工程力学C 第6章 材料拉伸和压缩时的力学性能

1、第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能Mechanical Properties of Materials under Axial Loading第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学本章介绍本章介绍材料拉伸时的材料拉伸时的力学性能力学性能应力集中应力集中失效与许用应力失效与许用应力6.1 6.1 引引 言言材料压缩时的力学性能材料压缩时的力学性能材料的材料的力学性能力学性能（机械性能）：材料受力时，在强（机械性能）：材料受力时，在强度和变形方面表现出来的性质。度和变形方面表现出来的性质。 实

2、验实验的外部的外部条件：常温、静载（缓慢平稳加载）。条件：常温、静载（缓慢平稳加载）。材料的材料的力学力学性能性能取决于取决于材料的内部结构材料的内部结构实验的外部条件实验的外部条件第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学标准试件（标准试件（GB）标距标距l0 ，通常取，通常取 l0 = 5 d0 或或 l0 = 10 d0低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量0.3% 的碳素钢。的碳素钢。夹头夹头FF第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Prope

3、rties of Materials材料力学电子万能试验机电子万能试验机第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学液压式万能试验机液压式万能试验机第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学底座底座活动试验台活动试验台活塞活塞油管油管固定横头固定横头固定立柱固定立柱活动立柱活动立柱液压式万能试验机工作原理液压式万能试验机工作原理第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能

4、Mechanical Properties of Materials材料力学第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学O OLabce曲线。LF低碳钢试件的拉伸图：低碳钢试件的拉伸图：fF第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学lAFllF低碳钢的应力低碳钢的应力- -应变图或应变图或- -曲线曲线第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Pr

5、operties of Materials材料力学低碳钢的应力低碳钢的应力-应变图或应变图或- -曲线。曲线。O Oabcef1. 1. - -曲线的四个阶段：曲线的四个阶段： 1）弹性阶段）弹性阶段oab2）屈服阶段）屈服阶段bc4）缩颈阶段）缩颈阶段ef3）强）强(硬硬)化阶段化阶段ce第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学1 1）弹性阶段弹性阶段 oaboab：O Oabcef这一阶段可分为，斜直线这一阶段可分为，斜直线Oa和微弯曲线和微弯曲线ab；该段范围；该段范围内，试件变形是弹

6、性的，卸载后变形可完全恢复。内，试件变形是弹性的，卸载后变形可完全恢复。第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学比例极限比例极限p弹性极限弹性极限e) 1 . 6(tgpeE：弹性模量（杨氏模量）；：弹性模量（杨氏模量）；)11.5( 即O OabcefE几何意义：几何意义： oa直线段的斜率。直线段的斜率。第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学2 2）屈服阶段屈服阶段 bcbc：上屈服

7、极限上屈服极限下屈服极限下屈服极限应力微小波动应力微小波动, ,产生显著的塑性变形，产生显著的塑性变形，此现象称为此现象称为屈服屈服。sO Oabcef第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学对表面磨光的试件，屈服时可在试件表面看见与对表面磨光的试件，屈服时可在试件表面看见与轴线大致成轴线大致成4545倾角的条纹。这是由于材料内部倾角的条纹。这是由于材料内部晶格之间相对滑移而形成的，称为晶格之间相对滑移而形成的，称为滑移线滑移线，如图。，如图。这是由这是由4545斜截面上的斜截面上的最大剪应

8、力最大剪应力引起的。引起的。第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学（3）强（硬）化阶段强（硬）化阶段 cebbO Oabcef在此阶段，材料又恢复在此阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力。了抵抗变形的能力。要使应变增大必须增要使应变增大必须增加应力，这种现象称加应力，这种现象称为材料的为材料的强强(硬硬)化化。第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学（4）缩颈阶段缩颈阶段 ef:为什么断裂时

9、的为什么断裂时的 b ?实际应力实际应力fbO Oabcef试件的变形发生在某一局部范围内，横截面显著收缩，叫试件的变形发生在某一局部范围内，横截面显著收缩，叫缩颈现象缩颈现象；直至断裂。；直至断裂。=F/A是名义应力。是名义应力。 A是是原始横截面积原始横截面积。 第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学注意：注意：s s和和b b是衡量材料强度的

10、重要指标是衡量材料强度的重要指标（2 2）强度指标：）强度指标：tg（3 3）塑性指标）塑性指标: : ,第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学%100001lll)3 .6(%100010AAA截面收缩率截面收缩率 : :d00l受力前受力前d11l断裂后断裂后)2 .6(%1000ll第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学%60%3020；对低碳钢：当当 5 5时，为时，为塑性（延

11、性）材料塑性（延性）材料；当当 5 5时，为时，为脆性材料脆性材料。 第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学O Oeabcdf%100llpe?3. 卸载定律：卸载定律：冷作硬化现象冷作硬化现象: :材料在卸载时应力与应变成直线（平行材料在卸载时应力与应变成直线（平行oa）关系。）关系。p残余应变（塑残余应变（塑性应变）性应变）ep10ll材料经塑性变形材料经塑性变形并 卸 载 后 ， 其并 卸 载 后 ， 其p p( (s s ) )提高，提高，降低的现象。降低的现象。 e弹性应变弹性应

12、变第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学O Oeabcdfpe10将低碳钢的将低碳钢的力学性能力学性能标示在应力标示在应力- -应变图上：应变图上：spebtg 第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学1 1）断裂时的延伸率很小：）断裂时的延伸率很小：铸铁拉伸时的铸铁拉伸时的3 3个特点：个特点：O6.2.2 其它材料拉伸时的力学性能其它材料拉伸时的力学性能%5 . 0%4 . 0沿横截

13、面断：是沿横截面断：是maxmax的作用结果（拉断）的作用结果（拉断）第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学O2 2）- -曲线没有屈服阶段曲线没有屈服阶段和缩颈阶段；只能测出和缩颈阶段；只能测出其拉伸强度极限。其拉伸强度极限。低低碳碳钢钢铸铸铁铁）（bb)(b第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学割线弹性模量割线弹性模量E：- -曲线的原点至终点割曲线的原点至终点割线的斜率。线的斜率

14、。O割线3 3）- -曲线没有明显的直曲线没有明显的直线部分，是一段微弯的线部分，是一段微弯的曲线；曲线； tg 第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学2. 其他塑性材料拉伸时的力学性能其他塑性材料拉伸时的力学性能锰钢没有屈服和缩颈阶段。锰钢没有屈服和缩颈阶段。硬铝和退火球墨铸铁没有明硬铝和退火球墨铸铁没有明显的屈服阶段。显的屈服阶段。以上材料：以上材料： 5%, 5%, 属于塑性材料属于塑性材料;且均且均没有没有明显的明显的屈服阶段屈服阶段。第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉

15、伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学对于在拉伸过程中没有明对于在拉伸过程中没有明显屈服阶段的塑性材料：显屈服阶段的塑性材料：0 2 .02%.O规定：规定：产生产生0.2塑性应变所对应塑性应变所对应的应力作为屈服极限，称的应力作为屈服极限，称为为名义屈服极限名义屈服极限，用，用0.2来表示。来表示。3. 新型材料拉伸时的力学性能新型材料拉伸时的力学性能（自（自 学）学）第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学0 . 35 . 1

16、dh第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学压缩压缩b测不出测不出O Oeabcdf拉伸拉伸第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学压缩压缩O Oeabcdf拉伸拉伸tctpcp)()(tece)()(tscs)()(第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学O压缩压缩cb)(拉伸拉伸tb

17、)(1 1）断口沿）断口沿4545方向：是方向：是maxmax的作用结果（剪断）。的作用结果（剪断）。 tbcb）（)(2）常用材料的力学性能见表常用材料的力学性能见表6.1，P137 。 约约3 34 4倍倍 第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学前面我们介绍过拉压杆横截面上的应力是均匀分布前面我们介绍过拉压杆横截面上的应力是均匀分布的，但是当杆上有孔或裂纹时，横截面上的应力不的，但是当杆上有孔或裂纹时，横截面上的应力不再均匀分布，再均匀分布，靠近孔边或裂纹处的应力急剧增大靠近孔边或裂纹

18、处的应力急剧增大。这种现象称为这种现象称为应力集中应力集中。即：。即：应力集中：应力集中： 因截面尺寸的突然变化而引起局部因截面尺寸的突然变化而引起局部应力急剧增大的现象。应力急剧增大的现象。 第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学FF如开有圆孔的板条如开有圆孔的板条第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学F如阶梯轴的轴肩处如阶梯轴的轴肩处第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸

19、和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学如带有切口的板条如带有切口的板条maxn）（ 4 .6maxnKn:发生应力集中的截发生应力集中的截面上的最大应力。面上的最大应力。截面上按净面积算截面上按净面积算出的平均应力。出的平均应力。1K第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学注意：注意： 塑性材料对应力集中不敏感；塑性材料对应力集中不敏感；可不考虑应力集中的影响。可不考虑应力集中的影响。sFsF1sF2第六章第六章 材料拉伸和压缩时的力学性能材料拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Properties of Materials材料力学即当即当 达到达到 时，该处首先产生破坏。