材料在拉伸和压缩时的力学性能

1、武生院建筑工程学院：材料力学第1页 2-5-5 材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 材料的拉伸和压缩试验 拉伸试样 圆截面试样：l = 10d 或 l = 5d(工作段长度称为标距)。 矩形截面试样： 或 。 Al3 .11Al65. 5第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第2页 试验设备 ：(1) 万能试验机：强迫试样变形并测定试样的抗力。 (2) 变形仪：将试样的微小变形放大后加以显示的仪器。 压缩试样 圆截面短柱(用于测试金属材料的力学性能) 31dl正方形截面短柱(用于测试非金属材料的力学性能) 31bl第二章第二章 轴向拉伸

2、和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第3页 实验装置（万能试验机）第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第4页 低碳钢拉伸破坏第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩低碳钢拉伸试件 武生院建筑工程学院：材料力学第5页 . 低碳钢试样的拉伸图及低碳钢的力学性能 拉伸图 纵坐标试样的抗力F(通常称为荷载) 横坐标试样工作段的伸长量 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第6页 低碳钢试样在整个拉伸过程中的四个阶段： (1) 阶段弹性阶段 变形完全是弹性的，且l与F成线性关系，即此时材料的力学行为符合胡克定律。第二章第二章

3、 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第7页 (2) 阶段屈服阶段 在此阶段伸长变形急剧增大，但抗力只在很小范围内波动。 此阶段产生的变形是不可恢复的所谓塑性变形；在抛光的试样表面上可见大约与轴线成45的滑移线( ，当=45时a 的绝对值最大)。aa2sin20第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第8页 (3) 阶段强化阶段 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩 材料的塑性变形不断强化，材料的抗力不断增加。 此阶段变形以塑性变形为主，弹性变形为辅。变形较弹性变形阶段较大。 整个试样的横向尺寸在明显减小。武生院建筑工程学院：材料力学第9

4、页 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩强化阶段中的卸载规律强化阶段中的卸载规律： （1）若在强化阶段卸载，则卸载过程中Fl 的关系为直线,该直线bc与弹性阶段的oa直线几乎平行，此规律称卸载规律。可见在强化阶段中，l=le+lp （2）卸载后立即再加载时，Fl关系起初基本上仍为直线(cb)，直至当初卸载的荷载处。武生院建筑工程学院：材料力学第10页 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩 3、加载至强化阶段，卸载后立即再加载，试样重新受拉时在线弹性范围内所能承受的最大荷载将增大，而其断裂前所能产生的塑性变形则减小，该现象称冷作硬化现象。 4、若试样拉伸至强化阶段后卸载，经过一段时间

5、后再受拉，则其线弹性范围的最大荷载还有所提高，此现象称为冷作时效。武生院建筑工程学院：材料力学第11页 (4) 阶段局部变形阶段 试样上出现局部收缩颈缩，并导致断裂。 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第12页 低碳钢的应力应变曲线( e曲线) 为消除试件尺寸的影响，将低碳钢试样拉伸图中的纵坐标和横坐标换算为应力和应变e，即 ， 其中：A试样横截面的原面积， l试样工作段的原长。 AFlle第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第13页 低碳钢 e曲线上的特征点： a:比例极限p b:弹性极限ec:屈服极限s (屈服的低限)

6、e: 强度极限b(拉伸强度)Q235钢的主要强度指标：s = 240 MPa，b = 390 MPa第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩eoabcefPesb应力与应变成正比，即符合胡克定律的最高极限 卸载后不发生塑性变形的极限 屈服期间的最低应力 名义应力的最大值 武生院建筑工程学院：材料力学第14页 低碳钢的塑性指标： 伸长率 %1001lll断面收缩率：%1001AAAA1断口处最小横截面面积。 Q235钢：60%1 l第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩Q235钢： %30%20(通常 5%的材料称为塑性材料)武生院建筑工程学院：材料力学第15页 注意： 1. 低碳钢的屈服

7、极限s和强度极限b都还是以相应的抗力除以试样横截面的原始面积所得，实际上此时试样直径已显著缩小，因而它们是名义应力。 2. 超过屈服阶段后的应变还是以试样工作段的伸长量除以试样的原长而得， 因而是名义应变(工程应变)。第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩 3. 伸长率是把拉断后整个工作段的均匀塑性伸长变形和颈缩部分的局部塑性伸长变形都包括在内的一个平均塑性伸长率。 武生院建筑工程学院：材料力学第16页 . 其他金属材料在拉伸时的力学性能第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第17页 由e曲线可见： 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩材料锰钢强铝退火

8、球墨铸铁弹性阶段屈服阶段强化阶段局部变形阶段伸长率%5%5%5武生院建筑工程学院：材料力学第18页 p0.2(名义屈服极限)第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩 确定条件屈服极限的确定条件屈服极限的方法方法： 在在e e 轴上取轴上取0.20.2的点的点, ,对对此点作此点作平行于平行于 e e 曲线的曲线的直线段的直线（斜率亦为直线段的直线（斜率亦为E E）, ,与与 e e曲线相交点对应曲线相交点对应的应力即为的应力即为 0.20.2. .无屈服阶段的塑性材料无屈服阶段的塑性材料武生院建筑工程学院：材料力学第19页 割线弹性模量 用于基本上无线弹性阶段的脆性材料 脆性材料拉伸时的唯一

9、强度指标： b基本上就是试样拉断时横截面上的真实应力。 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩铸铁拉伸时的应力应变曲线武生院建筑工程学院：材料力学第20页 铸铁拉伸破坏断口第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第21页 . 金属材料在压缩时的力学性能 低碳钢拉、压时的屈服极限s基本相同。 低碳钢压缩时e的曲线 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第22页 低碳钢材料轴向压缩时的试验现象第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第23页 铸铁压缩时的b和 均比拉伸时大得多；不论拉伸和压缩时在较低应力

10、下其力学行为也只近似符合胡克定律。灰口铸铁压缩时的e曲线第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第24页 试样沿着与横截面大致成5055的斜截面发生错动而破坏。 材料按在常温(室温)、静荷载(徐加荷载)下由拉伸试验所得伸长率区分为塑性材料和脆性材料。 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第25页 铸铁压缩破坏断口：第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩铸铁压缩破坏武生院建筑工程学院：材料力学第26页 . 几种非金属材料的力学性能 (1) 混凝土压缩时的力学性能 使用标准立方体试块测定端面润滑时的破坏形式端面未润滑时的破坏形式第

11、二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第27页 压缩强度b及破坏形式与端面润滑情况有关。以e曲线上 = 0.4b的点与原点的连线确定“割线弹性模量”。 混凝土的标号系根据其压缩强度标定，如C20混凝土是指经28天养护后立方体强度不低于20 MPa的混凝土。 压缩强度远大于拉伸强度。 第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩武生院建筑工程学院：材料力学第28页 木材的力学性能具有方向性，为各向异性材料。如认为木材任何方面的力学性能均可由顺纹和横纹两个相互垂直方向的力学性能确定，则又可以认为木材是正交各向异性材料。 松木在顺纹拉伸、压缩和横纹压缩时的 e曲线如图。(2) 木材拉伸和压缩时的力学性能 木材的横纹拉伸强度很低(图中未示)，工程