使加载非理想弹性行为：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，这个封闭回线称线与卸载线不重合而形成一封闭回线，这个封闭回线称为为弹性滞后环弹性滞后环。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能741-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗五、内耗五、内耗 存在弹性滞后环的现象说明加载时

61、材料吸收的变形存在弹性滞后环的现象说明加载时材料吸收的变形功大于卸载时材料释放的变形功，有一部分加载变形功功大于卸载时材料释放的变形功，有一部分加载变形功被材料所吸收。这部分被材料所吸收。这部分在变形过程中被吸收的功在变形过程中被吸收的功称为材称为材料的料的内耗内耗，其大小可用回线面积度量。，其大小可用回线面积度量。当材料受到交变应力作用时，应力和应变都随时当材料受到交变应力作用时，应力和应变都随时间不断变化。例如：应力和应变都以简单正弦曲线的间不断变化。例如：应力和应变都以简单正弦曲线的规律变化时，由于滞弹性规律变化时，由于滞弹性(粘弹性粘弹性)的影响，的影响，应变总是应变总是落后于应力落后

62、于应力，应变和应力之间存在一个相位差，见图，应变和应力之间存在一个相位差，见图1-161-16。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能751-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗五、内耗五、内耗 由图可见，当应力变由图可见，当应力变为零时，应变还有一定的为零时，应变还有一定的正的正的0 0A A值；当应力方向值；当应力方向相反之后，应变才逐渐变相反之后，应变才逐渐变为零，这样产生了为零，这样产生了阻尼作阻尼作用用，由此导致能量消耗由此导致能量消耗。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能761-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗五、内耗五

63、、内耗 单向加裁和交变加载一单向加裁和交变加载一个周期所形成的弹性滞后环个周期所形成的弹性滞后环的曲线如图的曲线如图1-171-17所示。所示。回线回线中所包围的面积代表应力中所包围的面积代表应力-应变循环一个周期所产生的应变循环一个周期所产生的能量损耗能量损耗，回线面积越大，回线面积越大，能量损耗也越大。能量损耗也越大。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能771-31-3非理想弹性与内耗非理想弹性与内耗五、内耗五、内耗 在力学性能上，内耗也称为材料的在力学性能上，内耗也称为材料的循环韧性循环韧性，表，表示材料在交变载荷示材料在交变载荷(振动振动)下吸收不可逆变形功的

64、能力，下吸收不可逆变形功的能力，故又称为故又称为消振性消振性。材料循环韧性越高，则自身的消振材料循环韧性越高，则自身的消振能力就越好。能力就越好。高的循环韧性可减振，如汽轮机叶片，机床材料；高的循环韧性可减振，如汽轮机叶片，机床材料；循环韧性低的材料用作传感元件，可以提高其灵敏循环韧性低的材料用作传感元件，可以提高其灵敏度，度，乐器所用材料的循环韧性越低，则音质越好乐器所用材料的循环韧性越低，则音质越好。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能781-41-4塑性变形及其性能指塑性变形及其性能指标标一、塑性变形机理一、塑性变形机理 材料的材料的塑性变形塑性变形是微观结构的

65、相邻部分产生是微观结构的相邻部分产生永久永久性位移，但不引起材料破裂的现象性位移，但不引起材料破裂的现象。材料的品类和性。材料的品类和性质不同，其塑性变形机理也不相同。质不同，其塑性变形机理也不相同。金属材料的塑性变形金属材料的塑性变形陶瓷材料的塑性变形陶瓷材料的塑性变形高分子材料的塑性变形高分子材料的塑性变形第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能791.金属材料的塑性变形金属材料的塑性变形金属材料常见的塑性变形机理为晶体的金属材料常见的塑性变形机理为晶体的滑移滑移和和孪生孪生两两种。种。（1 1）滑移）滑移 滑移是滑移是金属晶体在切应力作用下，沿滑移面和滑金属晶体在切

66、应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变过程移方向进行的切变过程。滑移面和滑移方向的组合成。滑移面和滑移方向的组合成为为滑移系滑移系。滑移系越多，金属的塑性越好滑移系越多，金属的塑性越好，但滑移系，但滑移系的多少不是决定塑性好坏的唯一因素的多少不是决定塑性好坏的唯一因素（还受到温度、（还受到温度、成分和预变形程度等的影响）成分和预变形程度等的影响）。第一章第一章 材料单向静拉伸的力学性能材料单向静拉伸的力学性能80（2 2）孪生）孪生 金属晶体在切应力作用下产生的一种塑性变形方金属晶体在切应力作用下产生的一种塑性变形方式式,面心立方面心立方(fcc)(fcc)、体心立方（、体心立方（bccbcc）和密排六方）和密排六方（hcphcp）都能以孪生方式产生塑性变形）都能以孪生方式产生塑性变形 孪生变形的特点：孪生变形的特点：比滑移困难；时间很短；变形量很小；比滑移困难；时间很短；变形量很小；但可以调但可以调整滑移面的方向，使新的滑移系开动，因而可以对塑整滑移面的方向，使新的滑移系开动，因而可以对塑性变形产生影响。变形性变形产生影响。变形孪晶层在试样中仅为狭窄的一孪晶层在试样中仅为狭窄的一层