材料力学第2章(2)-材料的力学性能

第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 基础篇之三 材料力学 下一章 上一章 返回总目录 1 通过拉伸与压缩实验 可以测得材料在轴向载荷作用下 从开始受力到最后破坏的全过程中应力和变形之间的关系曲线 称为应力 应变曲线 应力 应变曲线全面描述了材料从开始受力到最后破坏过程中的力学行为 由此即可确定不同材料发生强度失效时的应力值 称为强度指标 和表征材料塑性变形能力的韧性指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 2 应力 应变曲线 极限应力值 强度指标 韧性指标 结论与讨论 返回总目录 弹性力学性能 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 单向压缩时材料的力学行为 3 应力 应变曲线 返回 返回总目录 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 4 进行拉伸实验 首先需要将被试验的材料按国家标准制成标准试样 standardspecimen 然后将试样安装在试验机上 使试样承受轴向拉伸载荷 通过缓慢的加载过程 试验机自动记录下试样所受的载荷和变形 得到应力与应变的关系曲线 称为应力 应变曲线 stress straincurve 应力 应变曲线 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 5 为了得到应力 应变曲线 需要将给定的材料做成标准试样 specimen 在材料试验机上 进行拉伸或压缩实验 tensiletest compressiontest 试验时 试样通过卡具或夹具安装在试验机上 试验机通过上下夹头的相对移动将轴向载荷加在试样上 应力 应变曲线 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 6 脆性材料拉伸时的应力 应变曲线 应力 应变曲线 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 7 韧性金属材料拉伸时的应力 应变曲线 应力 应变曲线 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 8 工程塑料拉伸时的应力 应变曲线 应力 应变曲线 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 9 弹性力学性能 返回 返回总目录 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 10 弹性模量 应力 应变曲线上的初始阶段通常都有一直线段 称为线性弹性区 在这一区段内应力与应变成正比关系 其比例常数 即直线的斜率称为材料的弹性模量 杨氏模量 modulusofelasticityorYoungmodulus 用E表示 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能 11 切线模量 tangentmodulus 即曲线上任一点处切线的斜率 用Et表示 对于应力 应变曲线初始阶段的非直线段 工程上通常定义两种模量 割线模量 secantmodulus 即自原点到曲线上的任一点的直线的斜率 用Es表示 这两种模量统称为工程模量 弹性模量 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能 12 弹性模量 对于一般结构钢都有明显而较长的线性弹性区段 高强钢 铸钢 有色金属等则线性段较短 某些非金属材料 如混凝土 其应力 应变曲线线性弹性区段不明显 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能 13 比例极限与弹性极限 应力 应变曲线上线性弹性区段的应力最高限称为比例极限 proportionallimit 用 p表示 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能 14 比例极限与弹性极限 线性弹性阶段之后 应力 应变曲线上有一小段微弯的曲线 这表示应力超过比例极限以后 应力与应变不再成正比关系 但是 如果在这一阶段 卸去试样上的载荷 试样的变形将随之消失 这表明这一阶段内的变形都是弹性变形 因而包括线性弹性阶段在内 统称为弹性阶段 弹性阶段的应力最高限称为弹性极限 elasticlimit 用 e表示 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能 15 比例极限与弹性极限 大部分韧性材料比例极限与弹性极限极为接近 只有通过精密测量才能加以区分 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能 16 极限应力值 强度指标 返回 返回总目录 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 17 屈服应力 在许多韧性材料的应力 应变曲线中 在弹性阶段之后 出现近似的水平段 这一阶段中应力几乎不变 而变形急剧增加 这种现象称为屈服 yield 这一阶段曲线的最低点对应的应力值称为屈服应力或屈服强度 yieldstress 用 s表示 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 18 屈服应力 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 19 0 2 对于没有明显屈服阶段的韧性材料 工程上规定产生0 2 塑性应变时的应力值为其屈服应力 称为材料的条件屈服应力 offsetyieldstress 用 0 2表示 条件屈服应力 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 20 强度极限 应力超过屈服应力或条件屈服应力后 要使试样继续变形 必须再继续增加载荷 这一阶段称为强化 strengthening 阶段 这一阶段应力的最高限称为强度极限 strengthlimit 用 b表示 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 21 强度极限 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 22 颈缩与断裂 某些韧性材料 例如低碳钢和铜 应力超过强度极限以后 试样开始发生局部变形 局部变形区域内横截面尺寸急剧缩小 这种现象称为颈缩 neck 出现颈缩之后 试样变形所需拉力相应减小 应力 应变曲线出现下降阶段 直至试样被拉断 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 23 对于脆性材料 从开始加载直至试样被拉断 试样的变形都很小 而且 在大多数脆性材料拉伸的应力 应变曲线上 都没有明显的直线段 几乎没有塑性变形 也不会出现屈服和颈缩现象 因而只有断裂时的应力值 强度极限 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 24 极限应力值 强度指标 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 25 韧性指标 返回 返回总目录 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 26 韧性指标 通过拉伸试验还可得到衡量材料韧性性能的指标 延伸率和截面收缩率 其中 l0为试样原长 规定的标距 A0为试样的初始横截面面积 l1和A1分别为试样拉断后长度 变形后的标距长度 和断口处最小的横截面面积 延伸率和截面收缩率的数值越大 表明材料的韧性越好 工程上一般认为 5 者为韧性材料 5 者为脆性材料 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 27 单向压缩时材料的力学行为 返回 返回总目录 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 28 材料压缩实验 通常采用短试样 低碳钢压缩时的应力 应变曲线 与拉伸时的应力 应变曲线相比较 拉伸和压缩屈服前的曲线基本重合 即拉伸 压缩时的弹性模量及屈服应力相同 但屈服后 由于试样愈压愈扁 应力 应变曲线不断上升 试样不会发生破坏 单向压缩时材料的力学行为 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 29 单向压缩时材料的力学行为 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 30 铸铁压缩时的应力 应变曲线 与拉伸时的应力 应变曲线不同的是 压缩时的强度极限远远大于拉伸时的数值 通常是拉伸强度极限的4 5倍 对于拉伸和压缩强度极限不等的材料 拉伸强度极限和压缩强度极限分别用和表示 这种压缩强度极限明显高于拉伸强度极限的脆性材料 通常用于制作受压构件 单向压缩时材料的力学行为 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 31 单向压缩时材料的力学行为 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 32 结论与讨论 返回 返回总目录 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 33 结论与讨论 失效原因的初步分析 卸载 再加载时的力学行为 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 34 失效原因的初步分析 结论与讨论 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 35 低碳钢试样拉伸至屈服时 如果试样表面具有足够的光洁度 将会在试样表面出现与轴线夹角为45 的花纹 称为滑移线 通过拉 压杆件斜截面上的应力分析 在与轴线夹角为45 的斜截面上切应力取最大值 因此 可以认为 这种材料的屈服是由于切应力最大的斜截面相互错动产生滑移 导致应力虽然不增加 但应变继续增加 灰铸铁拉伸时 最后将沿横截面断开 这显然是拉应力造成的 但是 灰铸铁压缩至破坏时 却是沿着约55 的斜截面错动破坏的 而且断口处有明显的因相互错动而引起的痕迹 这显然不是由于正应力所致 而是与切应力有关 结论与讨论 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 36 卸载 再加载时的力学行为 结论与讨论 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能 37 结论与讨论 第3章轴向载荷作用下材料的力学性能