第十六章 材料力学性能的进一步研究
§ 16–1 概述
§ 16–2 应变速率及应力速率对材料力学性能的影响
§ 16–3 温度对材料力学性能的影响
§ 16–4 温度与时间对材料力学性能的影响 · 蠕变与松弛
§ 16–5 冲击荷载下材料的 力学性能 ·冲击韧度 ·转变温度
§ 16–1 概述
前面第一章中介绍了材料在高温、静载（用准静态试验）拉
伸、压缩时的力学性能。 实际的结构物或构件往往是在比较复
杂的条件下工作的，例如，石油化工设备中有些机器的工作温度
很低，而内燃机或燃气轮机的工作温度很高；汽轮机的叶片在高
温下长期受很大的离心力作用；预应力钢筋混凝土中的预应力钢
筋或钢丝束则在常温下长期在很高的预拉应力下工作；桥梁、吊
车梁以及绝大多数的动力机械所受荷载多是随时间交替变化的；
风动机械、气锤、常规武器则经常受到冲击载荷的反复作用，等
等。因此在强度计算时常需考虑这些因素对材料力学性能的影响。
§ 16–2 应变速率及应力速率对材料力学性能的影响
试验结果指出，在应变速率超过 以后，
材料的力学性能就显著地受到应变速率的影响。使构件的应
变速率 超过 的荷载，习惯上称为动荷载。
m m / m m / s3dd ?? t???
?? m m /m m /s3
一、应变速率对材料力学性能的影响
应力速率与屈服极限的关系
0 20 40 60 80 100
320
300
280
260
240
220
200
s s
(MPa
)
s (MPa/s)·低碳钢O
s
?
1
静荷载
2 动荷载
二、应力速率对材料力学性能的影响
在实验室内测定材料的屈服极限时，加载速率也就是试
样中的应力速率。
温度对材料力学性能的影响
§ 16–3 温度对材料力学性能的影响
但在 260° 以前随温度的升高，
sb反而增大，同时 ?,?却减小。
但象低碳钢这种在 260° 以前的特
征，并非所有的钢材都具有。
总趋势,
温度升高,E,sS, sb下降；
?,? 增大。
)( C?
)MPa(s
)GPa(E
0 100 200 300 400 500
216
177
137
700
600
500
400
300
200
100
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
(%),??
E
Ss
?
bs
?
温度对铬锰合金力学性能的影响
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
0
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800
)MPa(s
)( C?
?
bs
2.0s
80
70
60
50
40
30
20
10
0
(%)?
P(kN)
-
-
-
-- -
0 5 10 15
30
20
10
0
C?20?
C?196?
C?253?
Dl(mm) -- -
0 5 10 15
30
20
10
0
C?20?
C?196?
C?253?
P(kN)
Dl(mm)
温度降低，塑性降低，强度极限提高
一、蠕变：
在一定的高温下，即使构件上的应力不变，塑性变形却随时
间而缓慢增加，直至破坏。这种现象称为蠕变。
注意：应力没增加，杆自己在长长 ！
§ 16–4 温度与时间对材料力学性能的影响 · 蠕变与松弛
P
经过较长
时间后
P
加静载
构件的工作段不能超过稳定阶段 ！
?
t
O
A B
C
D
E
不稳定
阶段
稳定阶段
加速阶段
破坏
阶段
? 0
材料的蠕变曲线
应力不变
4321 TTTT ???
温度越高蠕变越快
T1
T2
T3
T4
s1
s2
s3
s4
温度不变
1234 ssss ???
应力越高蠕变越快
二、应力松弛：
在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时
间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小。这种现象称为
应力松弛。
杆也是自己长了一段 ！
经过较长时间后
卸载
加静载
温度不变 123 ??? ??
?2?
1
?3
初应力越大，松弛的初速率越大
初始弹性应变不变
321 TTT ??
T1
T3
T2
温度越高，松弛的初速率越大
§ 16–5 冲击荷载下材料的 力学性能 ·冲击韧度 ·转变温度
温度降低,sb增大，结构反而还发生低温脆断，原因何在？
温度降低,sb增大，但材料的冲击韧性下降，且抗断裂能
力基本不变，所以，结构易发生低温脆断。
1.冲击试验试件
40
55
40
55
10
10
10
10
?45 2
R 0.5
2R1
V型切口试样
U型切口试样
试件
2.冲击试验
试件
①,U”型口试件的冲击韧性：
A
W
k ?? 断口面积
冲击力功?
②,V”型口试件的冲击韧性：
Wk ?? 冲击力功?
③ 冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆。
当温度降低到某一温度下时，材料在发生塑性变形之
前就因拉断而破坏，这就是材料的的冷脆。而上述温度则
称为脆性转变温度或简称转变温度。
