一， 强度
定义：
金属材料在外力作下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗用弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出。
机械上是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。
【材料学上是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种:
(1)抗压强度--材料承受压力的能力.
(2)抗拉强度--材料承受拉力的能力.
(3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力.
(4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力. 】
材料、机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力。强度包括材料强度和结构强度两方面。强度问题有狭义和广义两种涵义。狭义的强度问题指各种断裂和塑性变形过大的问题。广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题，有时还包括机械振动问题。强度要求是机械设计的一个基本要求。
材料强度：
指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态，载荷性质、加载速率、温度和介质等。
1、按照材料的性质，材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和带裂纹材料的强度。
①脆性材料强度：铸：钦钢等塑性材料断裂前有较大的塑性变形,它在卸载后不能消失,也称残余变形。塑性材料以其屈服极限为计算强度的标准。材料的屈服极限是拉伸试件发生屈服现象（应力不变的情况下应变不断增大的现象）时铁等脆性材料受载后断裂比较突然，几乎没有塑性变形。脆性材料以其强度极限为计算强度的标准。强度极限有两种：拉伸试件断裂前承受过的最大名义应力称为材料的抗拉强度极限，压缩试件的最大名义应力称为抗压强度极限。
②塑性材料强度的应力。对于没有屈服现象的塑性材料，取与 0.2％的塑性变形相对应的应力为名义屈服极限,0.2表示。
③带裂纹材料的强度：常低于材料的强度极限，计算强度时要考虑材料的断裂韧性（见断裂力学分析）。对于同一种材料,采用不同的热处理制度,则强度越高的断裂韧性越低。
2、按照载荷的性质，材料强度有静强度、冲击强度和疲劳强度。
材料在静载荷下的强度,根据材料的性质,分别用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。材料受冲击载荷时，屈服极限和强度极限都有所提高（见冲击强度）。材料受循环应力作
用时的强度，通常以材料的疲劳极限为计算强度的标准（见疲劳强度设计）。此外还有接触强度（见接触应力）。
3、按照环境条件，材料强度有高温强度和腐蚀强度等。
高温强度包括蠕变强度和持久强度。当金属承受外载荷时的温度高于再结晶温度（已滑移晶体能够回复到未变形晶体所需要的最低温度）时，塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除,因此在载荷不变的情况下,变形不断增长，称为蠕变现象，以材料的蠕变极限为其计算强度的标准。高温持续载荷下的断裂强度可能低于同一温度下的材料拉伸强度，以材料的持久极限为其计算强度的标准（见持久强度）。此外，还有受环境介质影响的应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳等材料强度问题。
结构强度：
结构强度指机械零件和构件的强度。它涉及力学模型简化、应力分析方法、材料强度、强度准则和安全系数。
按照结构的形状，机械零件和构件的强度问题可简化为杆、杆系、板、壳、块和无限大体
等力学模型来研究。不同力学模型的强度问题有不同的力学计算方法。材料力学一般研究杆的强度计算。结构力学分析杆系（桁架、刚架等）的内力和变形。其他形状物体属于弹塑性力学的研究对象。杆是指截面的两个方向尺寸远小于长度尺寸的物体，包括受拉的杆、受压的柱、受弯曲的梁和受扭转的轴。板和壳的特点是厚度远小于另外两个方向的尺寸，平的称为板，曲的称为壳。 要解决结构强度问题，除应力分析之外，还要考虑材料强度和强度准则，并研究它们之间的关系。如循环应力作用下的零件和构件的疲劳强度，既与材料的疲劳强度有关，又与零件和构件的尺寸大小、应力集中系数和表面状态等因素有关。当循环载荷不规则变化时，还要考虑载荷谱包括载荷顺序的影响。复合应力情形要用强度理论。有宏观裂纹情形要用断裂力学分析。某些零件往往需要同时考虑几种强度准则，加以比较，才能确定最可能出现的失效方式。 大部分的结构强度问题,通常是先确定结构形式,然后根据外载荷进行应力分析和强度校核。应用电子计算机方法以后，优化设计成为现实的问题，可以先提出一些具体的设计目标（例如要求结构重量最小），然后寻求最佳的结构形式。
二，弹性
弹性是指物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。
物体所受的外力在一定的限度以内，外力撤消后物体能够恢复原来的大小和形状；在限度以外，外力撤销后不能恢复原状，这个限度叫弹性限度。同一物体的弹性限度不是固定不变的，它随温度升高而减小。
三，塑性
塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。另外,大多数材料在其应力低于屈服点时，表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。塑性好坏可用伸长率δ 和断面收缩率ψ表示。
由于屈服点和比例极限相差很小，因此在ANSYS程序中，假定它们相同。在应力一应变的曲线中，低于屈服点的叫作弹性部分，超过屈服点的叫作塑性部分，也叫作应变强化部分。塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。
路径相关性：
既然塑性是不可恢复的，那么这种问题的就与加载历史有关，这类非线性问题叫作与路径力学性能
相关的或非保守的非线性。
路径相关性是指对一种给定的边界条件，可能有多个正确的解—内部的应力，应变分布—存在，为了得到真正正确的结果，我们必须按照系统真正经历的加载过程加载。
率相关性：
塑性应变的大小可能是加载速度快慢的函数，如果塑性应变的大小与时间有关，这种塑性叫作率无关性塑性，相反，与应变率有关的性叫作率相关的塑性。
大多的材料都有某种程度上的率相关性，但在大多数静力分析所经历的应变率范围，两者的应力－应变曲线差别不大，所以在一般的分析中，我们认为应变是与率无关的。
工程应力，应变与真实的应力、应变：
塑性材料的数据一般以拉伸的应力—应变曲线形式给出。材料数据可能是工程应力（p/A0）与工程应变（ dl/l0），也可能是真实应力（P/A）与真实应变（Ln(l/l0) ）。
大应变的塑性分析一般采用真实的应力，应变数据而小应变分析一般采用工程的应力、应
变数据。
什么时候激活塑性：
当材料中的应力超过屈服点时，塑性被激活（也就是说，有塑性应变发生）。而屈服应力本身可能是下列某个参数的函数：温度，应变率，以前的应变历史，侧限压力，其它参数。
在物理中，塑性即范性，与弹性相对。 钢筋的塑性指标：冷弯性能、延伸率
四，韧性
材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有较大形变、断裂时断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复，其应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大的材料。通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。
五，硬度
固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。
硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。
硬度分为：
①划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。
②压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。
③回跳硬度。主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材
料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。
六，疲劳
定义：
材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
疲劳特征：
零件 、构件的疲劳破坏可分为3个阶段 ：
①微观裂纹阶段。在循环加载下，由于物体的最高应力通常产生于表面或近表面区，该区存在的驻留滑移带、晶界和夹杂，发展成为严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后，裂纹沿着与主应力约成45°角的最大剪应力方向扩展，裂纹长度大致在0.05毫米以内，发展成为宏观裂纹。
②宏观裂纹扩展阶段。裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展。
③瞬时断裂阶段。当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时，物体就会在某一次加载下突然断裂。对应于疲劳破坏的3个阶段 ，在疲劳宏观断口上出现有疲劳源 、疲劳裂纹扩展和瞬时断裂3个区。疲劳源区通常面积很小，泽光亮，是两个断裂面对磨造成的；疲劳裂纹扩展区通常比较平整，具有表征间隙加载、应力较大改变或裂纹扩展受阻等使裂纹扩展前沿相继位置的休止线或海滩花样；瞬断区则具有静载断口的形貌，表面呈现较粗糙的颗粒状。扫描和透射电子显微术揭示了疲劳断口的微观特征，可观察到扩展区中每一应力循环所遗留的疲劳辉纹。
疲劳寿命：
在循环加载下 ，产生疲劳破坏所需应力或应变的循环次数。对零件、构件出现工程裂纹以前的疲劳寿命称为裂纹形成寿命。工程裂纹指宏观可见的或可检的裂纹 ，其长度无统一规定 ，一般在0.2～1.0毫米范围内 。自工程裂纹扩展至完全断裂的疲劳寿命称为裂纹扩展寿命。总寿命为两者之和。因工程裂纹长度远大于金属晶粒尺寸，故可将裂纹作为物体边界，并将其周围材料视作均匀连续介质，应用断裂力学方法研究裂纹扩展规律 。由于S-N
曲线是根据疲劳试验直到试样断裂得出的 ，所以对应于S-N曲线上某一应力水平的疲劳寿命N是总寿命 。在疲劳的整个过程中 ，塑性应变与弹性应变同时存在 。当循环加载的应力水平较低时 ，弹性应变起主导作用；当应力水平逐渐提高，塑性应变达到一定数值时，塑性应变成为疲劳破坏的主导因素。为便于分析研究，常按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类：①高循环疲劳（高周疲劳）。作用于零件、构件的应力水平较低 ，破坏循环次数一般高于104～105的疲劳 ，弹簧、传动轴等的疲劳属此类。②低循环疲劳（低周疲劳）。作用于零件、构件的应力水平较高 ，破坏循环次数一般低于104～105的疲劳，如压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。实践表明，疲劳寿命分散性较大，因此必须进行统计分析，考虑存活率（即可靠度）的问题 。具有存活率p（如95％、99％、99.9％）的疲劳寿命Np的含义是 ：母体（总体）中有p的个体的疲劳寿命大于Np。而破坏概率等于（ 1－ p ） 。常规疲劳试验得到的S-N曲线是p＝50％的曲线 。对应于各存活率的p的S-N曲线称为p-S-N曲线。
发布评论