课    题：强度

教学目标：

本讲的教学目标是使学生明确金属材料的强度、应力等的概念。

重点与难点

本节的重点是掌握屈服强度、抗拉强度和抗压强度的含义。难点是区分屈服强度、抗拉强度和抗压强度以及冲裁、拉深引起的缺陷及防止措施。

教学设计：

1. 屈服强度：首先解释强度的含义，再进一步解释屈服强度的具体概念，同时讲解屈服强度曲线，分析屈服强度曲线的四个阶段。对于某些材料，采用条件屈服强度，解释其概念。

2. 抗拉强度：先介绍外力、内里和应力的概念，然后结合屈服强度曲线和试样实验过程中的变化，解释抗拉强度的概念。

3. 抗压强度：主要介绍抗压强度的概念，分析塑性材料和脆性材料压缩实验过程中应力—应变图，对比两种材料应力—应变曲线的不同。

4. 冲裁和拉深：利用图片的形式，介绍冲裁和拉深的概念，通过多媒体动画或视频的方式使冲裁和拉深的加工方式更加形象易懂，简单介绍拉深过程中容易出现的缺陷及防止措施。

教学方法和教学手段：

采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、虚拟现实、视频等媒体技术。教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。

多媒体教学资源：

课前准备：

收集塑性、脆性材料屈服强度、抗拉强度和抗压强度试验的视频，以及冲裁、拉深的动画和视频。将课程教材和收集的资料用PowerPoint制作成演示文档。

教学过程和组织：

Ø 1. 屈服强度【重点】

（1）定义：

当载荷增达到s点时，拉伸曲线出现了平台，即试样所承受的载荷几乎不变，但塑性变形不断增加，这种现象称为屈服。屈服强度的曲线如图1- 1所示。

屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力，用σ_s表示。

图1-1 屈服强度曲线

（2）条件屈服强度σ_0.2

有些材料在拉伸图中没有明显的水平阶段。为了衡量这些材料的屈服特性，规定产生永久残余变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ_0.2，条件屈服强度特性曲线，如图1- 2所示。

脆性材料拉伸试验的屈服点：

试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到试样标距长度的0.2%时的应力，用符号σ_0.2表示。

图1-2 条件屈服强度曲线

Ø 2. 材料在拉伸(压缩)时的力学性能【重点】

材料的力学性能：是材料在受力过程中表现出的各种物理性质。

在常温、静载条件下，塑性材料和脆性材料在拉伸和压缩时的力学性能，一般所用力学实训台进行试验。其低碳钢拉伸时的应力—应变曲线如图1-1所示。

Ø 3. 材料在压缩(拉伸)时的力学性能【重点】

塑性材料，压缩拉伸时的应力—应变图，如图1-3所示。在屈服以前，压缩时的曲线和拉伸时的曲线基本重合，屈服以后随着压力的增大，试样被压成“鼓形”，最后被压成“薄饼”而不发生断裂，所以塑性材料压缩时无强度极限。

脆性材料，压缩拉伸时的应力—应变图，如图1-4所示，试样在较小变形时突然破坏，压缩时的强度极限远高于拉伸强度极限（约为3 ~ 6倍），破坏断面与横截面大致成45°的倾角。脆性材料压缩破坏属于剪切破坏。

图1- 3塑性材料压缩拉伸时的应力–应变图           图1- 4铸铁压缩拉伸时的应力–应变图

  案例分析

某电厂汽轮机机组停机大修，检修人员在拆除中压缸螺栓时，发现中压外缸有两根螺栓发生断裂，螺栓规格M120×1145，材料牌号为K9A56E，试分析原因。

图1- 8 汽轮机螺栓断裂

汽缸在高温下运行时，由于受热，制造过程中的残余应力要进行释放，汽缸发生膨胀，但由于某种原因其膨胀不正常，从而使内缸、外缸发生局部外张口，在汽缸结合面，螺栓表面温度较两端要高一些，材料的强度要低于两端，故螺栓中间在汽缸结合面附近就成为螺栓性能最薄弱部位，这也就是两根螺栓断裂都发生在结合面附近的原因。汽缸外张口也就是螺栓断裂失效的外在因素。

布置作业：

1. 什么是屈服强度？

2. 材料在压缩拉伸时的力学性能是怎样的？