一個非标項目方案制定和執行中，對于各種材料的力學性能的理解和認知，往往能讓我們設計師減少很多不必要的工作，提高設計及裝配調試的效率。

常溫、靜載下的材料力學實驗

低碳鋼

其他材料拉伸實驗

低碳鋼和鑄鐵材料的壓縮實驗

短時高溫下材料的力學性能

蠕變，在一定溫度和不變應力下，材料随時間增加而緩慢地發生塑性變形的現象稱為蠕變。

各種金屬的蠕變曲線決定于材質，但溫度和應力的大小也影響蠕變。

對給定材料，當應力較小或溫度較低時，蠕變勻速階段長，蠕變速度也低。

當應力大或溫度高時，蠕變隻有第一階段和第三階段。

蠕變極限和持久極限強度

蠕變極限：衡量材料抵抗蠕變變形能力的指标。

蠕變極限有兩種表示方法：

⑴ 在規定溫度T和恒定載荷下，試樣在規定時間t内的蠕變伸長率δ（總伸長率δx或延伸率δs）不超過某一規定值的最大應力。

⑵ 在規定溫度T和恒拉力負荷下，試樣在勻速蠕變階段的蠕變速度v不超過某一規定值的最大應力。

持久強度極限：在指定溫度T和規定時間t内，使材料因蠕變而不發生斷裂的最大應力稱為持久極限應力。

對在高溫下長期承受靜載的構件進行安全計算時，考慮設備對蠕變變形限制量的具體要求，一般應使工作應力小于相應的蠕變極限。

應力松弛

應力松弛：在規定溫度及初始變形或位移恒定的條下，材料中的應力随時間而逐漸減小的現象稱為應力松弛。連接高溫蒸汽管道的螺栓，擰緊後産生伸長變形，因螺栓蠕變，其彈性變形量減小，塑性變形增加，螺栓的應力降低，因此出現應力松弛。

速度對材料力學性能的影響

當加載速度很慢時，金屬材料的力學性能是穩定的，因此可以按靜載處理。當加載速度較快時，随着加載速度的增加，強度指标升高，塑性指标下降，材料脆性增加。

工程中的設備中，采掘機、鍛壓機等承受加速度很快的沖擊載荷；一般設備也會受到啟動、急刹車或超載等引起的沖擊載荷作用，這時材料的脆性破壞傾向增加。

材料處于低溫時，受到沖擊載荷作用，脆性破壞的危險性更大。

為了評定材料在沖擊載荷下脆性破壞的傾向，在工程中廣泛采用一次擺錘沖擊試驗，測定标準試樣在一次沖擊載荷作用下折斷時試樣所吸收的沖擊功。

遵循國家标準：《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》（GB/T 229－1994）

當溫度降低到某一溫度下時，材料在發生塑性變形之前就因拉斷而破壞，這就是材料的的冷脆。而上述溫度則稱為脆性轉變溫度或簡稱轉變溫度。

沖擊吸收功的應用

由于沖擊吸收功值不僅與材料有關，而且随試樣的形狀、尺寸不同而顯著改變。所以，由标準試樣測得的沖擊吸收功值不能直接換算到實際構件上。

沖擊吸收功值隻适用于評定承受一次沖擊、或較大能量多次沖擊材料的抗斷能力。

沖擊試驗對材料品質、内部缺陷、脆性轉化趨勢和工藝質量等方面較其它試驗方法敏感，能顯示材料内部組織結構的微小差異，所以廣泛應用于材料的品質和控制熱處理工藝質量等方面。

交變應力、循環特性、應力幅和平均應力

循環特性、平均應力和應力幅

幾種特殊的交變應力

對稱循環

脈動循環

靜循環

材料在交變應力作用下的破壞特點，疲勞極限

材料持久限(疲勞極限)  循環應力隻要不超過某個“最大限度”,構件就可以經曆無數次循環而不發生疲勞破壞，這個限度值稱為“疲勞極限”，用r 表示。

疲勞破壞和特點

材料在交變應力作用下，在一處或幾處産生永久性累積損傷，經一定循環次數後，産生裂紋和裂紋擴展以至突然斷裂的過程稱為疲勞。

1）抵抗斷裂的極限應力低于強度極限，甚至屈服極限。

2）破壞有一個過程，構件需經過若幹次應力循環才 突然破壞。

3）材料的破壞呈脆性斷裂。

即使是塑性材料，斷裂時也無明顯塑性變形。

疲勞試驗

疲勞試驗裝置

疲勞試件：一組光滑小試件

開始試驗

影響構件持久極限的因素

對稱循環下構件的疲勞強度計算

構件持久限

構件的疲勞強度計算

對稱循環的疲勞容許應力

對稱循環的疲勞強度條件

需要注意的是：應力循環指一點的應力随時間的變化循環，最大應力與最小應力等都是指一點的應力循環中的數值。它們既不是指橫截面上由于應力分布不均勻所引起的最大和最小應力，也不是指一點應力狀态中的最大和最小應力。

對于不同的問題，用不同的應力公式計算構件應力

在工程中，構件不可避免的存在某些宏觀裂紋或缺陷，如冶煉過程中出現的夾雜、縮孔，加工中産生的焊裂、刀痕等。構件在工作過程中，逐漸形成疲勞裂紋或應力腐蝕裂紋等。

盡管構件的工作應力低于屈服極限或疲勞極限，材料有足夠的延伸率和沖擊吸收功，但是，也會發生脆性斷裂。通過對斷口分析，發現斷裂總是從裂紋尖端開始，經過進一步的擴展而形成。

斷裂尖端應力強度因子

裂紋擴展類型：

Ⅰ型裂紋（張開型）：拉應力與裂紋垂直，裂紋上下邊沿裂紋垂直方向張開。

Ⅱ型裂紋（滑開型－前後剪切型）：切應力與裂紋和裂紋擴展方向平行，垂直擴展前沿面。

Ⅲ型裂紋（撕開型－橫向剪切型）：切應力垂直與裂紋擴展方向。

裂紋尖端應力：

材料的斷裂韌度

當應力強度因子增大到某一值Kc時，裂紋會快速擴展而脆斷，Kc稱為斷裂韌度。

衡量材料抵抗裂紋快速擴展能力的性能指标。由試驗測得。

表示材料軟硬程度的性能指标。

壓痕法硬度試驗：

布氏硬度：用試樣壓痕球面面積，所承受的平均壓力表示材料的硬度值。符号：HBW

洛氏硬度：初始壓力F0及初始壓力F0再加上主壓力F1，先後作用下，将壓頭壓入試樣表面，保持一定時間後，卸除主壓力，用主壓力引起的殘餘壓痕h計算硬度的一種硬度試驗。

材料的化學成分和微觀組織結構與力學性能的關系

化學成分對力學性能的影響

微觀組織結構對力學性能的影響

提高和改善材料力學性能的途經

調整控制材料的化學成分和合金元素含量

進行熱處理，關鍵點。我們幹非标的經常做的

進行冷熱變形

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