第2次课-弹性变形要点解析.ppt

第1章 材料的力学性能 1.1 应力及应变 1.2 力-伸长曲线和应力-应变曲线 1.3 弹性变形 主要内容 应力和应变的概念 力-伸长曲线和应力-应变曲线 弹性变形及本质 弹性模量的影响因素 导入案例 材料力学性能（mechanical properties of materials）是指材料在常温、静载作用下的宏观力学性能，是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。 案例1： 案例2： 材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变(deformation) 。材料承受外力作用、抵抗形变的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能（mechanical properties of materials）。 材料发生形变时，其内部分子间或离子间的相对位置会发生变化，同时产生原子间及分子间的附加内力而抵抗外力，并试图恢复到形变前的状态，达到平衡时，附加内力与外力大小相等、方向相反。 应力（stress）：材料单位面积上所受的附加内力，其值等于单位面积上所受的外力。 名义应力（nominal stress） 真实应力（real stress） 应力分量 应变（strain）：用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移。 对于各向同性材料，有三种基本的应变类型：拉伸应变ε、剪切应变γ和压缩应变△。 剪切应变（shearing strain）是指材料受到平行于截面积方向的大小相等、方向相反的两个剪切应力τ时发生的形变。 压缩应变（pressed strain）：指材料周围受到均匀应力P时，其体积从起始时的V0变化为V1的形变 。 退火低碳钢在拉伸力作用下的力学行为可分为：弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形和断裂几个阶段。 1）定义 材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。外力去除后，随之消失的变形为弹性变形，剩余的（即永久性的）变形为塑性变形。 2）特点 弹性变形的重要特征是其可逆性，即金属在外力作用下，先产生弹性变形，当外力去除后，变形随即消失而恢复原状，表现为弹性变形可逆性特点。 在弹性变形过程中，不论是在加载期还是卸载期，应力应变之间都保持单值线性关系，且弹性变形量比较小，一般不超过1%。 作业： 下次课主要内容： 由于弹性变形是原子间距在外力作用下可逆变化的结果，应力与应变关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系，因而弹性模量与原子间作用力有关，与原子间距也有一定的关系。原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型，故弹性模量也主要决定于金属原子本性和晶格类型。 1.3.3 比例极限与弹性极限 比例极限σp是应力与应变成正比关系的最大应力，即在拉伸应力-应变曲线上开始偏离直线时的应力。 弹性极限σe是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。应力超过弹性极限以后，材料便开始发生塑性变形。 比例极限σp和弹性极限σe的实际意义： 对于要求在服役时其应力-应变关系严格保持直线关系的零件，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，则选择制造这类机件的材料应以比例极限为依据。 若服役要求不允许产生微量塑性变形的机件，则设计时应按弹性极限来选材。 1.3.4 弹性比功 弹性比功又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属在塑性变形开始前单位体积材料吸收的最大弹性变形功表示。金属拉伸时的弹性比功可用右图所示的应力-应变曲线下影线的面积表示，即 弹性比功示意图 金属材料的弹性比功取决于其弹性模量和弹性极限。由于弹性模量是组织不敏感性能，因此，对于一般的金属材料，只有用提高弹性极限的方法才能提高弹性比功。因为弹性比功是用单位体积材料所吸收的最大弹性变形功表示的，故试样或实际零件的体积愈大，则其中可吸收的弹性功愈大，亦即可储备的弹性能愈大。 * 镁合金零件 1.1 应力和应变 应力张量（stress tensor） 拉伸应变(drawing strain )是指材料受到垂直于截面积方向的大小相等、方向相反并作用在同一直线上的两个拉伸应力σ时材料发生的形变。