02.5.材料在拉伸和压缩时的力学性能解析

§2-5

材料在拉伸和压缩时的力学性能

Ⅰ.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。

第二章轴向拉伸和压缩试验设备：(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)

正方形截面短柱(用于测试非金属材料的力学性能)

第二章轴向拉伸和压缩实验装置（万能试验机）第二章轴向拉伸和压缩低碳钢拉伸破坏第二章轴向拉伸和压缩低碳钢拉伸试件Ⅱ.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

第二章轴向拉伸和压缩低碳钢试样在整个拉伸过程中的四个阶段：

(1)阶段Ⅰ——弹性阶段

变形完全是弹性的，且Δl与F成线性关系，即此时材料的力学行为符合胡克定律。第二章轴向拉伸和压缩(2)阶段Ⅱ——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α=±45°时τa

的绝对值最大)。第二章轴向拉伸和压缩(3)阶段Ⅲ——强化阶段

第二章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。第二章轴向拉伸和压缩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F－Δl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，Δl=Δle+Δlp

（2）卸载后立即再加载时，F－Δl关系起初基本上仍为直线(cb)，直至当初卸载的荷载处。第二章轴向拉伸和压缩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。

(4)阶段Ⅳ——局部变形阶段

试样上出现局部收缩——颈缩，并导致断裂。

第二章轴向拉伸和压缩低碳钢的应力—应变曲线(s－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s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。第二章轴向拉伸和压缩低碳钢

s－e曲线上的特征点：a:比例极限sp

b:弹性极限sec:屈服极限ss

(屈服的低限)

e:强度极限sb(拉伸强度)Q235钢的主要强度指标：ss

=240MPa，sb

=390MPa第二章轴向拉伸和压缩应力与应变成正比，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

低碳钢的塑性指标：

伸长率

断面收缩率：A1——断口处最小横截面面积。Q235钢：y≈60%第二章轴向拉伸和压缩Q235钢：

(通常d>5%的材料称为塑性材料)注意：

1.低碳钢的屈服极限ss和强度极限sb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。

Ⅲ.其他金属材料在拉伸时的力学性能第二章轴向拉伸和压缩由s－e曲线可见：

第二章轴向拉伸和压缩材料锰钢强铝退火球墨铸铁弹性阶段√√√屈服阶段×××强化阶段√√√局部变形阶段×√√伸长率sp0.2(名义屈服极限)第二章轴向拉伸和压缩

确定条件屈服极限的方法：在e轴上取0.2％的点,对此点作平行于s－e曲线的直线段的直线（斜率亦为E）,与s－e曲线相交点对应的应力即为s

0.2.无屈服阶段的塑性材料割线弹性模量

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强度指标：

sb←基本上就是试样拉断时横截面上的真实应力。

第二章轴向拉伸和压缩铸铁拉伸时的应力应变曲线铸铁拉伸破坏断口第二章轴向拉伸和压缩Ⅳ.金属材料在压缩时的力学性能

低碳钢拉、压时的屈服极限ss基本相同。

低碳钢压缩时s-e的曲线

第二章轴向拉伸和压缩低碳钢材料轴向压缩时的试验现象第二章轴向拉伸和压缩铸铁压缩时的sb和d均比拉伸时大得多；不论拉伸和压缩时在较低应力下其力学行为也只近似符合胡克定律。灰口铸铁压缩时的s－e曲线第二章轴向拉伸和压缩试样沿着与横截面大致成50°－55°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。

第二章轴向拉伸和压缩铸铁压缩破坏断口：第二章轴向拉伸和压缩铸铁压缩破坏Ⅴ.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二章轴向拉伸和压缩压缩强度sb及破坏形式与端面润滑情况有关。以s－e曲线上s=0.4sb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20MPa的混凝土。压缩强度远大于拉伸强度。第二章轴向拉伸和压缩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s－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