工程力学-16.轴向载荷作用下材料的力学性能

标准试件实验条件常温(20℃)，静载（均匀缓慢地加载）。国家标准《金属拉伸试验方法》（如GB228—87）。万能材料试验机实验设备塑性材料断裂前产生较大塑性变形的材料，如低碳钢等。脆性材料低碳钢断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料。指含碳量0.3%以下的碳素钢。目录contents材料在拉伸时的力学性能01材料在压缩时的力学性质02材料在拉伸时的力学性能01实验中实验时随着F的增大，试样逐渐被拉长，直至试样被拉断为止。

低碳钢拉伸时的力学性能01低碳钢得标准式样安装在材料试验机工作台上、下夹头上；开动机器缓慢均匀加载。

低碳钢拉伸时的力学性能01低碳钢Q235的拉伸图（F—△l曲线

)

拉伸图与应力应变图

低碳钢拉伸时的力学性能01拉伸图与试样的材料有关，也与试样横截面的尺寸及标距L有关；为消除试样尺寸的影响，反应材料本身力学性能，将纵坐标F除以试样横截面面积A，将横坐标△L除以标距L，由此所得应力、应变的关系曲线，称为材料的应力-应变图。

低碳钢拉伸时的力学性能01由直线段oa和微弯段ab组成。oa段称为比例阶段或线弹性阶段。在此阶段内，材料服从胡克定律，即σ=Eε适用，a点所对应的应力值称为材料的比例极限，并以“σp”表示。拉伸过程的四个阶段弹性阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01曲线ab段称为非线弹性阶段，只要应力不超过b点，材料的变形仍是弹性变形，所以b点对应的应力称为弹性极限，以“σe”表示。拉伸过程的四个阶段弹性阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01屈服阶段bc段近似水平，应力几乎不再增加，而变形却增加很快，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力。该现象称为屈服现象或流动现象。bc段最低点对应的应力称为屈服极限或屈服点，以“

s”表示。拉伸过程的四个阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01屈服阶段在屈服阶段，若试样表面光滑，试样表面将出现与轴线约成45°的斜线,称为滑移线。因为在45°斜面上存在最大切应力，材料内部晶粒沿该截面相互滑移造成的。拉伸过程的四个阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01屈服阶段工程上一般不允许构件发生塑性变形，把塑性变形作为塑性材料失效的标志，故屈服极限ss是衡量材料强度的重要指标。拉伸过程的四个阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01强化阶段过了屈服阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使试件继续变形必须再增加载荷，这种现象称为材料的强化，故

-

曲线图中的ce段称为强化阶段；拉伸过程的四个阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01强化阶段最高点e点所对应的应力称为材料的拉伸强度极限或抗拉强度，以“

b”表示，它是材料所能承受的最大应力，故

b是衡量材料强度的另一个重要指标。拉伸过程的四个阶段

低碳钢拉伸时的力学性能01拉伸过程的四个阶段缩颈阶段可在载荷达到最高值后看到在试件的某一局部范围内的横截面迅速收缩变细，形成缩颈现象。应力—应变曲线图中的ef段称为颈缩阶段。

低碳钢拉伸时的力学性能01材料的塑性指标试件拉断后，弹性变形消失，只剩下残余变形，残余变形标志着材料的塑性。工程中常用延伸率

和断面收缩率

作为材料的两个塑性指标。分别为：

低碳钢拉伸时的力学性能01材料的塑性指标一般把

>5%的材料称为塑性材料；把

<5%的材料称为脆性材料。低碳钢的延伸率

=20％～30%，是典型的塑性材料。截面收缩率

也是衡量材料塑性的重要指标，低碳钢的截面收缩率

约为60%左右。铸铁拉伸时的力学性能02铸铁拉伸时无屈服现象和缩颈现象，断裂是突然发生的。断裂时曲线最高点所对应的应力称为抗拉强度（拉伸强度极限）

b，是衡量铸铁强度的唯一指标。铸铁是典型的脆性材料，其拉伸

-

曲线如图所示，图中无明显的直线部分，但应力较小时接近于直线，可近似认为服从胡克定律。工程上有时以曲线的某一割线斜率作为弹性模量。.其他塑性材料拉伸时的力学性能03断裂时具有较大的残余变形，均属塑性材料。共有的特点对于没有明显屈服阶段的材料用名义屈服应力表示。

.其他塑性材料拉伸时的力学性能03产生0.2%的塑性应变时所对应的应力值。名义屈服极限s0.2e

0.2%s在ε轴上取0.2％的点，对此点作平行于σ－ε曲线的直线段的直线（斜率亦为E），与σ－ε曲线相交点对应的应力即为σ0.2。材料在压缩时的力学性质02低碳钢的压缩实验01低碳钢压缩时的弹性模量E、屈服极限

s都与拉伸时大致相同。屈服阶段后，试件越压越扁，横截面面积不断增大，试件不可能被压断，因此得不到压缩时的强度