材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能課件

1、1.試驗(yàn)條件 (Test conditions） 材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 (Mechanical properties of materials in axial tension and compression)一、實(shí)驗(yàn)方法(Test method)（1） 常溫: 室內(nèi)溫度（2） 靜載: 以緩慢平穩(wěn)的方式加載（3）標(biāo)準(zhǔn)試件：采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定的試件2.試驗(yàn)設(shè)備(Test instruments) （1）微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) （2）游標(biāo)卡尺二、拉伸試驗(yàn)(Tensile tests) 先在試樣中間等直部分上劃兩條橫線這一段桿稱為標(biāo)距 l (original gage length).l

2、= 10d 或 l =5d 1. 低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)(Mechanical properties for a low-carbon steel in tension)（1）拉伸試樣dl標(biāo)距（2） 拉伸圖 ( F- l 曲線 ) 拉伸圖與試樣的尺寸有關(guān).為了消除試樣尺寸的影響，把拉力F除以試樣的原始面積A，得正應(yīng)力；同時(shí)把 l 除以標(biāo)距的原始長(zhǎng)度l ，得到應(yīng)變. 表示F和 l關(guān)系的曲線，稱為拉伸圖 (tension diagram)FOlefhabcddgfl0 p（3）應(yīng)力應(yīng)變圖 表示應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的曲線，稱為應(yīng)力-應(yīng)變圖(stress-strain diagram) （a） 彈性階段 試

3、樣的變形完全彈性的. 此階段內(nèi)的直線段材料滿足胡克定律 (Hookes law) 比例極限(proportional limit)fOfhab點(diǎn)是彈性階段的最高點(diǎn).彈性極限(elastic limit)（b） 屈服階段 當(dāng)應(yīng)力超過(guò)b點(diǎn)后，試樣的荷載基本不變而變形卻急劇增加，這種現(xiàn)象稱為屈服(yielding). pfOfhab ec點(diǎn)為屈服低限 屈服極限(yielding strength) s b（c）強(qiáng)化階段 過(guò)屈服階段后，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力， 要使它繼續(xù)變形必須增加拉力.這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化 (hardening) e點(diǎn)是強(qiáng)化階段的最高點(diǎn) 強(qiáng)度極限(ultimate Stren

4、gth) e pfOfhabce（d） 局部變形階段 過(guò)e點(diǎn)后，試樣在某一段內(nèi)的橫截面面積顯箸地收縮，出現(xiàn) 頸縮 (necking)現(xiàn)象，一直到試樣被拉斷. s b e pfOfhabce 試樣拉斷后，彈性變形消失，塑性變形保留，試樣的長(zhǎng)度由 l 變?yōu)?l1，橫截面積原為 A ，斷口處的最小橫截面積為 A1 . 斷面收縮率 (percent reduction in area ) 伸長(zhǎng)率(percent elongation) 5%的材料，稱作塑性材料 (ductile materials) 5%的材料，稱作脆性材料 (brittle materials)（4）伸長(zhǎng)率和端面收縮率（5）卸載定律

5、及冷作硬化卸載定律 (unloading law) 若加栽到強(qiáng)化階段的某一點(diǎn)d 停止加載,并逐漸卸載,在卸載過(guò)程中,荷載與試樣伸長(zhǎng)量之間遵循直線關(guān)系的規(guī)律稱為材料的卸載定律 (unloading law).abcefOgfhdd 在常溫下把材料預(yù)拉到強(qiáng)化階段然后卸載,當(dāng)再次加載時(shí),試樣在線彈性范圍內(nèi)所能承受的最大荷載將增大.這種現(xiàn)象稱為冷作硬化冷作硬化e - 彈性應(yīng)變(elastic strain)p - 塑性應(yīng)變(plastic strain)abcdefOdgfhepdYield Strength and Ultimate Strength2.無(wú)明顯屈服極限的塑性材料(Ductile ma

6、terials without clearing defined yield point) s 0.23.鑄鐵拉伸時(shí)的機(jī)械性能- 鑄鐵拉伸強(qiáng)度極限(Mechanical properties for a cast iron in tension)e 0.2%s割線斜率名義屈服應(yīng)力用 表示.O /MPa/%e Brittle vs. Ductile Behavior三、材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能(Mechanical properties of materials in axial compression) 1.實(shí)驗(yàn)試樣 (Test specimen)2.低碳鋼壓縮時(shí)的s-e曲線(Stress- st

7、rain curve for a low-carbon steel in compression)dhFFFF sOe 壓縮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 低碳鋼壓縮時(shí)的彈性模量E屈服極限s都與拉伸時(shí)大致相同. 屈服階段后,試樣越壓越扁,橫截面面積不斷增大,試樣不可能被壓斷,因此得不到壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限.3.鑄鐵壓縮時(shí)的s-e曲線(Stress - strain curve for cast iron in compression)O /%e 鑄鐵壓縮時(shí)破壞端面與橫截面大致成45 55傾角,表明這類試樣主要因剪切而破壞,鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限是抗拉強(qiáng)度極限的45倍. 以大于1的因數(shù)除極限應(yīng)力,并將所得結(jié)果稱為許用應(yīng)

8、力,用表示.2. 許用應(yīng)力(Allowable stress) 1. 極限應(yīng)力(Ultimate stress) 四、安全因數(shù)和許用應(yīng)力 (Factor of safety & allowable stress) n 安全因數(shù) (factor of safety) 塑性材料 (ductile materials)脆性材料 (brittle materials) 材料的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)s 和 b 稱作極限應(yīng)力或危險(xiǎn)應(yīng)力,并用 u 表示. 五、 應(yīng)力集中(Stress concentrations)開(kāi)有圓孔的板條 因桿件外形突然變化而引起局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中 (stress concentrations).FFF帶有切口的板條FFF應(yīng)力集中因數(shù)(stress- concentration factor)六、蠕變及松弛(creeping & relaxation