材料拉伸、压缩时的力学性能-2.ppt

一试件和实验条件 常温 静载 第三节材料拉伸 压缩时的力学性能 国家标准 金属拉伸试验方法 GB228 2002 1 低碳钢拉伸时的力学性能 明显的四个阶段 1 弹性阶段ob 比例极限 弹性极限 2 屈服阶段bc 失去抵抗变形的能力 屈服极限 3 强化阶段ce 恢复抵抗变形的能力 强度极限 4 局部变形阶段ef 弹性阶段 在拉伸的初始阶段 与的关系为直线 这表示在这一阶段内与成正比 即这就是拉伸时的胡克定律 式中为与材料有关的比例常数 称为弹性模量 因为应变没有量纲 故的量纲与相同 常用单位是吉帕 记为 由公式 2 3 并从 曲线的直线部分可以得到所以是直线的斜率 直线的最高点所对应的应力 用来表示 称为比例极限 可见 当应力低于比例极限时 应力与应变成正比 材料服从虎克定律 弹性阶段 从点到点 与之间的关系不再是直线 但解除拉力后变形仍可完全消失 这种变形称为弹性变形 点所对应的应力是材料只出现弹性变形的极限值 称为弹性极限 在 曲线上 两点非常接近 所以工程上对弹性极限和比例极限并不严格加以区分 在应力大于弹性极限后 如再解除拉力 则试件变形的一部分随之消失 这就是上面提到的弹性变形 但还遗留下 部分不能消失的变形 这种变形称为塑性变形或残余变形 强化阶段 颈缩 两个塑性指标 断后伸长率 断面收缩率 为塑性材料 为脆性材料 低碳钢的 为塑性材料 卸载定律及冷作硬化 1 弹性范围内卸载 再加载 2 过弹性范围卸载 再加载 即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系 这就是卸载定律 材料的比例极限增高 延伸率降低 称之为冷作硬化或加工硬化 冷作硬化 如把试件拉到超过屈服极限的点然后逐渐卸除拉力 曲线将沿着斜直线回到点 斜直线近似平行于 这说明 在卸载过程中 应力和应变按直线规律变化 这就是卸载定律 拉力完全卸除后 应力 应变图中 表示消失了的弹性变形 而表示不再消失的塑性变形 冷作硬化 卸载后 如在短期内再次加载 则应力和应变大致上沿卸载时的斜直线变化 直到点后 又沿曲线变化 可见再次加载时 直到点以前材料的变形是线性的 过点后才开始出现塑性变形 比较图2 11中的和两条曲线 可见在第二次加载时 其比例极限 亦即弹性阶段 得到了提高 但塑性变形和延伸率却有所下降 这种现象称为冷作硬化 冷作硬化现象经退火后可以消除 冷作硬化 工程上经常利用冷作硬化来提高材料的弹性极限 如起重用的钢索和建筑用的钢筋 常用冷拔工艺以提高强度 但另一方面 零件初加工后 由于冷作硬化使材料变脆变硬 给下一步加工造成困难 且容易产生裂纹 往往需要在工序之间安排退火 以消除冷作硬化的影响 思考题 用这三种材料制成同尺寸拉杆 请回答如下问题 哪种强度最好 哪种刚度最好 哪种塑性最好 请说明理论依据 由上节的试验可知 对于脆性材料 当应力达到其强度极限时 构件会断裂而破坏 对于塑性材料 当应力达到屈服极限时 将产生显著的塑性变形 常会使构件不能正常工作 工程中 把构件断裂或出现显著的塑性变形统称为破坏 材料破坏时的应力称为极限应力 失效 安全因素和强度计算 失效 由于材料的力学行为而使构件丧失正常功能的现象 拉压构件材料的失效判据 I 材料的拉 压许用应力 塑性材料 脆性材料 许用拉应力 其中 ns 因数对应于屈服极限的安全 其中 nb 对应于拉 压强度的安全因数 许用压应力 II 拉 压 杆的强度条件 其中 smax 拉 压 杆的最大工作应力 s 材料拉伸 压缩 时的许用应力 强度计算的三种类型 3 许可荷载的确定 FN max A s 2 截面选择 1 强度校核 例2 7 1已知一圆杆受拉力P 25kN 许用应力 170MPa 直径d 14mm 校核此杆强度 解 轴力 FN P 25kN 应力 强度校核 结论 此杆满足强度要求 能够正常工作 例