《材料性能学》课程教学课件（PPT讲稿）材料在其他静载下的力学性能

第二章材料在其他静载下的 力学性能 口本章的意义：材料在实际服役中的受力 形式和受力状态十分复杂，单向拉伸得到 的性能数据不能完全反映材料的变形、断 裂等特点。为了充分揭示材料的力学行为 和性能特点，常采用扭转、弯曲、压缩以 及带有台阶、孔洞、螺纹等与实际受力相 似的加载方式进行性能实验，为合理选材 和设计提供充分的实验依据

1 第二章 材料在其他静载下的 力学性能 ❑本章的意义：材料在实际服役中的受力 形式和受力状态十分复杂，单向拉伸得到 的性能数据不能完全反映材料的变形、断 裂等特点。为了充分揭示材料的力学行为 和性能特点，常采用扭转、弯曲、压缩以 及带有台阶、孔洞、螺纹等与实际受力相 似的加载方式进行性能实验，为合理选材 和设计提供充分的实验依据

第二章 材料在其他静载下的力学性能 口本章的内容： 介绍扭转、弯曲、压缩以及带缺口试 样的静拉伸以及材料硬度试验等试验方法 的特点、应用范围及其所测定的力学性能 指标。 (本章采用多媒体辅助教学) 2

2 第二章 材料在其他静载下的力学性能 ❑本章的内容： 介绍扭转、弯曲、压缩以及带缺口试 样的静拉伸以及材料硬度试验等试验方法 的特点、应用范围及其所测定的力学性能 指标。 （本章采用多媒体辅助教学）

第一节应力状态软性系数 口本章涉及到了实际受力状态，必须了解一些物 体在受力时应力状态分析的力学基础知识，因 为力学性能是研究材料受力以后的行为，首先 要知道材料的受力状态已经不是简单的一维应 力状态（如单向拉伸），而要扩展到二维、三 维。一些简单的公式，定律也要扩展到二维、 三维。应力应变也不是一般的表示，要用到矢 量、向量表示。本节简单介绍描述应力状态的 些重要参量、概念和公式。 3

3 第 一 节 应力状态软性系数 ❑本章涉及到了实际受力状态，必须了解一些物 体在受力时应力状态分析的力学基础知识，因 为力学性能是研究材料受力以后的行为，首先 要知道材料的受力状态已经不是简单的一维应 力状态（如单向拉伸），而要扩展到二维、三 维。一些简单的公式，定律也要扩展到二维、 三维。应力应变也不是一般的表示，要用到矢 量、向量表示。本节简单介绍描述应力状态的 一些重要参量、概念和公式

第一节应力状态软性系数 点的应力状态介绍 受力物体内的每一点上所受的力都使 这一物体点保持平衡，所以整个物体才处 于平衡状态。物体内每一点的受力状态不 完全相同。 4

4 第 一 节 应力状态软性系数 一、点的应力状态介绍 受力物体内的每一点上所受的力都使 这一物体点保持平衡，所以整个物体才处 于平衡状态。物体内每一点的受力状态不 完全相同

第一节应力状态软性系数 口为了分析问题方便，力学上研究物体的应 力应变状态时，（基本步骤） 1把物体置于x-y-z直角坐标系中； 2在所研究点的周围取与各坐标面平行的无 穷小的平行六面体，dx,dy,dz;将每一面 上作用的力分解为一个正应力和两个剪切 应力，且分别与三个坐标轴平行。 5

5 第 一 节 应力状态软性系数 ❑为了分析问题方便，力学上研究物体的应 力应变状态时，（基本步骤） 1 把物体置于x-y-z直角坐标系中； 2 在所研究点的周围取与各坐标面平行的无 穷小的平行六面体，dx,dy,dz；将每一面 上作用的力分解为一个正应力和两个剪切 应力，且分别与三个坐标轴平行

第一节应力状态软性系数 这样，在确定的坐标系中描述一个点的 应力状态，可用与坐标轴平行的小六面体上 的应力来表示。共9个应力分量，三个正应 力，六个剪应力（如图2-1所示)。 6

6 第 一 节 应力状态软性系数 这样，在确定的坐标系中描述一个点的 应力状态，可用与坐标轴平行的小六面体上 的应力来表示。共9个应力分量，三个正应 力，六个剪应力（如图2-1所示）

第一节应力状态软性系数 图2-1点的应力状态分析图 7

7 第 一 节 应力状态软性系数 0 2 图2-41 点的应力状态分析图 6 8 10 0 2 4 6 8 10  yx  yz y  xz  xy x  zx  zy z z y x z y x X Title Y Title ###

第一节应力状态软性系数 Ox,oy,o:一三个正应力，垂直于截面； Tx,x,t,Tx, 六个切应力， 平行于截面，产生塑性变形。 由绕z轴的力距计算： (t·A正·Ay)Ax=(tx·Ax·△)A 可得：t=tyT)=TxTx=Tx 8

8 第 一 节 应力状态软性系数 ——三个正应力，垂直于截面； ——六个切应力， 平行于截面，产生塑性变形。 由绕z轴的力距计算： 可得：  x  y  z , , xy xz yx yz z x z y  , , , , , z y x x z y ( xy   ) = ( yx   ) xy yx  = yz zy  =  xz zx  =

第一节应力状态软性系数 上述计算结果表明，点的应力状态只要6 个应力分量就可以描述了。有6个应力分量 就对应有6个应变分量，三个正应变，三个 切应变。 Ox,Oy,0一正应力；Tw,tx,t一切应力： ￡x,Ey,8:一正应变；Y,Yx,Y一切应变： 9

9 第 一 节 应力状态软性系数 上述计算结果表明，点的应力状态只要6 个应力分量就可以描述了。有6个应力分量 就对应有6个应变分量，三个正应变，三个 切应变。  x  y  z , , xy xz yz  , , x y z  , , xy xz yz  , , —正应力； —切应力； —正应变； —切应变；

第一节应力状态软性系数 二、三向应力状态下应力一应变 的关系（广义虎克定律） 单向应力状态的虎克定律：。 o-ES 在三向应力状态下，Ox除了在x方向产 生应变外，还在y,z方向产生横向收缩应 】 变，6y=82=-VEx=-V x E (负号表示收缩，V为泊松比) 10

10 第 一 节 应力状态软性系数 二、三向应力状态下应力－应变 的关系（广义虎克定律） 单向应力状态的虎克定律：     G E = =  x x  E x y z x   =  = −  = −  在三向应力状态下， 除了在 x 方向产 生应变 外，还在y, z方向产生横向收缩应 变， （负号表示收缩， 为泊松比）