工程力學(xué)C 第6章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能

1、第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能Mechanical Properties of Materials under Axial Loading第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)本章介紹本章介紹材料拉伸時(shí)的材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能力學(xué)性能應(yīng)力集中應(yīng)力集中失效與許用應(yīng)力失效與許用應(yīng)力6.1 6.1 引引 言言材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料的材料的力學(xué)性能力學(xué)性能（機(jī)械性能）：材料受力時(shí)，在強(qiáng)（機(jī)械性能）：材料受力時(shí)，在強(qiáng)度和變形方面表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)。度和變形方面表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)。 實(shí)

2、驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的外部的外部條件：常溫、靜載（緩慢平穩(wěn)加載）。條件：常溫、靜載（緩慢平穩(wěn)加載）。材料的材料的力學(xué)力學(xué)性能性能取決于取決于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的外部條件實(shí)驗(yàn)的外部條件第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)試件（標(biāo)準(zhǔn)試件（GB）標(biāo)距標(biāo)距l(xiāng)0 ，通常取，通常取 l0 = 5 d0 或或 l0 = 10 d0低碳鋼：含碳量低碳鋼：含碳量0.3% 的碳素鋼。的碳素鋼。夾頭夾頭FF第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Prope

3、rties of Materials材料力學(xué)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)底座底座活動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)活動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)活塞活塞油管油管固定橫頭固定橫頭固定立柱固定立柱活動(dòng)立柱活動(dòng)立柱液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)工作原理液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)工作原理第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能

4、Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)O OLabce曲線。LF低碳鋼試件的拉伸圖：低碳鋼試件的拉伸圖：fF第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)lAFllF低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變圖或應(yīng)變圖或- -曲線曲線第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Pr

5、operties of Materials材料力學(xué)低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變圖或應(yīng)變圖或- -曲線。曲線。O Oabcef1. 1. - -曲線的四個(gè)階段：曲線的四個(gè)階段： 1）彈性階段）彈性階段oab2）屈服階段）屈服階段bc4）縮頸階段）縮頸階段ef3）強(qiáng)）強(qiáng)(硬硬)化階段化階段ce第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)1 1）彈性階段彈性階段 oaboab：O Oabcef這一階段可分為，斜直線這一階段可分為，斜直線Oa和微彎曲線和微彎曲線ab；該段范圍；該段范圍內(nèi)，試件變形是彈

6、性的，卸載后變形可完全恢復(fù)。內(nèi)，試件變形是彈性的，卸載后變形可完全恢復(fù)。第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)比例極限比例極限p彈性極限彈性極限e) 1 . 6(tgpeE：彈性模量（楊氏模量）；：彈性模量（楊氏模量）；)11.5( 即O OabcefE幾何意義：幾何意義： oa直線段的斜率。直線段的斜率。第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)2 2）屈服階段屈服階段 bcbc：上屈服

7、極限上屈服極限下屈服極限下屈服極限應(yīng)力微小波動(dòng)應(yīng)力微小波動(dòng), ,產(chǎn)生顯著的塑性變形，產(chǎn)生顯著的塑性變形，此現(xiàn)象稱為此現(xiàn)象稱為屈服屈服。sO Oabcef第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)對(duì)表面磨光的試件，屈服時(shí)可在試件表面看見(jiàn)與對(duì)表面磨光的試件，屈服時(shí)可在試件表面看見(jiàn)與軸線大致成軸線大致成4545傾角的條紋。這是由于材料內(nèi)部?jī)A角的條紋。這是由于材料內(nèi)部晶格之間相對(duì)滑移而形成的，稱為晶格之間相對(duì)滑移而形成的，稱為滑移線滑移線，如圖。，如圖。這是由這是由4545斜截面上的斜截面上的最大剪應(yīng)

8、力最大剪應(yīng)力引起的。引起的。第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)（3）強(qiáng)（硬）化階段強(qiáng)（硬）化階段 cebbO Oabcef在此階段，材料又恢復(fù)在此階段，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力。了抵抗變形的能力。要使應(yīng)變?cè)龃蟊仨氃鲆箲?yīng)變?cè)龃蟊仨氃黾討?yīng)力，這種現(xiàn)象稱加應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為材料的為材料的強(qiáng)強(qiáng)(硬硬)化化。第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)（4）縮頸階段縮頸階段 ef:為什么斷裂時(shí)

9、的為什么斷裂時(shí)的 b ?實(shí)際應(yīng)力實(shí)際應(yīng)力fbO Oabcef試件的變形發(fā)生在某一局部范圍內(nèi)，橫截面顯著收縮，叫試件的變形發(fā)生在某一局部范圍內(nèi)，橫截面顯著收縮，叫縮頸現(xiàn)象縮頸現(xiàn)象；直至斷裂。；直至斷裂。=F/A是名義應(yīng)力。是名義應(yīng)力。 A是是原始橫截面積原始橫截面積。 第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)注意：注意：s s和和b b是衡量材料強(qiáng)度的

10、重要指標(biāo)是衡量材料強(qiáng)度的重要指標(biāo)（2 2）強(qiáng)度指標(biāo)：）強(qiáng)度指標(biāo)：tg（3 3）塑性指標(biāo)）塑性指標(biāo): : ,第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)%100001lll)3 .6(%100010AAA截面收縮率截面收縮率 : :d00l受力前受力前d11l斷裂后斷裂后)2 .6(%1000ll第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)%60%3020；對(duì)低碳鋼：當(dāng)當(dāng) 5 5時(shí)，為時(shí)，為塑性（延

11、性）材料塑性（延性）材料；當(dāng)當(dāng) 5 5時(shí)，為時(shí)，為脆性材料脆性材料。 第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)O Oeabcdf%100llpe?3. 卸載定律：卸載定律：冷作硬化現(xiàn)象冷作硬化現(xiàn)象: :材料在卸載時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變成直線（平行材料在卸載時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變成直線（平行oa）關(guān)系。）關(guān)系。p殘余應(yīng)變（塑殘余應(yīng)變（塑性應(yīng)變）性應(yīng)變）ep10ll材料經(jīng)塑性變形材料經(jīng)塑性變形并 卸 載 后 ， 其并 卸 載 后 ， 其p p( (s s ) )提高，提高，降低的現(xiàn)象。降低的現(xiàn)象。 e彈性應(yīng)變彈性應(yīng)

12、變第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)O Oeabcdfpe10將低碳鋼的將低碳鋼的力學(xué)性能力學(xué)性能標(biāo)示在應(yīng)力標(biāo)示在應(yīng)力- -應(yīng)變圖上：應(yīng)變圖上：spebtg 第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)1 1）斷裂時(shí)的延伸率很?。海嗔褧r(shí)的延伸率很小：鑄鐵拉伸時(shí)的鑄鐵拉伸時(shí)的3 3個(gè)特點(diǎn)：個(gè)特點(diǎn)：O6.2.2 其它材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能其它材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能%5 . 0%4 . 0沿橫截

13、面斷：是沿橫截面斷：是maxmax的作用結(jié)果（拉斷）的作用結(jié)果（拉斷）第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)O2 2）- -曲線沒(méi)有屈服階段曲線沒(méi)有屈服階段和縮頸階段；只能測(cè)出和縮頸階段；只能測(cè)出其拉伸強(qiáng)度極限。其拉伸強(qiáng)度極限。低低碳碳鋼鋼鑄鑄鐵鐵）（bb)(b第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)割線彈性模量割線彈性模量E：- -曲線的原點(diǎn)至終點(diǎn)割曲線的原點(diǎn)至終點(diǎn)割線的斜率。線的斜率

14、。O割線3 3）- -曲線沒(méi)有明顯的直曲線沒(méi)有明顯的直線部分，是一段微彎的線部分，是一段微彎的曲線；曲線； tg 第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)2. 其他塑性材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能其他塑性材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能錳鋼沒(méi)有屈服和縮頸階段。錳鋼沒(méi)有屈服和縮頸階段。硬鋁和退火球墨鑄鐵沒(méi)有明硬鋁和退火球墨鑄鐵沒(méi)有明顯的屈服階段。顯的屈服階段。以上材料：以上材料： 5%, 5%, 屬于塑性材料屬于塑性材料;且均且均沒(méi)有沒(méi)有明顯的明顯的屈服階段屈服階段。第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉

15、伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)對(duì)于在拉伸過(guò)程中沒(méi)有明對(duì)于在拉伸過(guò)程中沒(méi)有明顯屈服階段的塑性材料：顯屈服階段的塑性材料：0 2 .02%.O規(guī)定：規(guī)定：產(chǎn)生產(chǎn)生0.2塑性應(yīng)變所對(duì)應(yīng)塑性應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服極限，稱的應(yīng)力作為屈服極限，稱為為名義屈服極限名義屈服極限，用，用0.2來(lái)表示。來(lái)表示。3. 新型材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能新型材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能（自（自 學(xué)）學(xué)）第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)0 . 35 . 1

16、dh第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)壓縮壓縮b測(cè)不出測(cè)不出O Oeabcdf拉伸拉伸第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)壓縮壓縮O Oeabcdf拉伸拉伸tctpcp)()(tece)()(tscs)()(第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)O壓縮壓縮cb)(拉伸拉伸tb

17、)(1 1）斷口沿）斷口沿4545方向：是方向：是maxmax的作用結(jié)果（剪斷）。的作用結(jié)果（剪斷）。 tbcb）（)(2）常用材料的力學(xué)性能見(jiàn)表常用材料的力學(xué)性能見(jiàn)表6.1，P137 。 約約3 34 4倍倍 第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)前面我們介紹過(guò)拉壓桿橫截面上的應(yīng)力是均勻分布前面我們介紹過(guò)拉壓桿橫截面上的應(yīng)力是均勻分布的，但是當(dāng)桿上有孔或裂紋時(shí)，橫截面上的應(yīng)力不的，但是當(dāng)桿上有孔或裂紋時(shí)，橫截面上的應(yīng)力不再均勻分布，再均勻分布，靠近孔邊或裂紋處的應(yīng)力急劇增大靠近孔邊或裂紋

18、處的應(yīng)力急劇增大。這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中。即：。即：應(yīng)力集中：應(yīng)力集中： 因截面尺寸的突然變化而引起局部因截面尺寸的突然變化而引起局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。 第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)FF如開有圓孔的板條如開有圓孔的板條第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)F如階梯軸的軸肩處如階梯軸的軸肩處第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸

19、和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)如帶有切口的板條如帶有切口的板條maxn）（ 4 .6maxnKn:發(fā)生應(yīng)力集中的截發(fā)生應(yīng)力集中的截面上的最大應(yīng)力。面上的最大應(yīng)力。截面上按凈面積算截面上按凈面積算出的平均應(yīng)力。出的平均應(yīng)力。1K第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)注意：注意： 塑性材料對(duì)應(yīng)力集中不敏感；塑性材料對(duì)應(yīng)力集中不敏感；可不考慮應(yīng)力集中的影響?？刹豢紤]應(yīng)力集中的影響。sFsF1sF2第六章第六章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 Mechanical Properties of Materials材料力學(xué)即當(dāng)即當(dāng) 達(dá)到達(dá)到 時(shí)，該處首先產(chǎn)生破壞。