《材料力学性能01》PPT课件.ppt
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1、材料力学性能,哈尔滨工业大学材料学院 朱景川,材料科学与工程的四要素,使用性能,制备合成/加工工艺,成分/组织结构,材料性能,一、课程内涵与意义,晶粒形貌,Al-Si合金,纯铝锭组织,1 基本概念 组织与结构,高分辩电镜观察硅晶体原子排列,注意:结构的尺度!,不同尺度的材料组织结构,1 基本概念 材料力学性能,一、课程内涵与意义,力,变形,断裂,力学 响应,非连续介质,应力应变关系,微观 过程或 机制,1 基本概念 应力与应变,一、课程内涵与意义,T (bold) or Tijkl (下标阶数) 张量符号 阶数m 分量数 3m 物理量示例 T Scalar 0(标量) 30=1 r Ti Ve
2、ctor 1(矢量) 31=3 Ei , Pi Tij 2阶张量 2 32=9 sij Tijk 3阶张量 3 33=27 dijk Tijkl 4阶张量 4 34=81 Cijkl,物理量的种类及其张量表示,应力张量(Tensor),xx xy xz ij = yx yy yx zx zy zz 法向应力导致材料的伸长或缩短 切向应力引起材料的切向畸变 根据剪切应力互等的原理可知:xy=yx, 某点的应力状态由6个应力分量来决定,应变张量,xx xy xz ij = yx yy yx zx zy zz 其中xy=yx,应变也由6个独立分量决定,受力体一点的应力状态,主平面与主应力状态:123
3、,力学描述 用任意相互垂直的三个平面截取P点,以截面法向为正方向建立笛卡尔坐标系,得到三个截面上的应力分布的组合应力张量。以此为基础,可以求得这个坐标系下任意其他截面上的应力分布。 数学描述 任意给定一组基后,可以用坐标描述截面位置(方向余弦列向量)及截面应力(应力分量列向量)。在这组基下,存在一个线性变换,将截面位置映射到截面应力。,应力张量的本质,同一点的应力张量是相似矩阵,并且可以对角化。,应力张量代表一个线性变换!,张量与材料物理性质,各向异性介质中两个相互作用的矢量之间的线性比例系数为二阶张量,如介电常数、电导率、热导率等; 各向异性介质中如果一个矢量与一个二阶张量存在线性关系,其比
4、例系数为三阶张量,如压电系数: 压电极化强度 Pi=dijkjk 各向异性介质中如果两个二阶张量存在线性关系,其比例系数为四阶张量。 ij=cijklkl,1 基本概念 力学行为,一、课程内涵与意义,不同材料的应力-应变关系,材料基本力学行为:弹性变形、塑性变形、断裂,1 基本概念 力学性能指标,一、课程内涵与意义,力学行为变化 临界点,1 基本概念 材料与构件的失效,一、课程内涵与意义,力,变形,断裂,力学 响应,非连续介质,失效,失效判据,零件失效形式,2.材料力学性能的重要性,沉淀硬化不锈钢锻件 存放过程中开裂,沉淀硬化不锈钢锻件 存放过程中开裂 (参见“应力腐蚀”动画),1981年4月
5、12日:第一架航天飞机 “哥伦比亚”号首发成功 1986年1月28日:第二架航天飞机 “挑战者”号发射升空中爆炸失事 2003年2月1日: “哥伦比亚”号航天飞机降落时爆炸解体,美航天飞机的失事与新一代空天飞机计划,二、教学目的,(1)熟悉材料在各种应力状态和不同环境因素下的变形断裂行为及其微观机制; (2)掌握各种力学性能指标的物理本质、测试方法与应用,并进一步理解材料力学性能与微观组织结构之间的相互关系; (3)了解正确评价与改善材料力学性能的方法与途径。,三、先修课程,(1)材料力学: 应力应变状态、弹性变形与本构关系、强度理论等。 (2)材料科学基础: 晶体学、晶体缺陷、位错理论、变形
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