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有限元分析基础知识江爱林 jiangal@ 1 一、材料基础知识二、 CAE 基础知识 2 一、材料基础知识定义:材料在使用和加工过程中表现出来的各种不同特性称为材料的性能。力学性能:力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力。如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是材料选择及计算时决定许用应力的依据。分类:机械工程材料的常用性能:使用性能(力学、物理、化学)和工艺性能(加工、铸造、焊接) 材料性能 3 强度?一般来讲,材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。如弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳极限和蠕变极限等。?材料在常温下的强度指标有屈服强度和抗拉(压)强度。?屈服强度表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。?抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。一、材料基础知识 4 硬度硬度是指固体材料对外界物体机械作用(如压陷、刻划)的局部抵抗能力。硬度值的大小不仅取决于材料的成分和显微组织,而且还取决于测量方法和条件。在工程技术中应用最多的是压入硬度,常用的指标有布氏硬度(HB) 、洛氏硬度(HRB 、 HRC) 和维氏硬度(HV) 等。 HBHRB HV 一、材料基础知识 5 ?根据经验,大部分金属的硬度和强度之间有如下近似关系: ?低碳钢σb≈ HB ?高碳钢σb≈ HB ?灰铸铁σb≈ HB ?因而可用硬度近似地估计抗拉强度。一、材料基础知识 6 塑性材料的塑性是指材料受力时,当应力超过屈服点后,能产生显著的变形而不立即断裂的性质。延伸率( d)。延伸率主要反映材料均匀变形的能力。它以试件拉断后,总伸长的长度与原始长度的比值百分率 d(%)来表示。断面收缩率 y 。断面收缩率主要反映材料局部变形的能力。它以试件拉断后,断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率 y(%) 来表示。一、材料基础知识 7 弹性模量 E。是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。 主要决定于材料的本身,是金属材料最稳定的性能之一,合金化、热处理、冷热加工对它的影响很小。在室温下,钢的弹性模量 E大都在 190 ~220GPa 之间。弹性模量随温度的升高而逐渐降低。泊松比。横向应变与纵向应变之比值称为泊松比。也叫横向变性系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。各向同性与各向异性。弹性模量、泊松比一、材料基础知识 8 应力集中与应力集中系数?材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大,这种现象称为应力集中。?实际应力与名义应力的比值。一、材料基础知识 9 表面强化?包括: ①机械方法:喷丸及辊压等; ②化学方法:渗碳及氮化等; ③热处理,如高频淬火等。?表面强化系数。强化的试样疲劳极限/ 未强化的试样疲劳极限。一般钢试样的强化系数位于 ~ 之间,但镀铬等工艺后只有 ~. 一、材料基础知识