第二、三、四章习题ppt课件概要.ppt
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1、,工程材料力学性能习题解答,2022/12/21,2,1,第二章习题解答金属在其他静载荷下的力学性能,2022/12/21,3,1,1、名词解释,(1)应力状态软性系数,定义:材料或工件所承受的最大切应力max和最大正应力max比值,,为什么提出?,材料在一定的载荷条件下产生何种失效形式相关因素,自身的强度大小,应力状态,即:,2022/12/21,4,1,不同的应力状态,对金属的变形和断裂性质将产生不同的影响,为此必须知道,在不同静加载方式下试样中最大切应力max和最大正应力max的计算方法和及其相对大小的表示方法。,值越大的试验方法, max越大,表示应力状态越软“软”,金属越易于产生塑性
2、变形和韧性断裂;反之,值越小的试验方法, max越大,表示应力状态越软“硬”,金属越容易产生脆性断裂。值不能评定材料的塑性变形特性,仅用于比较不同试验方法应力状态的“硬”或“软”,以供选择试验方法。,对于脆性材料常用应力状态较软的试验进行试验,以揭示它们的塑性性能,反之对于塑性材料则用应力状态较硬的试验进行试验,使之在较硬的应力状态下显示其脆性倾向。,2022/12/21,5,1,绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体,往往存在截面的急剧变化,如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等,这种截面变化的部分可视为“缺口”,由于缺口的存在,在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化,产生所谓
3、的缺口效应。,(2)缺口效应,NSR越大,缺口敏感性越小。脆性材料如铸铁、高碳钢的NSR总是小于1,表面缺口根部尚未发生明显的塑性变形时就也断裂,对缺口很敏感。高强度材料的NSR一般也小于1;塑性材料的NSR一般大于1。,(3)缺口敏感度,定义: 缺口试样的抗拉强度bn的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度b的比值,称为缺口敏感度,即:,2022/12/21,6,1,3、试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。,2022/12/21,7,1,5、缺口试样拉伸时的应力分布有何特点?,一、在弹性状态下的应力分布:,薄板:在缺口根部处于单向拉应力 状态,在板中心部位处于两 向拉伸平面应力
4、状态。,2022/12/21,8,1,厚板:在缺口根部处于两向拉应力 状态,缺口内侧处三向拉伸 平面应变状态。,无论脆性材料或塑性材料,都因机件上的缺口造成两向或三向应力状态和应力集中而产生脆性倾向,降低了机件的使用安全性。为了评定不同金属材料的缺口变脆倾向,必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。,2022/12/21,9,1,6、试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉 伸试验的特点。,光滑试样轴向拉伸试验:截面上无应力集中现象,应力分布均匀,仅在紧缩时发生应力状态改变。 缺口试样轴向拉伸试验:缺口截面上出现应力集中现象,应力分布不均,应力状态发生变化,产生两向或三向拉应力状态,
5、致使材料的应力状态软性系数降低,脆性增大。 偏斜拉伸试验:试样同时承受拉伸和弯曲载荷的复合作用,其应力状态更“硬”,缺口截面上的应力分布更不均匀,更能显示材料对缺口的敏感性。,偏斜拉伸试验:在拉伸试验时在试样与试验机夹头之间放一垫圈,使试样的轴线与拉伸力形成一定角度进行拉伸。该试验用于检测螺栓一类机件的安全使用性能。,2022/12/21,10,1,8、有如下和材料需要测定硬度,试说明选用何种硬度试样方法 为宜。,硬度测量方法: 弹性回跳法硬度值主要表征金属弹性变形功的大小。 划痕法主要表征金属的切断强度。 压入法表征金属塑性变形抗力及应变硬化能力。,压入法的2,几乎所有的金属都能产生塑性变形
6、,因此该方法不仅可以测定塑性金属材料的硬度,而且还可以测定淬火钢、硬质合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度。,2022/12/21,11,1,布氏硬度(HBW)测试由于压痕面积大,适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。,洛氏硬度(HR)测试压力大,压痕小,采用不同的标尺可测定各种软硬不同的金属和厚薄不一的工件硬度。如渗碳钢、渗氮钢、极薄钢板、刃刀、零件边沿部分、表面镀层、低碳钢、铜合金、铝合金薄板等。,维氏硬度(HV)测试试验力可以任意选取,压痕测量精度较高,硬度值较为精确,常用来测定金属箔、极薄表面层的硬度以及合金中各种组成相的硬度。,努氏硬度(HK)试验压痕细长,只测量
7、对角线的长度,精度较高。对于表面淬硬层或渗层,镀层等薄层区域以及渗层截面上的硬度分布较为方便。,肖氏硬度(HS)试验原理是将一定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤,从一定高度落在金属试样表面上,根据回跳的高度来表征金属硬度值的大小。肖氏硬度计为手提式,使用方便,可在现场测量大型工件的硬度。,2022/12/21,12,1,布氏硬度:灰铸铁、退火低碳钢洛氏硬度:淬火钢、渗氮层、高速工具钢、硬质合金。维氏硬度:渗碳层硬度分布、鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体、仪表小 黄铜齿轮。肖氏硬度:龙门刨床导轨、,2022/12/21,13,1,第三章习题解答金属在冲击载荷下的力学性能,2022/12/21,1
8、4,1,4. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。,低温脆性的物理本质:宏观上对于那些有低温脆性现象的材料,它们的屈服强度会随温度的降低急剧增加,而断裂强度随温度的降低而变化不大。当温度降低到某一温度时,屈服强度增大到高于断裂强度时,在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大,因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了,材料显示脆性。 从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关,当温度降低时,位错运动阻力增大,原子热激活能力下降,因此材料屈服强度增加。,影响材料低温脆性的因素有:1晶体结构:对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高,材 料脆性断裂趋势明显,塑性差。2化学成分:能
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