第02章-金属在其他静载荷下的力学性能Li-30P课件.ppt

1、1第二章 金属在其他静载荷下的力学性能2.1 应力状态软性系数2.2 压缩2.3 弯曲2.4 扭转2.5 硬度2.6 带缺口试样静载荷试验2 本章内容：压缩、弯曲、扭转、硬度和带缺口试样力学性能。原因：零部件在服役中因为承受着不同类型的外应力；造成零件内部存在着不同的应力状态。2.1 应力状态软性系数 材料的塑性或脆性并不是绝对的。为表示外应力状态对材料塑性变形的影响，特引入应力状态软性系数 的概念，以方便选择检测方法。例如：铸铁 压缩时呈现一定的韧性；拉伸时表现出脆性3 1、应力状态软性系数 的定义：最大切应力与最大正应力之比式中 最大切应力max按第三强度理论计算，即 max=(1-3)/

2、2 1，3分别为最大和最小主应力。最大正应力 max 按第二强度理论计算，即,泊松比。）（32131maxmax22)(321max4 单向拉伸 =1/2 扭 转 =1/（1+）0.8 单向压缩 =1/（2）2 应力状态系数的技术意义表示了材料塑性变形的难易程度 越大，表示该应力状态下切应力分量越大，材料就越易塑变。把 值较大的称做软的应力状态，值较小的称做硬的应力状态。如单向静拉伸，应力状态较硬，适于塑变抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验；而正断强度较低的所谓脆性材料（淬低回的高碳钢、灰铸铁及某些铸造合金）在此种加载方式下会产生脆性正断，显示不出它们在韧性状态下所表现出的力学行为。反之，对

3、于塑性较好的金属材料，则采用三向不等拉伸，使之在更“硬”的应力状态下显示其脆性倾向。5 2、力学状态图 力学状态图（涉及第二强度理论和第三强度理论的应用）纵坐标为按第三强度理论计算最大切应力max，横坐标为按第二强度理论计算最大正应力 max。自原点作出不同斜率的直线，这些直线可代表不同的应力状态软性系数，其位置反映了应力状态对断裂的影响。62.2 压缩2.2.1 材料压缩的特点 应力状态系数 =2，即应力状态“软”，此时材料易产生塑性变形。软钢 易压缩成腰鼓状、扁饼状。铸铁 拉伸时断口为正断；压缩时则沿45o方向切断。对塑性变形能力小的材料，或者使用工况为压缩状态的材料，在静拉伸外，还应采用

4、压缩实验来评定其性能。72.2.2 压缩实验 曲线与拉伸曲线的形式相同，(左)1拉伸力与伸长曲线，(右)1脆性材料 2压缩力与变形曲线；2塑性材料压缩测试指标：抗压强度抗压强度 bcbc、压缩、压缩 0.010.01、压缩、压缩 0.20.2或压缩或压缩 S S 、压缩、压缩E E、压缩断面收缩率压缩断面收缩率 bcbc 等8 为减小试样在压缩过程呈腰鼓状的趋势，试样的两端需加工成具有角度的凹园锥面凹园锥面，以便使试样能均匀变形。9 2.3 弯曲2.3.1 弯曲试验的特点 常用于测定低塑性、脆性材料的力学性能。分析：（1）正应力 试样上表面为压应力，下表面为拉应力；（2）表面应力最大，中心线区

5、域为零；（3）加力点处的作用力最大；（4）对试样的要求比拉伸时宽松。如铸铁、工具钢、表面渗碳钢铸铁、工具钢、表面渗碳钢,硬质合金、陶瓷等，常硬质合金、陶瓷等，常采用弯曲试验评定其力学性能采用弯曲试验评定其力学性能。102.3.2 弯曲试验（1）抗弯强度bbM为最大弯矩，W为抗弯截面系数。还可测定弯曲弹性模量、断裂挠度fbb、断裂能量U（弯曲力挠度 曲线下所包围的面积，See图2-5，P42）11 三点弯曲(前页左图)弯矩 M=PL/4 直径为d的圆形试样,抗弯截面系数 W=（d3）/32 对于宽度为b，高为h的矩形试样，抗弯截面系数 W=bh2/6；四点弯曲(前页右图)弯矩M=PL/2 （2）

6、断裂挠度f试样断裂之前被压下的最大距离。通过记录弯曲力F和试样挠度f之间的关系，求出断裂时的抗弯强度bb和最大挠度fbb，以表示材料弯曲时的强度和塑性。例如，灰铁的抗弯性能优于其抗拉性能 （bb 280650MPa，b=150-350MPa）；而球铁和可锻铸铁的bb比灰铁又大的多 （例如珠光体球铁bb 7001200MPa，是灰铸铁的1.61.9倍）韧性材料一般不作弯曲强度检测。122.4 扭转2.4.1 扭转试验的特点1、特点（1）能检测拉伸时呈脆性的材料的塑性性能。（2）沿长度方向，宏观上的塑性变形始终是均匀的。（3）能敏感地反映材料表面的性能（4）断口的特征最明显 参见右图 (a)切断（

7、有回旋状塑变痕迹）(b)正断(螺旋状)(c)木纹状断口（纵向剥层或裂纹）分别对应 (a）塑性材料 （b）脆性材料 （c）材料内部存在较多的非金属夹杂或偏析，并在轧制中沿轴向分布。应用：应用：可根据断口宏观特征来判断可根据断口宏观特征来判断承受扭矩而断裂的机件的性能承受扭矩而断裂的机件的性能。13 2.应力状态（值比拉伸时大，容易显示金属的塑性行为）纵向 受力均匀；横向 表面最大，心部为0；最大正应力与最大切应力比值近于1。如下图：a）T-扭矩，-相对扭角、(与试样轴线呈45的斜截面上)1-最大正应力、3-最小正应力；(与试样轴线平行和垂直的截面上)-最大切应力；b）弹变，应力 vs 应变是线性

8、的；C）表层产生塑性变形后，切应变的分布仍保持线性关系，但切应力则因塑性变形而有所降低，不再呈线性分布。扭转可测试：切变模量G、扭转屈服点s、抗扭强度b。142.4.2 扭转试验 性能指标 切应力 =T/W T扭矩，W抗扭截面系数,圆柱试样的W为 切应变（-扭角,rad)切变模量 T-扭矩增量，-扭角增量 扭转屈服点：S 抗扭强度：b例如，用于表面强化层抗扭强度的测试与评定40032/dTLG002Ld16/)(30d152.5 硬度2.5.1 硬度及其意义 1、硬度 表征材料软硬程度的一种性能。随试验方法的不同，其物理意义不同。2、硬度的种类(根据试验方法划分)压入法：布氏HB、洛氏HR、维

9、氏HV、努氏HK等。压入法硬度（的实质）表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力。其应力状态软性系数最大（2），几乎令所有的材料都能产生塑变。刻划法：莫氏硬度（Mohn）。表征材料对切断的抗力。回跳法：肖氏硬度HS 表征金属弹性变形功的大小。同一类方式的硬度可以换算；不同类方式则只能采用同一材料进行标定。（都列入有关技术数据表中，可查阅手册文献）162.5.2 硬度试验1、布氏硬度（1）原理 用一定直径D的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F，将其压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力。试样表面留下压痕。力除以压痕球形表面积的商的商就是布氏硬度。d-压痕直径 0.102F/D2(N/mm

10、2)的常用比值规范有30、10和2.5。以得到相同规范情况下的几何相似的压痕。)(204.0102.022dDDDFAFHB 17（2）种类 布氏硬度试验用压头直径压头直径DD(10，5，2.5，2，1mm)。淬火钢球压头-HBS（适用450HB以下）；硬质合金压头-HBW（适用450HB650HB）。(3)布氏硬度的优缺点 优点：能在较大范围内反映材料的平均性能。试验数据稳定，重复性好，应用广泛。缺点：属有损检测；不能连续检测。为保证数据可靠，需根据材料的种类和试样的厚薄更换压头。压痕直径 d=0.240.6D，18 2、洛氏硬度 （1）测试原理测试原理以压头留下的压痕深度来表示材料的硬度值

11、。以压头留下的压痕深度来表示材料的硬度值。压痕深度h越大，硬度值越低。规定：压头不同，k值不同；金刚石k=0.2；钢球k=0.26 锥头又分成=120o的金刚石圆锥（HRC、HRA）或一定直径的淬火钢球(HRB)。（2）种类（See P52 表2-3、P53 表2-4）HRA、HRB、HRC 最常用，变换压力和压头，可适于不同的测试范围。表面洛氏（小负荷）：HR15N、HR30N、HR45N（金刚石圆锥），HR15T（淬火钢球）等用来测定极薄试样及渗氮层的硬度。特点：操作简便、迅速，硬度值（HRC、HRA）可直接读出，压痕较小。不足：测试数据有一定分散性，不同标尺下测得的硬度值之间没有联系，不

12、能直接比较。002.0hkHR 19 3、维氏硬度 =136o 的金刚石正四棱锥体取=136o 与布氏硬度的计算方法相同。维氏硬度可分为宏观和显微观两种宏观HV：F=49.03980.7N F=1.96129.42N 小载荷显微Hm：F=98.0710-30.9807N 通过测量对角线长度d计算出HV。采用正四棱锥体压头，是为了当改变试验力时，压痕的几何形状总保持相似。优点：形成了统一标度，测试精度较高，不同材料硬度测试值之间可以比较；不足：测试效率低。221891.0)2/136sin(204.0102.0dFdFAFHVo 204、努氏硬度（也属显微硬度）采用四棱锥，对面夹角分别为172o

13、30和130o。力F除以压痕投影面积之商。它的压痕细长，比四等角锥测量值精确。试样的表面不一定是很平整，而且组织不均匀，尤其是回旋体的表面。F为试验力，可在0.490319.61N内选取。22451.123.14102.0lFlFHK215、肖氏硬度HS 一种动载荷试验法。一种动载荷试验法。将一定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤，从一定高度落于金属试样表面，根据重锤回跳的高度来表征金属硬度值的大小。也称为回跳硬度。原理：重锺从一定高度落下，使材料产生弹性变形和塑性变形。塑性变形功被试样吸收；弹性变形功使重锤回跳一定的高度。材料的屈服强度越高，弹性变形功越大，则金属越硬。优点：方便；可在现场测大

14、型工件的硬度；注意：不同的硬度值，在弹性模量相同时才可进行比较。不足：精度和准确度较差。此外还有里氏硬度HL，也是动载荷测试法（用碳化钨球冲头的回弹速度来表征金属的硬度大小值）22232.6 带缺口试样静载荷试验2.6.1 问题的提出 材料内部存在裂纹，或体积较大的缺陷。零件上有螺纹、键槽、油孔、退刀槽，焊缝等沟槽。缺口产生应力集中 引起三向拉应力状态，使材料脆化；由应力集中产生应变集中；使缺口附近的应变速率增高。标准方式的测试结果，已不能满足实际需要。242.6.2 缺口效应1、理论应力集中系数 Kt=max/Kt值与材料性质无关，只取决于缺口的几何形状。2、拉伸时，缺口试样上的应力分布（1

15、）弹性状态下25 侧面带有缺口的薄板和厚板受拉伸时的应力分布(a)薄板缺口下的弹性应力(平面应力)缺口根部为单向拉应力状态y，内部为两向拉应力状态，z等于0。(b)厚板缺口下的弹性应力(平面应变)弹变时，缺口根部为两向拉应力状态，内部为三向拉应力状态。(c)平面应变时的应力分布 在材料内部，沿厚度方向，z不等于0。(d)平面应变时,局部屈服后的应力分布26（2）塑性状态下 塑性较好的材料，若根部产生塑性变形，应力将重新分布，并随载荷的增大，塑性区逐渐扩大，直至整个截面。应力最大处则转移到离缺口根部ry距离处，该处y，x，z均为最大值。随塑性变形逐步向试样内部转移，各应力峰值越来越大。试样中心区

16、的y最大。出现“缺口强化”（三向拉应力约束了塑性变形）塑性降低，影响材料的安全使用。27三、缺口试样静拉伸试验1、方法 缺口试样，有轴向拉伸轴向拉伸和偏斜拉伸偏斜拉伸两种。通常用缺口敏感度 NSR(Notch Sensitivity Ratio)衡量静拉伸下缺口敏感度指标：NSR=bn/bbn为缺口试样的抗拉强度，b为等截面光滑试样的抗拉强度。NSR越大，表示缺口敏感度越小.脆性材料(如铸铁、高碳钢），NSR1，这些材料对缺口很敏感。高强度材料的NSR一般也小于1。塑性材料的NSR一般大于1。利用缺口拉伸试验，还能查明光滑拉伸试样不能显示的力学行为（高强度钢的淬火低温回中火、钢和钛的氢脆，高温

17、合金的缺口敏感性等）。NSR是反映安全性的力学性能指标。偏斜拉伸，=4o和8o，试样承受拉伸和弯曲。28 2、断口 由于缺口的存在，裂纹源一般在缺口处，然后向内部扩展，一般不存在剪切唇。偏斜拉伸试样 初始阶段可能呈纤维状；第二阶段则可能呈放射状；当初始阶段与第二阶段相交截时，便形成最终断裂区。29四、缺口试样静弯曲试验 缺口试样的静弯试验则用来评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度 由于缺口和弯曲所引起的应力不均匀性叠加，使试样缺口弯曲的应力应变分布的不均匀性更大。但应力应变的多向性则减少。采用试样与冲击样品类似。（图216）30 缺口试样静弯曲曲线 曲线下所包围的面积，表示试样从变形到断裂

18、的总功。总功由三部分组成：(1)只发生弹性变形的弹性功弹性功;(2)发生塑性变形的变形功以面积表示；(3)在达到最大载荷Pmax时试样即出现裂纹。如果裂纹到截荷P1 1点时开始迅速扩展，直至试样完全破断。这一部分功以面积表示，叫作撕裂功。可用断裂功，或Pmax/P1,来表示材料的缺口敏感度。P1 试样发生断裂所对应的作用力。Pmax/P1=1时，裂纹扩展极快，缺口敏感度最大。111醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。2结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。3把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬

19、，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(10071072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又

20、以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知

21、州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1初读文章，结合工具书梳理文章字词。2朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏

22、划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为“山/行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节

23、奏划分。2以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又

24、开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容1赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉

25、翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化

26、。3第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情

27、思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之意不在酒，在乎山水之间也”前后呼应，并与“滁人游”“太守宴”“众宾欢”“太守醉”连成一条抒情的线索，曲折地表达了作者内心复杂的思想感情。目标导学六：赏析文本，感受文本艺术特色1在把握作者复杂感情的基础上朗读文本。2反复朗读，请同学说说本文读来有哪

28、些特点，为什么会有这些特点。(1)句法上大量运用骈偶句，并夹有散句，既整齐又富有变化，使文章越发显得音调铿锵，形成一种骈散结合的独特风格。如“野芳发而幽香，佳木秀而繁阴”“朝而往，暮而归，四时之景不同，而乐亦无穷也”。(2)文章多用判断句，层次极其分明，抒情淋漓尽致，“也”“而”的反复运用，形成回环往复的韵律，使读者在诵读中获得美的享受。(3)文章写景优美，又多韵律，使人读来不仅能感受到绘画美，也能感受到韵律美。目标导学七：探索文本虚词，把握文言现象虚词“而”的用法用法文本举例表并列1.蔚然而深秀者；2.溪深而鱼肥；3.泉香而酒洌；4.起坐而喧哗者表递进1.而年又最高；2.得之心而寓之酒也表承

29、接1.渐闻水声潺潺，而泻出于两峰之间者；2.若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝；3.野芳发而幽香，佳木秀而繁阴；4.水落而石出者；5.临溪而渔；6.太守归而宾客从也；7.人知从太守游而乐表修饰1.朝而往，暮而归；2.杂然而前陈者表转折1.而不知人之乐；2.而不知太守之乐其乐也虚词“之”的用法用法文本举例表助词“的”1.泻出于两峰之间者；2.醉翁之意不在酒；3.山水之乐；4.山间之朝暮也；5.宴酣之乐位于主谓之间，取消句子独立性而不知太守之乐其乐也表代词1.望之蔚然而深秀者；2.名之者谁(指醉翁亭)；3.得之心而寓之酒也(指山水之乐)【教学提示】更多文言现象请参见我的积累本。三、板书设计路线：环滁琅琊山酿泉醉翁亭风景：朝暮之景四时之景山水之乐(醉景)风俗：滁人游太守宴众宾欢 太守醉宴游之乐(醉人)心情：禽鸟乐人之乐乐其乐与民同乐(醉情)可取之处重视朗读，有利于培养学生的文言语感，并通过节奏划分引导学生理解文意，突破了仅按注释疏通文义的桎梏，有利于引导学生自主思考；不单纯关注“直译”原则，同时培养学生的“意译”能力，引导学生关注文言文的美感，在一定程度上有助于培养学生的核心素养。不足之处文章难度相对较高，基础能力低的学生难以适应该教学。会员免费下载