《谢奇之-工程力学》拉伸、压缩与剪切

1、工程力学拉伸、压缩,授课教师：谢奇之 电话邮箱：,受力特点：,作用在杆件上的外力或外力合力的作用线与杆件轴线重合,变形特点：,拉伸,压缩,杆件变形是沿轴线方向的伸长或缩短、横向缩小或变粗,拉（压）杆的受力简图,拉伸实验是对试件施加轴向拉力，以测定材料在常温静荷载作用下的力学性能的实验。它是材料力学最基本、最重要的实验之一。拉伸实验简单、直观、技术成熟、数据可比性强，它是最常用的实验手段。由此测定的材料力学性能指标，成为考核材料的强度、塑性和变形能力的最基本的依据，被广泛、直接地用于工程设计、产品检验、工艺评定等方面。而有些材料的受压力学性能和受拉力学性能不同，所以，要

2、对其施加轴向压力，以考核其受压性能，这就是压缩实验。,1通过对低碳钢和铸铁这两种不同性能的典型材料的拉伸、压缩破坏过程的观察和对实验数据、断口特征的分析，了解它们的力学性能特点。,2了解电子万能试验机的构造、原理和操作。,3测定典型材料的强度指标及塑性指标，低碳钢拉伸时的屈服极限，强度极限，延伸率，截面收缩率，压缩时的压缩屈服极限，铸铁拉伸、压缩时的强度极限。,实验目的：,材料拉伸时的力学性能,力学性能：材料在外力作用下表现出的变形和破坏等方面的特性。,一、试件和实验条件,常温、静载,万能材料试验机,二、低碳钢的拉伸,a)弹性阶段(OAB)(elastic region),E=s /e =ta

3、na,应力与应变呈线性 关系(胡克定律),应力与应变呈非线性，但力消失, 变形也消失,sp(A点),材料的比例极限(proportional limit),se(B点),材料的弹性极限(elastic limit),1低碳钢(C0.3%)的拉伸时应力应变关系曲线,1) 应力应变曲线的四个阶段及相应特征指标,Elastic behavior,Elastic region,sp,se,a,e,s,a,b,屈服：应力基本不变，应变显著增加的现象，称为屈服（流动）现象。,屈服阶段最高(低)点所对应的应力,分别称为上(下)屈服极限。,特点：有明显塑性变形（plastic deformation)，在光滑

4、试样表面，沿与轴线成45o方向有滑移线。,屈服极限：下屈服点所对应的应力值。,b).屈服(流动)阶段(BD)Yielding region,Elastic behavior,应力与应变同时增加，但不成比例，材料恢复抵抗变形的能力。此时所产生的变形仍以塑性变形为主，试件标距长度明显增加，直径明显缩小(但均匀）。,极限应力ultimate stresssb (E点)：,强化阶段最高点所对应的应力。,yielding,Elastic region,sp,se,a,e,s,a,b,ss,强度极限sb,c)强化阶段(DE)strain hardening region,Elastic behavior,

5、试样的变形集中在某一局部区域，该区域截面收缩，产生颈缩现象。,d)颈缩破坏阶段(EG)necking region：,e,ss塑性材料正常工作所 能承担的最大应力,sb材料所能承担的最大 应力,ss,f,e,a,O,s,sb,a,b,c,2) 材料的静载强度指标,d,伸长率(Percent elongation)：,断面收缩率(Percent reduction of area)：,A 、A横截面面积、最小截面面积,5%塑性材料(ductile material),l、 l 试样的原始标距、断裂后标距长,d 5%脆性材料(brittle material),3)材料的塑性指标,2铸铁拉伸时的力

6、学性能,破坏形式：沿横截面的断裂，断口与轴线垂直,3铸铁拉伸时的力学性能,强度极限为铸铁拉断时的最大应力,抗拉强度sb,脆性材料唯一的拉伸强度性能指标,应力与应变不成比例，无屈服、颈缩现象，变形很小且s b很低。,材料压缩时的力学性能,低碳钢的压缩实验,低碳钢压缩后的变形,比例极限sp，屈服点ss，弹性模量E基本与拉伸时相同，屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面积不断增大，试样抗压能力也继续增高，但不会断裂，因而得不到压缩时的强度极限。,1低碳钢压缩时的力学性能,铸铁压缩实验,sc=45sb，铸铁抗压性能远远大于抗拉性能，断裂面为与轴向大致成45o55o的滑移面。,破坏断面的法线与轴线大致成 45o55o，表明试样沿截面因相对错动而破坏即切应力引起断裂,抗压强度,2铸铁压缩时的力学性能,s