§2.4 材料在拉伸时的力学性能 两个尚未解决的问题： 1、纤维的伸长和应力之间存在怎样的关 系？ 2、为什么要研究杆件斜截面上的应力？

材料在外力作用下表现出的变形、 破坏等方面的特性称材料的力学性能，也称机械性质。 材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。

试验机 液压式试验机 材料的力学性能在材料试验机上进行测试。材料试验机的式样有很多，但大多为机械传动或液压传动。

各种试验机 电子拉力试验机

各种试验机 20kN试验机 10kN试验机

标准试件 国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定 当 l=10d 时的试件称为长试件，为推荐尺寸

P P P ~ ΔL 曲线 ΔL P s = ~ e = A L 应力－应变曲线

强化阶段 屈服阶段 弹性阶段 低碳钢拉伸时的力学性能 颈缩断裂阶段 比例极限sp 弹性极限se 屈服极限ss 强度极限sb 弹性模量E 泊松比 m

名义屈服极限 有些材料没有明显的屈服平台，这时无法测定屈服极限ss， 工程上使用名义屈服极限s0.2代替屈服极限ss 当材料的残余伸长达到2000微应变(me)时，对应的应力值称名义屈服极限，以s0.2表示

胡克定律 当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比 s=Ee

塑性材料的卸载过程 卸载

重新加载与冷作硬化 再加载

其它塑性金属材料的拉伸曲线 合金钢20Cr 高碳钢T10A 螺纹钢16Mn 低碳钢A3 黄铜H62

脆性材料的拉伸性能 特点： 无屈服过程 无塑性变形 无塑性指标 分类： 塑性材料 d >5% 脆性材料 d <5%

材料的机械性能指标 强度指标(失效应力) σo＝σS σo＝σb 韧性指标 －延伸率 －断面收缩率  = X100% A-A1 A 韧性金属材料 脆性材料 强度指标(失效应力) 韧性材料 σo＝σS 脆性材料 σo＝σb 韧性指标 －延伸率 －断面收缩率  = X100% A-A1 A

断口分析及破坏机理浅析 脆性材料 塑性材料

§2.5 材料在压缩时的力学性能 试件： 金属材料－短圆柱 混凝土、石料－立方体

塑性材料的压缩 塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当

脆性材料的压缩 脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度

几种常用材料的主要力学性能

*§2-6：温度和时间对材料力学性能的影响 几个概念： 1、 高温对材料的力学性能有影响 2、 高温下工作的构件，会产生蠕变和松弛 3、蠕变：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象 4、松弛：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象

一、短期静载下温度对材料力学性能的影响

二、高温、长期静载下材料的力学性能 金属材料的高温蠕变 （碳钢350ºC以上）

机械性能思靠题 s e 1 哪种强度最好？ 2 哪种刚度最好？ 3 哪种塑性最好？ 请说明理论依据？ 用这三种材料制成同尺寸拉杆， 三种材料的应力 应变曲线如图， 3 哪种塑性最好？ 请说明理论依据？ e 用这三种材料制成同尺寸拉杆， 请回答如下问题：

§2.7 失效、安全系数和强度计算 失效—由于材料的力学行为而使 构件丧失正常功能的现象.

强度失效问题  强度失效— 由于断裂或屈服引起的失效

刚度失效问题  刚度失效— 由于过量的弹性 变形引起的失效.

抗扭刚度不够引起的失效

屈曲失效（失稳）问题  屈曲失效（失稳）—由于平衡构件的受力特征的突然转变而引起的失效.

其它失效形态  疲劳失效— 由于交变应力的作用, 初始裂纹不断扩展而引起的脆性断裂.  蠕变失效—  疲劳失效— 由于交变应力的作用, 初始裂纹不断扩展而引起的脆性断裂.  蠕变失效— 在一定的温度和应力下, 应变随着时间的增加而增加,最终导致构件失效.  松弛失效— 在一定的温度下,应变保持不变,应力随着时间增加而降低,从而导致构件失效.

max= = s max= 拉= b拉 max= 压= b压 拉压构件材料的失效判据 塑性材料 脆性材料拉 脆性材料压 max= 压= b压

ss [s] = ns sb拉 [s]拉 = nb sb压 [s]压 = nb 许用应力与安全系数 塑性材料 脆性材料拉 脆性材料压 脆性材料压杆在强度设计时取绝对值

安全系数的确定 塑性材料：ns=1.2 ~ 2.5 脆性材料：nb=2 ~ 3.5 材料素质（强度、均匀性、脆性） 载荷情况（峰值载荷、动静、不可预见性) 构件简化过程和计算方法的精确度 零件的重要性、制造维修难易 减轻重量（飞机、手提设备等）

强度条件 s = [s] N A smax [s]

三种类型的强度计算 s = [s] N A 一、强度校核 A ≥ N [s] 二、截面设计 N  [s] A 三、确定许可载荷

例2.3 钢材的许用应力[s]=150MPa，对例2.2中的斜杆AB进行强度校核。 已由例2.2知，斜杆AB的应力为 s=123MPa，可见 Pmax= =38.7kN Q sina N=Pmax=38.7kN s = =123X106Pa N A 已由例2.2知，斜杆AB的应力为 s=123MPa，可见 s=123MPa ＜[s] 所以拉杆安全。

讨论： 若Q＝20kN，则AB杆的应力s=164MPa，强度不足，应重新设计。 Pmax= Q sina N = Pmax s = N A 若Q＝20kN，则AB杆的应力s=164MPa，强度不足，应重新设计。 减小Q的值 增大拉杆面积 工程中允许工作应力s略大于许用应力[s]，但不得超过[s]的5%

例2.4 气动夹具—截面设计 P=px A=  d0.0122m=12mm p 4 D2=9236N N=P=9.24kN p d2 4 例2.4 气动夹具—截面设计 已知：D＝140mm p = 0.6MPa [s]=80MPa 设计活塞杆直径。 P P=px p 4 D2=9236N N=P=9.24kN A= p d2 4  N [s] =1.16x10-4m2 d0.0122m=12mm

例2.5 起重机 AB为空心钢杆，外径105mm,内径95mm,钢索1和2平行，相当于直径d=25mm的圆杆，[s]=60MPa，求许可吊重。

例2.5 解 平衡方程 解平衡方程 撑杆强度条件 钢索强度条件

习题： 2.4 2.6 2.7