《材料拉伸曲线》课件VIP

材料拉伸曲线课程导言欢迎来到材料拉伸曲线我们将学习材料的力学性能及其在工程中的应用材料的基本性质强度材料抵抗外力作用而发生破坏的能力。硬度材料抵抗物体压入其表面的能力。塑性材料在外力作用下发生永久变形而不发生断裂的能力。韧性材料抵抗断裂的能力。何为拉伸1外力作用拉伸是一种材料在**外力**作用下的变形方式。2方向相反外力方向与材料轴线方向相反。3拉伸变形材料发生**拉伸变形**。拉伸是指材料在拉力作用下，发生**轴向伸长**和**横向收缩**的变形过程。这种变形可以是**弹性变形**，也可以是**塑性变形**，甚至可能导致材料**断裂**。拉伸试验装置拉伸试验装置是用来测量材料在拉伸载荷下的力学性能的设备。主要由以下部分组成：加载系统：用来施加拉伸载荷，通常是液压或电动的方式。夹持系统：用来固定试样，确保载荷能够均匀地传递到试样上。测量系统：用来测量拉伸力、试样的变形量，以及断裂时的断面尺寸。控制系统：用来控制试验的进行，包括载荷的施加速度、变形速率等。拉伸试验过程试样准备首先，根据标准尺寸和形状要求，将材料加工成合适的试样。安装试样将试样固定在拉伸试验机上的夹具中，确保试样安装稳固。施加拉伸载荷通过拉伸试验机缓慢地施加拉伸载荷，并记录相应的拉伸力。测量伸长量在施加拉伸载荷的同时，测量试样的伸长量，通常使用引伸计或其他测量装置。绘制应力-应变曲线根据拉伸力和伸长量数据，绘制出材料的应力-应变曲线，以便分析材料的力学性能。应力-应变曲线应力材料承受的外部载荷除以材料的截面积。应变材料在拉伸或压缩下发生的形变与原始长度的比值。曲线反映了材料在拉伸过程中应力和应变之间的关系。弹性范围材料在拉伸力作用下发生变形，但当拉伸力去除后，材料能够恢复到原来的形状和尺寸的范围称为弹性范围。弹性极限1定义材料在卸载后能够完全恢复原状的最大应力值2特征超过弹性极限，材料将产生永久变形屈服强度定义材料开始发生永久变形时的应力。符号σy单位MPa意义材料抵抗塑性变形的强度指标。抗拉强度σb抗拉强度材料在拉伸试验中，试样断裂时的最大应力，用σb表示。MPa单位通常以兆帕(MPa)为单位。延伸率定义延伸率是指材料在断裂前所能承受的最大伸长量，用百分比表示。它是材料韧性的一个重要指标，反映了材料在断裂前承受拉伸变形的能力。计算公式延伸率=(断裂后的长度-原长度)/原长度*100%断面收缩率定义断裂后试样断口面积与原始横截面积之比公式Z=(A0-Af)/A0*100%意义反映材料在拉伸断裂时断口面积的缩减程度应力-应变关系线性弹性阶段应力与应变成正比，符合胡克定律。屈服阶段材料开始发生塑性变形，应力不再与应变成正比。强化阶段材料在塑性变形过程中硬化，应力继续增加。颈缩阶段材料开始发生颈缩，应力达到峰值后下降，最终断裂。胡克定律应力与应变胡克定律描述了弹性材料在弹性范围内应力与应变之间的线性关系。比例常数该定律表明，应力与应变成正比，比例常数为材料的弹性模量。弹性变形胡克定律仅适用于材料的弹性变形阶段，即应力解除后材料能够恢复原状。应变硬化强度提升金属材料在拉伸过程中，随着应变的增加，材料的强度也会随之增加。塑性变形应变硬化的本质是金属材料内部的晶体结构发生改变，导致材料的强度和硬度增加。应变速率的影响1提高强度增加应变速率会提高材料的屈服强度和抗拉强度。2减少延展性更高的应变速率会导致材料延展性降低，断裂前变形减少。3影响断裂模式快速加载可能导致脆性断裂，而缓慢加载可能导致韧性断裂。温度的影响高温影响高温会导致材料的强度下降，塑性增加。在较高温度下，材料的原子更容易移动，从而导致塑性变形更容易发生。低温影响低温会导致材料的强度增加，塑性降低。在较低温度下，材料的原子移动受限，从而导致塑性变形更加困难。不同金属的拉伸曲线不同金属的拉伸曲线在形状和特征上有所不同，反映了它们在拉伸载荷下的力学性能差异。例如，钢铁的拉伸曲线通常具有明显的屈服平台，而铝合金的拉伸曲线则相对平滑，没有明显的屈服平台。通过比较不同金属的拉伸曲线，我们可以了解它们的抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能，为工程设计提供参考。钢铁的拉伸曲线钢铁拉伸曲线呈现出明显的屈服平台，这是由于铁碳合金的相变引起的。在屈服点之前，材料处于弹性变形状态，变形是可逆的。当应力超过屈服点，材料进入塑性变形阶段，变形不可逆。塑性变形主要由位错运动和孪生过程完成。拉伸曲线之后会上升，直到达到抗拉强度，然后下降，最终材料断裂。断裂前，钢铁可能会出现颈缩现象，即断裂部位变细。有色金属的拉伸曲线有色金属的拉伸曲线与钢铁不同，一般情况下，有色金属的弹性模量较低，屈服强度也较低，但延展性较好，延伸率较高。常见的铝合金、铜合金、钛合金等材料的拉伸曲线表现出以下特点：弹性范围较小屈服强度较低延伸率较高断面收缩率较高陶瓷材料的拉伸曲线陶瓷材料的拉伸曲线通常表现为脆性断裂，没有明显的屈服点。由于陶瓷材料的强度较高，拉伸曲线通常具有较高的初始斜率，代表了材料的弹性模量较高。在达到最大拉伸强度后，陶瓷材料会迅速发生断裂，没有明显的塑性变形阶段。陶瓷材料的拉伸曲线也受到其微观结构、缺陷和加工工艺的影响。复合材料的拉伸曲线复合材料的拉伸曲线，取决于其组成材料的性质以及结构的复杂性。例如，纤维增强塑料的拉伸曲线往往表现出非线性特征，并且在达到极限强度之前会发生明显的屈服。在分析复合材料的拉伸曲线时，需要考虑材料的组成、结构、加载方向以及环境因素等。塑性变形机理晶体材料的塑性变形主要由位错运动引起，位错是一种晶体缺陷，会造成材料的变形和硬化。孪晶是指在一定应力作用下，晶体内部发生的一种特殊变形，会改变晶体结构，提高强度。晶粒尺寸和形貌会影响材料的塑性变形行为，细晶粒材料通常具有更高的强度和韧性。断裂机理脆性断裂材料在没有明显塑性变形的情况下突然断裂。韧性断裂材料在断裂前发生明显的塑性变形。疲劳断裂材料在反复荷载作用下产生的裂纹扩展，最终导致断裂。应力集中与断裂应力集中材料内部存在缺陷或几何形状突变处，会产生应力集中，局部应力值明显高于平均应力。断裂当应力集中区域的应力超过材料的断裂强度时，材料会发生断裂。断裂韧性定义断裂韧性是指材料抵抗裂纹扩展的能力，通常用KIC表示，单位为MPa√m。重要性断裂韧性是材料的一个重要指标，它反映了材料在存在缺陷的情况下，抵抗断裂的能力。影响因素材料的断裂韧性受多种因素影响，包括材料的强度、韧性、裂纹尺寸、温度、载荷速度等。应力-应变曲线应用实例应力-应变曲线在材料科学和工程领域有广泛的应用，例如：材料选择：根据材料的应力-应变曲线选择合适的材料，以满足特定应用的强度、韧性和刚度要求。结构设计：利用材料的应力-应变曲线设计结构，以确保结构在承受特定载荷时不会发生失效。失效分析：通过分析失效材料的应力-应变曲线，可以确定失效原因并采取措施预防类似事故的发生。课程总结1材料性能学习了材料拉伸曲线，理解了材料在拉伸载荷下的行为和各种力学性质，以及材料的应力-应变关系。2测试方法掌握了拉伸试验的原理和方法，可以进行材料拉伸性能的测试。3应用能将材料拉伸曲线与实际工程应用结合起来，进行材料选择和设