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第二章材料工程中的力学应力曲线受温度等各方面的影响BiomechanicsInstitute,FudanUniversity材料失效导致的灾难1912年TITANIC号沉没泰坦尼克(铆钉应力)承受了极大的剪切应力(应力=作用力/作用面积)1986年挑战者号爆炸(助推器的调压密封圈因橡胶老化或温度的影响是自身提前进入塑性变形区,缺少恢复力来抵抗高压气体的泄露2003年哥伦比亚号坠毁隐小裂纹:断裂力学和损伤力学1998年德国高速列车出轨车轮的轮箍因疲劳裂纹扩张,断裂脱落1998年上海虹桥机场惊险的一幕2002年台湾华航波音747空中解体麦道飞机:1974,1972,1997,2002,……1981年美国堪萨斯市的凯悦大饭店走廊断裂BiomechanicsInstitute,FudanUniversity应力AF作用面积作用力应力BiomechanicsInstitute,FudanUniversity应力的不同形式:拉应力,压应力,切应力应力的形式BiomechanicsInstitute,FudanUniversity应变LL原来长度变化长度应变BiomechanicsInstitute,FudanUniversity应力与应变关系σε弹性形变塑性形变破坏应力[σ]屈服应力BiomechanicsInstitute,FudanUniversity应力的故事破坏应力,[σ]拉,[σ]压,[σ]剪预应力:预应力钢筋混凝土BiomechanicsInstitute,FudanUniversity应力集中什么是应力集中、?????????????消除应力集中的方法???????????BiomechanicsInstitute,FudanUniversity泰坦尼克号失事的原因?冰山的尖刀与船壳钢板相擦,钢板受到极大的剪切与挤压应力。这样即使钢板材料再好,而铆钉材料不能抗高剪切应力也会造成断裂,酿成事故。其铆钉在零度以下的破坏应力曲线要远远低于室温的破坏应力BiomechanicsInstitute,FudanUniversity热应力与变形伸缩缝:从铁轨到三教化工厂的管道伸缩的非线性与长轨BiomechanicsInstitute,FudanUniversity材料失效引起重大事故的力学机理强度失效–1981年美国的恺悦大饭店–1912年英国泰坦尼克号simulation(33”)–1989年前苏联的马克西莫高尔基号马克西莫高尔基号–1986年美国挑战者号(2‘)BiomechanicsInstitute,FudanUniversity温度对应力应变关系的影响造成了灾难泰坦尼克的失事原因σε10度30度BiomechanicsInstitute,FudanUniversity材料失效引起重大事故的力学机理刚度失效–汽轮机组因温度等各方面的影响疲劳失效–1998年德国的高速列车BiomechanicsInstitute,FudanUniversity力学在新材料开发中的应用多层膜微细结构产生热产生区屈泡–力学的关键问题:残余应力的释放曲屈泡BiomechanicsInstitute,FudanUniversity复合材料–实例:三夹板,钢筋混凝土,纤维轮胎–原理:在受拉应力方向放置强抗拉材料BiomechanicsInstitute,FudanUniversity新型陶瓷–陶瓷在中华民族历史上的地位与意义–陶瓷的优点:强度高,硬度大,耐高温,耐磨损,耐腐蚀,无毒,对环境无破坏–陶瓷的缺点:塑性差,断裂韧性低–解决办法:加入桥联小体BiomechanicsInstitute,FudanUniversity智能材料–特点:能探察损伤并自动修复–实例:混凝土粘合剂–生命建筑•传感系统(神经)发现问题•控制系统(大脑)协调•执行系统(肌肉)修补–形状记忆合金•医疗用途(防血栓和治疗癌症)•血管支架•智能皮肤(自动愈合混凝土)•航天天线在一定温度下恢复BiomechanicsInstitute,FudanUniversity采用形状记忆合金制成的航天天线BiomechanicsInstitute,FudanUniversity生物大分子构象与最小能量原理–蛋白质的功能与其三维空间的构象有关•举例:疯牛病–蛋白质的构象与力学的关系•生物大分子的构象在能量上满足应变能最小原理BiomechanicsInstitute,FudanUniversity细胞膜上的蛋白-生命的重要通道BiomechanicsInstitute,FudanUniversity不同三维空间构象的蛋白质分子BiomechanicsInstitute,FudanUniversityBiomechanicsInstitute,FudanUniversity蛋白质构象成就生命BiomechanicsInstitute,FudanUniversity参考文献1.薛明德,力学与工程技术的进步,高等教育出版社,20012.李约瑟,中国古代科学,上海书店出版社,20013.李约瑟,中华科学文明史,1-6卷,上海人民出版社,20014.亚历山大.克瓦雷,牛顿研究,北京大学出版社,20035.程庸,国风西行-中国艺术品影响欧洲三百年,上海人民出版社,2009
本文标题:2-材料工程中的力学
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