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1、 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-1 材料的力学性能与基本实验 材料在外力作用下所表现出的变形和破坏方面的特性，称为材料的力学性能。 材料不同，其力学性能也不同。 同一种材料，随着加载速率、温度等所处的工作环境的不同，其力学性能也不相同。 本章只介绍材料在常温、静载、通常工作环境下的力学性能。最基本的实验是材料的轴向拉伸和压缩实验。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-1 材料的力学性能与基本实验 试验时首先要把待测试的材料加工成试件，试件的形状、加工精度和试验条件等都有具体的国家标准或部颁标准规定。例如，国家标准 GB6397 1986金属拉伸试验试样中规定拉伸试件截面可采用
2、圆形和矩形两种。 拉伸试件压缩试件 短圆柱试件 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 将试件装卡在材料试验机上 常温、静载拉伸试验， 把试件拉 为 ，试验机的 装 把试件所 的拉力 F 与试件的伸 l 的关系 下 ， 出一条 F - l ，称为拉伸 。 ，变为 应力-应变 。 。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 ，有 特，把 成 部 ，低碳钢拉伸时，变形 为 。 将试件装卡在材料试验机上 常温、静载拉伸试验， 把试件拉 为 ，试验机的 装 把试件所 的拉力 F 与试件的伸 l 的关系
3、下 ， 出一条 F - l ，称为拉伸 。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 第一currency1currency1性变形 （ ob ）在“一时时，将载fififl （称载）为，变形 。b 应的应力称材料的性。 ，材料处性变形时所能 的最”应力，用 表，eAFee 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 第一currency1currency1性变形 （ ob ）， 有”一是 （oa ），应力应变成 关系 ， E 为例常 ，是材料的性 ，材料性变形的能力。 E 定 第4章 材料的力学性能
4、 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 第一currency1currency1性变形 （ ob ）a 应的应力称材料的例。 ，材料应力应变处 例关系时所能 的最”应力，用 表， pAFpp 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 第currency1currency1 （ ） （ bc ）外力在 ， 变形 加。 ，材料 时 变形的能力。在“ 一时载为，性变形， 有一部 变形 下 ，称“变形为 性变形。试件表面出现 （与试件轴 成45度 度）。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）
5、低碳钢的拉伸试验 第currency1currency1 （ ） （ bc ）最低所 应的应力，称为材料的 ，用 表， sAFss 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 第 currency1currency1 （ ce ） ，材料 变形的能力，称为 。 最 所 应的应力，称为材料的 度，用 表。 度是材料在 拉伸 中所能 的最”应力， bAFbb 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 第currency1currency1 缩破坏 （ ef ） ，试件 一部处 变，称“现为缩。“ ，试件的
6、轴向变形 要中在 缩处。缩处试件截面面 fl，试件所 的载也 速低，最 在 缩处试件 拉 。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 伸率其中， 是试件试验前的截面面; 是 缩处的最截面面。其中， 是试件包括 性变形的 度， 是试件试验前的 度。%100001 lll1l0l面收缩率 %100010 AAA0A 1A 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 冷作硬现经性以 ，若从（例如d）开始载，则力与变形 的关系将沿与性 ”体平 的 dd 回 d 。若载 从d 开始继续加载， 将首先”体沿dd
7、 回至d， 仍沿未经载的 def 变， 至 f 发生 裂为 。可见，在再次加载 中， d 以前，试件变形是性的， d 才开始出现 性变形。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （1）低碳钢的拉伸试验 冷作硬现较这两 形中的 ，在第次加载时，材料的例得 提 （ ）， 性变形和伸 率有所 低。 在常温下，材料经加载 产生 性变形 载，由材料经历 ，从 使其例提 、 性 低的现称为冷作硬。 pp 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （2）铸铁的拉伸试验 铸铁拉伸时，没有 ，也没有缩现。 铸铁的应力应变 没有 的 ，通常在应力较时，取 上的弦
8、 近似 表铸铁拉伸时的应力应变关系，并按弦 的斜率近似 确定性 E。 度的力学性能只能测得 度， 且拉伸时 度 的值较低。 b由铸铁的拉 度较差，一般不宜选做 拉力的构件。拉 度差，这是脆性材料共同的特。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （3）低碳钢的压缩试验 低碳钢试件压缩时的应力应变 。与拉伸 相， 以前基本重合， 低碳钢压缩时，性E、 均与拉伸时”致相同。 s ，继续压缩时，试件的 度愈 愈短，不 ”，由 试验机上下压板摩擦力的影响，试件两端 的 ” 阻碍， 变成鼓形。 b压力继续 加， 愈益 ”，最 压成薄饼， 不发生 裂， 低碳钢压缩时测不出 度 。
9、 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-2 轴向拉伸与压缩实验 （4）铸铁的压缩试验 与拉伸时相，铸铁压缩时 度 ，例如，HT150 压缩时的 度约为拉抻时 度的倍。 压 度远”拉 度，这是铸铁力学性能的重要特，也是脆性材料的共同特。 铸铁试件 压缩发生 裂时， 裂面与轴 ”致成45的倾 ，这表铸铁试件 压时 裂是 最”切应力所致。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-3 没有 的 性材料 工 中，有一类 性材料，其应力应变 中没有 的 。例如，中碳钢、合金钢等。 没有 的 性材料，通常人为 规定，把产生0.2% 性应变时所 应的应力称为材料的 度，并用 表 。2.0 第4章 材料的
10、力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定由材料的拉伸试验可知，在材料的例 加载， 单向应力作用的一，其 应力与 应变成 ，实验表，在例 ，向（与应力 垂 的方向） 应变（ 或 ）与纵向应变 为一常 。用 v 表这一值的绝 值，则xxx E （1）简单 定 简单拉、压 定y z xxyvxzxyvv或 xzxyEEvv 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定由材料的拉伸试验可知，在材料的例 加载， 单向应力作用的一，其 应力与 应变成 ，实验表，在例 ，向（与应力 垂 的方向） 应变（ 或 ）与纵向应变 为一常 。用 v 表这一值的绝 值，则xxx E
11、 （1）简单 定 简单拉、压 定y z xxyvxzxyvv或 xzxyEEvv v 称为向变形系 或泊松，是材料常 ，其值可通实验 测定。 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定由试验（扭转试验） 可指出，在材料的例 ，一的切应力与相应的切应变成 ， G 称为材料的切变 ，其值与材料有关，可由实验测得。xyxy G 剪切 定（1）简单 定 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定空 应力状态下， 各向同性材料，在 性 ，坐标轴方向的 应力只引起坐标轴方向的 应变， 不引起切应变；同样，各坐标面 的切应力只引起坐标面 的切应变， 不引起
12、 应变。由简单 定，应用叠加原理 ， （2）广义 定 （1）简单 定 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定（2）广义 定 zyxzyxxxxxEEEE1 yxzzxzyyEE11同理得叠加得（1）简单 定 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定广义 定（2）广义 定 GGGEEEzxyzxyzxyzxyyxzzxzyyzyxxvvv)()()(111Gxyxy GGzxyzzxyz据剪切 定 同理 综上所述， 原 向应力状态， 有 （1）简单 定 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-4 各向同性材料的广义 定（2）广义 定 GGGEEEzxyzxyzxyzxyyxzzxzyyzyxxvvv)()()(111若单元体的应力已知时，其广义 定可写成)()()(213313223211111vvvEEE（1）简单 定 第4章 材料的力学性能 应力应变关系 4-5 应变能（1）体变应变与形状
