材料強度的案例
『分享』固體力學和材料強度
固體力學和材料強度
固體力學和材料強度__(p1-70).PDF
固體力學和材料強度__(p71-140).PDF
固體力學和材料強度__(p141-210).PDF
固體力學和材料強度__(p211-280).PDF
固體力學和材料強度__(p281-350).PDF
固體力學和材料強度__(p351-420).PDF
固體力學和材料強度__(p421-490).PDF
固體力學和材料強度__(p491-560).PDF
固體力學和材料強度__(p561-630).PDF
固體力學和材料強度__(p631-671).PDF
展開 材料的理論斷裂強度 附晶體材料強度與斷裂微觀理論下載
材料力學低碳鋼拉伸試驗中，材料的變形分為四個階段：彈性階段、屈服流動階段、強化階段和徑縮斷裂階段，如圖1，其中當材料經過d點后，材料很快發生斷裂，該點對應的應力σb即為強度極限。但這只是實驗觀察到的現象，它與材料的理論斷裂值還有很大的區別。
假設材料的斷裂是由于原子間距被拉的太遠，超過了極限從而發生的斷裂。我們知道，原子之間的力與原子間的距離存在一定的關系，當原子靠的特別近的時候，原子間存在排斥力，當原子離的比較遠的時候，原子間存在相互吸引力，在某一距離下，原子間的作用力為0，即平衡位置。
現在我們來考慮原子間的力與應力的關系，根據應力的定義
顯然，曲線上的最大值σm即代表原子間的最大結合力——理論斷裂強度，即在理論上認為材料應力超過σm時將被拉斷。作為一級近似，該曲線可用正弦曲線表示。
而實際上，對于純鐵的抗拉強度是只有170～270MPa左右，我們熟知的Q235鋼，其抗拉極限為375～460MPa，Q345鋼的抗拉強度約是490-620MPa，遠遠低于材料的理論斷裂強度。主要原因在于公式(11)表示的是理想材料的斷裂強度，也就是說材料中沒有任何的缺陷。但這是不可能的，材料在冶金、鑄造、加工等過程中難免會產生一些初始缺陷，造成應力集中從而大大降低了材料的強度缺陷。
下載地址：晶體材料強度與斷裂微觀理論
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如何準確預報各種工程結構中所用材料的強度是保證各種工程結構安全的關鍵。500多年來，力學等多學科的科學工作者持續不斷地開展了大量有價值的研究工作。然而，到目前為止，由于問題的復雜性，所建立的強度模型和預報理論主要還是基于前人所建立的公設和大量數據所歸納的經驗公式。因此，許多學者也把材料破壞的預報問題歸納為固體力學的終極問題之一。
最新的一項研究嘗試了把材料強度的預報問題納入理性的非平衡態熱力學的框架。相關的研究論文題為：“
The intrinsic nature of materials failure and the global non-equilibrium energy criterion
”，發表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy （《中國科學：物理學 力學 天文學》英文版）2020年第12期，由中山大學王彪教授撰寫。文章把所研究的受載材料樣本當成是熱力學體系，隨著加載進行，材料微結構將產生損傷演化，通過建立演化過程中每一個平衡態的穩定性條件進而建立材料破壞的強度準則。
研究發現了一些與前人認知不同的材料強度的本質特性，如材料的破壞狀態類似于臨界想象，是一種全局的性質，局域準則和研究方法可能會導致錯誤的結果。對于含有裂紋的材料，該強度理論同斷裂力學中的應變能釋放率準則和J積分等預報結果是一致的。該項工作的另一個核心貢獻在于利用本征應變的概念模化材料中存在的各種不同類型的缺陷，進而導出了材料體系在外載作用下，含有微結構演化破壞過程的自由能表達式。作為例子，文中把該理論用于多種材料強度問題的預報，并得到了有限的實驗結果的驗證（如下圖所示）。
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表面加工狀態的影響
機加工的表面總存在著高低不平的加工痕跡，這些痕跡就相當于微小缺口，在材料表面造成應力集中，從而降低材料的疲勞強度。試驗表明，對于鋼和鋁合金，粗糙的加工（粗車）與縱向精拋光相比，疲勞極限要降低10%~20%甚至更多。材料的強度越高，則對表面光潔度越敏感。
4. 加載經歷的影響
實際上沒有任何零件是在絕對恒定的應力幅條件下工作，材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運行達到一定周次后，將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越短。
圖1 損傷線
事實上，在一定條件下，少量次數的超載不僅不會對材料造成損傷，由于形變強化、裂紋尖端鈍化以及殘余壓應力的作用，還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應對超載損傷的概念進行一些補充和修正。
所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應力水平下運行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應力要高些方能見效。
5. 化學成分的影響
材料的疲勞強度與抗拉強度在一定條件下存在著較密切的關系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的最主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質元素則對疲勞強度產生不利影響。
6. 熱處理和顯微組織的影響
不同的熱處理狀態會得到不同的顯微組織，因此，熱處理對疲勞強度的影響，實質上就是顯微組織的影響。
展開 
影響金屬材料疲勞強度的八大因素
表面加工狀態的影響
機加工的表面總存在著高低不平的加工痕跡，這些痕跡就相當于微小缺口，在材料表面造成應力集中，從而降低材料的疲勞強度。試驗表明，對于鋼和鋁合金，粗糙的加工（粗車）與縱向精拋光相比，疲勞極限要降低10%－20%甚至更多。材料的強度越高，則對表面光潔度越敏感。
加載經歷的影響
實際上沒有任何零件是在絕對恒定的應力幅條件下工作，材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運行達到一定周次后，將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越短，如圖1所示。
圖1 過載損傷屆
事實上，在一定條件下，少量次數的超載不僅不會對材料造成損傷，由于形變強化、裂紋尖端鈍化以及殘余壓應力的作用，還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應對超載損傷的概念進行一些補充和修正。
所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應力水平下運行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應力要高些方能見效。
化學成分的影響
材料的疲勞強度與抗拉強度在一定條件下存在著較密切的關系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的最主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質元素則對疲勞強度產生不利影響。
熱處理和顯微組織的影響
不同的熱處理狀態會得到不同的顯微組織，因此，熱處理對疲勞強度的影響，實質上就是顯微組織的影響。同一成份的材料，由于熱處理不同，雖然可以得到相同的靜強度，但由于組織的不同，疲勞強度可在相當大的范圍內變化。
在相同的強度水平時，片狀珠光體的疲勞強度明顯要低于粒狀珠光體。
展開 金屬材料疲勞強度的八大主要影響因素
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表面加工狀態的影響
機加工的表面總存在著高低不平的加工痕跡，這些痕跡就相當于微小缺口，在材料表面造成應力集中，從而降低材料的疲勞強度。試驗表明，對于鋼和鋁合金，粗糙的加工（粗車）與縱向精拋光相比，疲勞極限要降低10%－20%甚至更多。材料的強度越高，則對表面光潔度越敏感。
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加載經歷的影響
實際上沒有任何零件是在絕對恒定的應力幅條件下工作，材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運行達到一定周次后，將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越短，如圖1所示。
事實上，在一定條件下，少量次數的超載不僅不會對材料造成損傷，由于形變強化、裂紋尖端鈍化以及殘余壓應力的作用，還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應對超載損傷的概念進行一些補充和修正。
所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應力水平下運行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應力要高些方能見效。
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化學成分的影響
材料的疲勞強度與抗拉強度在一定條件下存在著較密切的關系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的最主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質元素則對疲勞強度產生不利影響。
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熱處理和顯微組織的影響
不同的熱處理狀態會得到不同的顯微組織，因此，熱處理對疲勞強度的影響，實質上就是顯微組織的影響。
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加載經歷的影響
實際上沒有任何零件是在絕對恒定的應力幅條件下工作，材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運行達到一定周次后，將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越短，如圖1所示。
圖1 損傷線
事實上，在一定條件下，少量次數的超載不僅不會對材料造成損傷，由于形變強化、裂紋尖端鈍化以及殘余壓應力的作用，還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限。因此，應對超載損傷的概念進行一些補充和修正。
所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應力水平下運行一定周次后，造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應力要高些方能見效。
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化學成分的影響
材料的疲勞強度與抗拉強度在一定條件下存在著較密切的關系，因此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的最主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質元素則對疲勞強度產生不利影響。
展開 混凝土材料強度換算
今天要跟大家分享的是混凝土材料強度換算的 一個excel表格，這個表格根據《混凝土結構設計規范》計算模擬得到。具體使用可免費下載文末表格觀看操作步驟研究或觀看本人主頁視頻學習。
本表格適用于C15-C80級混凝土
表中紅色區域為輸入區，如果同學們有試驗，可以通過在修改上表的紅色區域（即混凝土立方體抗壓強度fcu,k和變異系數δ），而后回車得到其他轉換值！具體如下圖所示：
3.如果同學們沒有試驗，下表中的變異系數δ是根據混凝土結構設計規范中各個強度等級的混凝土擬合得到（算是取巧的方法），則可以只修改上表的混凝土強度等級fcu,k，而后觀察下表數值即可?。如下圖所示?：
4.通過對以上數值的輸入，而后回車，同學們就可以得到對應等級的混凝土材料的強度換算結果，其中包括?：混凝土軸心抗壓強度標準值（fck），混凝土軸心抗拉強度標準值（ftk），混凝土軸心抗壓強度設計值（fc），混凝土軸心抗拉強度設計值（ft），混凝土彈性模量（Ec）。
5.如果同學們沒有混凝土強度等級fcu,k，只有抗壓強度設計值等，則可以通過不斷修改混凝土強度等級來靠近已知的抗壓強度設計值，從而得到對應的?強度等級。
最后，食詩吃詞這個賬號兩年半了，感謝大家的信任與支持，食詩吃詞在此叩謝！
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提取碼：SSCC
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材料力學性能解析：屈服強度、強度極限、彈性極限與硬化指數
屈服強度（Yield Strength）
屈服強度是材料在受力過程中開始發生不可逆塑性變形的應力值。
這一概念基于材料的彈塑性行為，即在一定的應力下，材料會發生可逆的塑性變形，而不會永久性地改變形狀。
通過拉伸試驗，我們可以繪制應力-應變曲線，其中屈服強度是曲線上的起點。
數學表達式：
2. 強度極限（Ultimate Strength）
強度極限是材料在極端負載下所能承受的最大應力。
它標志著材料的極限強度，即當材料達到極限狀態時，將無法繼續保持其結構完整。
數學表達式：
3. 材料彈性極限（Elastic Limit）
材料彈性極限是材料在受力后仍能夠恢復原狀的最大應力點。
在這個點之前，材料遵循胡克定律，即應力和應變成正比。超過材料彈性極限后，材料將發生不可逆的塑性變形。
數學表達式：
4. 材料硬化指數（Strain Hardening Exponent）
材料硬化指數描述了材料在塑性變形過程中硬度的增加程度。它是應變硬化率與應變的關系中的指數。硬化指數越大，材料在塑性變形后的硬度增加越快。
數學表達式：
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準確之處，請您不吝賜教。
個人學習總結，整理不易，未經本人允許請勿搬運。
展開 
通過材料抗拉強度擬合S-N曲線
（1）通過抗拉強度Su 估算103次循環載荷的應力幅S1000
對于彎曲載荷，S1000的值約等于抗拉強度Su的90%；對于軸向拉伸載荷，S1000的值約等于抗拉強度Su的75%；對于扭轉載荷，主要承受剪切力，S1000的值約等于剪切強度Sus的90%。
不同的材料剪切強度差異很大，鋼材的剪切強度約為抗拉強度的80%，有色金屬的剪切強度約為抗拉強度的70%，鑄鐵的剪切強度約為抗拉強度的130%。
將以上數據總結列表顯示如下所示：
材料類型
載荷類型
S1000
所有材料
彎曲
0.9×Su
所有材料
軸向
0.75×Su
鋼
扭轉
0.9×Sus = 0.72×Su
有色金屬
扭轉
0.9×Sus = 0.63×Su
鑄鐵
扭轉
0.9×Sus = 1.17×Su
（2）通過抗拉強度Su 估算疲勞極限的應力幅Sbe
由于循環載荷的作用，微裂紋將在材料晶粒內成核，并增長到一個晶粒大小的量級，此時晶界勢壘會阻礙微裂紋的生長。如果晶界勢壘不夠強，微裂紋將擴展為宏觀裂紋，導致構件失效。如果晶界勢壘足夠強，微裂紋將被阻止并形成一個不可擴展的裂紋，使微裂紋不再繼續擴展的最小應力幅稱為材料的疲勞極限，此時材料理論上擁有無限循環壽命。
由于不能無限次的測試循環壽命，對于鋼材，將106次循環載荷的應力幅認為是疲勞極限，對于鋁合金，將5×108次循環載荷的應力幅作為疲勞極限，對于鑄鐵，將5×107次循環載荷的應力幅作為疲勞極限。
對于中、高強度鋼，疲勞極限Sbe會隨著抗拉強度Su的增加而線性增加，即：Sbe/ Su = 常數。
展開 復合材料設計--纖維織物鋪放強度
正交織物復合材料的泊松比很小，這是由于橫向纖維阻止了泊松收縮
(4)經緯剪切彈性模量GLT
式中G12——單向板的面內剪切模量
K——織物波紋影響系數。
[例4.5.11 已知某4 :l玻璃纖維布／環氧樹脂復合材料的Ef＝70 GPa，Em＝3.5 GPa，實驗測得樹脂的質量含量mm＝0.45。試求復合材料彈性常數EL和ET的預測值。
正交織物復合材料的基本強度
許多試驗結果證明平面正交織物中纖維的彎曲對復合材料的強度沒有顯著影響，因此可以接采用混合律方程近似給出其經向及緯向的拉伸和壓縮強度。
式中 XLt、YTt—一分別表示經向和緯向的拉伸強度；
XLc、YTc——分別表示經向和緯向的壓縮強度；
εcr、σmcr——分別為纖維壓縮失穩破壞時的臨界應變和對應的基體應力。
（作者：黃婷婷）
展開 『分享』大型復合材料結構強度有限元分析
選取一典型復合材料梯形梁結構，采用有限元計算程序MSC.Nastran，結合與理論分析相比擬的工程簡化方法，對結構強度作簡便、快捷地評估，用于指導結構的初步設計。通過對計算結果分析，突現出大型復合材料結構在靜強度設計過程中的問題。
大型復合材料結構強度有限元分析.pdf
太形象了，直觀動圖搞明白材料的強度、硬度、彈性、韌性、延展性！
當為一個項目或者產品篩選合適的材質時，合理的取舍顯得非常重要，需要對材料的一些性能有基本的認知。本文通過一組有趣動圖帶你輕松了解材料強度、硬度、|彈性、韌性、延展性等。
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強度
材質要能經得起應用場景中受力的考驗，不彎、不斷、不碎、不變形
硬度
較硬的材質一般更抗刮擦，耐用，抗撕裂和壓痕。
彈性
材質吸收受力、能在不同方向彎曲并且能夠恢復到原來的狀態能力。
成型性能
是否方便加工成永久形狀，柿子雖然軟可以隨便捏但是捏完就完了。另外一個極端的例子鉆石硬度太高，也不適合用來加工。鉆石可以用來加工別的。
延性
長度方向上的受力變形能力。橡皮筋的彈性很好。材料方面熱塑性彈性體一般都具有不錯的延性。
抗拉強度
未發生斷裂或者折斷之前的變形能力。
延展性
未出現裂紋前，材質在各個方向上能夠改變形狀的能力 ，考驗的是材料再次塑性的能力。
韌性
材質抗沖擊能力，突然敲打一下，不會斷裂或者破碎 。
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