材料力学之收获与体会Word文档格式.docx

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日期：

2013年6月12日

通过几个月对材料力学性能的学习，对本课程学习内容作出以下总结：

一、材料的拉伸性能：

拉伸试验设备

拉伸试验虽然是简单的、但却是最重要的应用最广泛的力学性能试验方法。

拉伸试验可以测定材料的弹性、强度、塑性、应变硬化和韧性等许多重要的力学性能指标。

这些性能指标统称为拉伸性能。

它是材料的基本力学性能。

根据拉伸性能可以预测材料的其他力学性能。

二、弹性变形与塑性变形：

弹性材料实用图

塑性材料实用图

任何构件在服役过程中都要承受一定的应力，但又不能产生塑性变形。

对于某些零构件，例如精密机床的构件，即使是微小的弹性变形也不允许，否则就会降低零件的加工精度。

零构件的刚度决定于两个因素：

构件的几何和材料的刚度。

表征材料的力学性能指标是弹性模量。

当应力超过极限，金属就开始塑性变形。

塑性是材料的一种非常重要的力学性能。

正是因为金属有塑性，才能利用不同的加工方法将其制成各种几何形状的零件。

在加工过程中，应当提高材料的塑性，降低塑性变形应力——弹性极限和屈服强度。

在服役过程中，应当提高材料的弹性极限和屈服强度，使零构件能承受更大的应力，同时也要有相当的塑性以防止脆性断裂。

本章联系金属的微观结构讨论了弹性性能、弹性不完善性、塑性变形、应变硬化及有关的力学性指标和测定方法以及它们在工程中的实用意义。

三、其它静加载下的力学性能：

扭曲实验仪器

机械和工程的很多零件是在扭曲、弯矩或轴向压力作用下服役的。

因此，需要测定材料在扭转、弯曲和轴向压缩加载下的力学性能，作为零件设计，材料选用和制订热处理工艺的根据。

若不考虑零件服役时的力学状态，采用不恰当的力学性能指标来评价材料，很有可能造成材料选用不合理，热处理工艺不当，以致零件的早期失效。

在工程中往往还应用一些低塑性、以至脆性材料，如高碳工具钢、铸造合金和结构陶瓷等，制作工具和零件。

这些材料当拉伸试验时，由于应力状态的柔度因数较小只能测得强度性能，而塑性性能不能精确的测定；

或者，两种材料的塑性相差甚微，无法测定孰优孰劣。

因此，也有必要在软应力的状态下，如扭转和压缩，测定这类材料的力学性能，对材料的性能或韧行工艺进行评估。

生活中、工程中有很多杆件是受扭转的

机械传动构件中，有很多受扭转的杆件

薄壁圆筒扭转

扭转时的切应力

T扭矩

若取右段，将得到同样的结果

扭矩的正负号规定

四、断裂：

桥梁断裂

断裂是材料的一种十分复杂的行为，在不同的力学、物理、和化学环境下，会有不同的断裂形式。

工程应用中，常根据断裂前是否发生宏观的塑性变形，把断裂分成韧性变形和脆性断裂两大类，并在不同场合下用不同的术语描述断裂的特征。

五、切口强度与切口冲击韧性：

机械和工程结构的零构件，由于结构设计细节设计的需要，如钻螺栓孔、铆钉孔、开键槽等等，使零构件的外形具有几何不连续性。

这种几何不连续性可以看成是广义的“切口”。

切口的存在改变了零构件中的应力和应变分布：

在切口根部引起应力和应变集中，引起应力和应变的多向性。

本章主要讨论了应力集中、应变集中以及切口根部的局部应变的近似计算，切口强度的实验测定，切口强度的计算模型和公式，进而引入切口敏感度系数这一新的材料常数，以及切口敏感度系数这一新的材料常数，以及切口冲击韧性、低温脆性以及其在生产和研究工作中的应用。

六、断裂韧性：

裂纹总会在构建中出现。

在冶炼、热加工或冷加工的过程中，由于工艺技术上的原因，在材料或半成品中会形成裂纹或裂纹式的缺陷，在无损检测中又未能发现；

在构件服役过程中，由于力学、温度和介质等环境因素的作用，在构件中也会形成裂纹。

为了防止裂纹的低应力脆断，不得不对其强度进行研究，从而形成了断裂力学这样一个新学科。

七、金属的疲劳：

金属磨料疲劳寿命试验机

金属在环境载荷的作用下，即使所受的应力低于屈服强度，也会发生断裂，这种现象称为疲劳。

疲劳断裂、尤其是提高强度材料的疲劳断裂，一般不发生明显的塑性变形，难以检测和预防，因而机件的疲劳断裂会造成很大的经济以至生命的损失。

八、金属的磨损与接触疲劳：

任何机器运转时，相互接触的零件之间都因相对运动而产生摩擦，而磨损是摩擦产生的结果。

磨损造成表层材料的损耗，使零件尺寸发生变化，影响了零件的使用寿命。

如汽缸套的磨损超过允许值时，将引起功率不足，耗油量增加，产生噪音和振动等，因而不得不更换零件。

可见，磨损是降低机器工作效率、精度甚至使其报废的一个重要原因，同时也增加了材料和能源的消耗。

因此，生产上总是

力求提高零件的耐磨性，从而延长其使用寿命。

九、复合材料的力学性能：

结构复合材料是用人工办法将高强度、高模量纤维与韧性基体材料结合结合起来而形成的新型结构材料。

由于复合材料的比强度、比刚度、耐热性、减震性和抗疲劳性都远远优于作为基体的原材料，近年来愈来愈多地受到人们的重视。

符合材料有着与其它工程材料力学性能的共同点，也有其自身的许多特点。

十、材料力学生活应用

材料力学不仅在复杂机械工程中有重要的作用，在生活中也很常见。

比如随处可见的桥梁，桥是一种用来跨越障碍的大型构造物。

确切的说是用来将交通路线（如道路、铁路、水道等）或者其他设施（如管道、电缆等）跨越天然障碍（如河流、海峡、峡谷等）或人工障碍（高速公路、铁路线）的构造物。

桥的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。

桥可以打横搭着谷河或者海峡两边，又或者起在地上升高，槛过下面的河或者路，让下面交通畅通无阻。

分析

如果在安全的前提下，将原来的四个桥墩和三个拱形拉索变为三个桥墩和两个拱形拉索。

不仅可以节约大量的材料，降低成本，而且有美观。

压杆稳定实用计算

1.在实际计算中，对压杆的稳定采用折减系数法，即把材料的许用应力[σ]乘上一个折减系数φ，作为压杆的稳定许用应力。

那么，用折减系数法计算压杆稳定的条件为:

压杆截面设计是在满足稳定条件的前提下，确定压杆所需要的最小截面尺寸。

由压杆的稳定条件得知，要确定截面尺寸，必须先知道折减系数φ。

但是，折减系数φ与柔度λ有关，而柔度λ又要通过惯性矩I、截面面积A及惯性半径i求得。

所以只能采用逐次逼近法进行反复试算。

通常，用逐次逼近法确定截面积的大小，一般要2~3次才可获得满意的结果。

2.压杆稳定一些生活实际研究

图一

图二

当细长杆件受压时，却表现出与强度失效全然不同的性质。

例如一根细长的竹片受压时，开始轴线为直线，接着必然是被压弯，发生颇大的弯曲变形，最后折断。

与此类似，工程结构中也有很多受压的细长[1]杆。

例如内燃机配气机构中的挺杆（图一），在它推动摇臂打开气阀时，就受压力作用。

又如磨床液压装置的活塞杆（图二）

当驱动工作台向右移动时，油缸活塞上的压力和工作台的阻力使活塞杆受到压缩。

同样，内燃机（图三）、空气压缩机、蒸汽机的连杆也是受压杆件。

还有,桁架结构中的抗压杆、建筑物中的柱也都是压杆。

现以图四所示两端铰支的细长压杆来说明这类问题。

设压力与杆件轴线重合，当压力逐渐增加，但小于某一极限值时，杆件一直保持直线形状的平衡，即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲（图四a），干扰力解除后，它仍将恢复直线形状（图四a）这表明压杆直线形状的平衡是稳定的。

当压力逐渐增加到某一极限值时，压杆的直线平衡变为不稳定，将转变为曲线形状的平衡。

这时如再用微小的侧向干扰力使其发生轻微弯曲（图四b）干扰

图三

图四

力解除后，它将保持曲线形状的平衡（图四c），不能恢复原有的直线形状。

上述压力的极限值称为临界压力或临界力，记为Fcr。

压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡，称为丧失稳定，简称失稳，也称为屈曲。

杆件失稳后，压力的微小增加将引起弯曲变形的显著增大，杆件已丧失了承载能力。

这是因失稳造成的失效，可以导致整个机器或结构的损坏。

但细长压杆失稳时，应力并不一定很高，有时甚至低于比例极限。

可见这种形式的失效，并非强度不足，而是稳定性不够。

图五

图六

构件也存在稳定失效问题

除压杆外，其他构件也存在稳定失效问题。

例如在内压作用下的圆柱形薄壳，壁内应应力，这就是一个强度问题。

蒸汽锅炉、圆柱形薄壁容器就是这种情况；

但如圆柱形薄壳在均匀外压作用下，壁内应力变为压应力（图五），则当外压到达临界值时，薄壳的圆形平衡就变为不稳定，会突然变成由虚线表示的长圆形。

与此相似，板条或工字梁在最大抗弯刚度平面内弯曲时，会因载荷达到临界值而发生侧向弯曲（图六）。

薄壳在轴向压力或扭矩作用下，会出现局部折皱。

这些都是稳定性问题。