工程力學C 第6章 材料拉伸和壓縮時的力學性能

DEPARTMENTOFENGINEERINGMECHANICSKUST第六章

材料拉伸和壓縮時的力學性能MechanicalPropertiesofMaterialsunderAxialLoading本章介紹材料拉伸時的力學性能應力集中失效與許用應力6.1引言材料壓縮時的力學性能材料的力學性能（機械性能）：材料受力時，在強度和變形方面表現(xiàn)出來的性質。

實驗的外部條件：常溫、靜載（緩慢平穩(wěn)加載）。材料的力學性能取決于材料的內部結構實驗的外部條件6.2.1

低碳鋼拉伸時的力學性能標準試件（GB）標距l(xiāng)0

，通常取l0=5d0

或l0=10d0低碳鋼：含碳量＜0.3%

的碳素鋼。夾頭夾頭

6.2

材料拉伸時的力學性能FF電子萬能試驗機液壓式萬能試驗機底座活動試驗臺活塞油管固定橫頭固定立柱活動立柱液壓式萬能試驗機工作原理低碳鋼試件的拉伸圖：低碳鋼的應力-應變圖或σ-ε曲線低碳鋼的應力-應變圖或σ-ε曲線。1.σ-ε曲線的四個階段：

1）彈性階段oab2）屈服階段bc4）縮頸階段ef3）強(硬)化階段ce1）彈性階段

oab：這一階段可分為，斜直線Oa和微彎曲線ab；該段范圍內，試件變形是彈性的，卸載后變形可完全恢復。Oa段：變形是線彈性的，應力與應變成正比。比例極限彈性極限E：彈性模量（楊氏模量）；E幾何意義：oa直線段的斜率。=屈服極限σs2）屈服階段

bc：上屈服極限下屈服極限應力微小波動,產生顯著的塑性變形，此現(xiàn)象稱為屈服。屈服極限σs對表面磨光的試件，屈服時可在試件表面看見與軸線大致成45°傾角的條紋。這是由于材料內部晶格之間相對滑移而形成的，稱為滑移線，如圖。這是由45°斜截面上的最大剪應力引起的。（3）強（硬）化階段

ce強度極限在此階段，材料又恢復了抵抗變形的能力。要使應變增大必須增加應力，這種現(xiàn)象稱為材料的強(硬)化。強化階段的變形絕大部分是塑性變形，很小部分是彈性變形。（4）縮頸階段

ef:為什么斷裂時的σ＜

b?實際應力f試件的變形發(fā)生在某一局部范圍內，橫截面顯著收縮，叫縮頸現(xiàn)象；直至斷裂?！擀?F/A是名義應力。

A是原始橫截面積。

（1）彈性指標：注意：σs和σb是衡量材料強度的重要指標2.

低碳鋼的主要力學性能指標

（2）強度指標：（3）塑性指標:

σp，σe，

s，

b

；延伸率δ:截面收縮率ψ

:d0受力前d1斷裂后當≥5％時，為塑性（延性）材料；當＜5％時，為脆性材料。

3.卸載定律：冷作硬化現(xiàn)象:材料在卸載時應力與應變成直線（平行oa）關系。殘余應變（塑性應變）冷作硬化現(xiàn)象經過退火后可消除材料經塑性變形并卸載后，其σp(σs)提高，δ降低的現(xiàn)象。

彈性應變將低碳鋼的力學性能標示在應力-應變圖上：鑄鐵是典型的脆性材料1.

鑄鐵拉伸時的力學性能1）斷裂時的延伸率很?。鸿T鐵拉伸時的3個特點：6.2.2其它材料拉伸時的力學性能沿橫截面斷：是σmax的作用結果（拉斷）2）σ-ε曲線沒有屈服階段和縮頸階段；只能測出其拉伸強度極限。強度極限σb

是鑄鐵唯一的強度指標。割線彈性模量E：σ-ε曲線的原點至終點割線的斜率。割線3）σ-ε曲線沒有明顯的直線部分，是一段微彎的曲線；2.其他塑性材料拉伸時的力學性能錳鋼沒有屈服和縮頸階段。硬鋁和退火球墨鑄鐵沒有明顯的屈服階段。以上材料：

≥5%,屬于塑性材料;且均沒有明顯的屈服階段。對于在拉伸過程中沒有明顯屈服階段的塑性材料：規(guī)定：產生0.2％塑性應變所對應的應力作為屈服極限，稱為名義屈服極限，用σ0.2來表示。3.新型材料拉伸時的力學性能（自學）6.3材料壓縮時的力學性能一般金屬材料的壓縮試件都做成圓柱形狀1.

低碳鋼壓縮時的σ-ε曲線壓縮測不出拉伸壓縮拉伸2.

鑄鐵壓縮時的σ-ε曲線壓縮拉伸1）斷口沿45°方向：是τmax的作用結果（剪斷）。

2）常用材料的力學性能見表6.1，P137

。

約3～4倍

6.4

應力集中前面我們介紹過拉壓桿橫截面上的應力是均勻分布的，但是當桿上有孔或裂紋時，橫截面上的應力不再均勻分布，靠近孔邊或裂紋處的應力急劇增大。這種現(xiàn)象稱為應力集中。即：應力集中：因截面尺寸的突然變化而引起局部應力急劇增大的現(xiàn)象。FF如開有圓孔的板條F如階梯軸的軸肩處如帶有切口的板條應力集中系數(shù)：σmax:σn: 發(fā)生應力集中的截面上的最大應力。截面上按凈面積算出的平均應力。式中:注意：塑性材料對應力集中不敏感；∴可不考慮應力集中的影響。FF1F2即當達到時，該處首先產生破壞。動載荷作用下：無論是塑性材料還是脆性材料都必須要考慮應力集中的影響。F脆性材料所制成的構件必須要考慮應力集中的