材料力学第2章(2)-材料的力学性能.

《材料力学第2章(2)-材料的力学性能.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料力学第2章(2)-材料的力学性能.（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的轴向载荷作用下材料的 力学性能力学性能 基础篇之三基础篇之三 材料力学材料力学 下一章下一章 上一上一章章 返回返回 总目录总目录 通过拉伸与压缩实验，可以测得材料在轴向载通过拉伸与压缩实验，可以测得材料在轴向载 荷作用下，从开始受力到最后破坏的全过程中应力荷作用下，从开始受力到最后破坏的全过程中应力 和变形之间的关系曲线，称为应力应变曲线。应和变形之间的关系曲线，称为应力应变曲线。应 力应变曲线全面描述了材料从开始受力到最后破力应变曲线全面描述了材料从开始受力到最后破 坏过程中的力学行为坏过程中的力学行为。由此即可确定不同材料发生由此即可确定不同材料发生

2、强度失效时的应力值（称为强度指标）和表征材料强度失效时的应力值（称为强度指标）和表征材料 塑性变形能力的韧性指标。塑性变形能力的韧性指标。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 应力应力- -应变曲线应变曲线 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 韧性指标韧性指标 结论与讨论结论与讨论 返回总目录 弹性力学性能弹性力学性能 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 单向压缩时材料的力学行为单向压缩时材料的力学行为 应力应力- -应变曲线应变曲线 返回返回 返回总目录返回总目录 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载

3、荷作用下材料的力学性能 进行拉伸实验，首先需要将被试验的材料按国家标准制成 标准试样(standard specimen);然后将试样安装在试验机上，使 试样承受轴向拉伸载荷。通过缓慢的加载过程，试验机自动记 录下试样所受的载荷和变形，得到应力与应变的关系曲线，称 为应力-应变曲线(stress-strain curve)。 应力应力应变曲线应变曲线 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 为了得到应力-应变曲线，需要将给定的材料做成标准试样 （specimen）,在材料试验机上，进行拉伸或压缩实验（tensile test,compression test）

4、。 试验时，试样通过卡具或夹具安装在试验机上。试验机通过 上下夹头的相对移动将轴向载荷加在试样上。 应力应力应变曲线应变曲线 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 脆性材料拉伸时的 应力-应变曲线 应力应力应变曲线应变曲线 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 韧性金属材料拉 伸时的应力-应变 曲线 应力应力应变曲线应变曲线 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 工程塑料拉伸时的 应力-应变曲线 应力应力应变曲线应变曲线 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力

5、学性能 弹性力学性能弹性力学性能 返回返回 返回总目录返回总目录 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性模量弹性模量 应力-应变曲线上的初始 阶段通常都有一直线段，称 为线性弹性区，在这一区段 内应力与应变成正比关系， 其比例常数，即直线的斜率 称为材料的弹性模量（杨氏 模量，modulus of elasticity or Young modulus），用E 表示。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能弹性力学性能 切线模量（tangent modulus） ，即曲线上任一点处切线的斜率， 用Et表示。

6、 对于应力-应变曲线初始阶段的 非直线段，工程上通常定义两种模 量： 割线模量（secant modulus）， 即自原点到曲线上的任一点的直线 的斜率，用Es表示。 这两种模量统称为工程模量。 弹性模量弹性模量 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能弹性力学性能 弹性模量弹性模量 对于一般结构钢都有明显而 较长的线性弹性区段;高强钢、 铸钢、有色金属等则线性段较短 ;某些非金属材料，如混凝土， 其应力-应变曲线线性弹性区段 不明显。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能弹性力学性能 比例极限与弹

7、性极限比例极限与弹性极限 应力-应变曲线上线性弹性区段的应 力最高限称为比例极限(proportional limit)，用p表示。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能弹性力学性能 比例极限与弹性极限比例极限与弹性极限 线性弹性阶段之后，应力-应变 曲线上有一小段微弯的曲线，这表 示应力超过比例极限以后，应力与 应变不再成正比关系。但是，如果 在这一阶段，卸去试样上的载荷， 试样的变形将随之消失。 这表明这一阶段内的变形都是 弹性变形，因而包括线性弹性阶段 在内，统称为弹性阶段。弹性阶段 的应力最高限称为弹性极限(elastic limit)

8、，用e表示。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能弹性力学性能 比例极限与弹性极限比例极限与弹性极限 大部分韧性材料比例极限与弹性极 限极为接近，只有通过精密测量才能加 以区分。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 弹性力学性能弹性力学性能 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 返回返回 返回总目录返回总目录 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 屈服应力屈服应力 在许多韧性材料的应力-应变曲线中， 在弹性阶段之后，出现近似的水平段，这一 阶段中应力几乎不变，而变形急剧增

9、加，这 种现象称为屈服(yield) 。这一阶段曲线的 最低点对应的应力值称为屈服应力或屈服强 度(yield stress)，用s表示。 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 屈服应力屈服应力 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 0.2 对于没有明显屈服阶段的韧 性材料，工程上规定产生0.2 塑性应变时的应力值为其屈服应 力，称为材料的条件屈服应力 (offset yield stress)，用0.2表示 。 条件条件屈服应力屈服应力 极限应力

10、值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 应变硬化应变硬化 强度极限强度极限 应力超过屈服应力或条 件屈服应力后，要使试样继 续变形，必须再继续增加载 荷。这一阶段称为强化 (strengthening)阶段。这一 阶段应力的最高限称为强度 极限(strength limit)，用b 表示。 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 强度极限强度极限 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 颈

11、缩与断裂颈缩与断裂 某些韧性材料(例如低 碳钢和铜)，应力超过强度 极限以后，试样开始发生局 部变形，局部变形区域内横 截面尺寸急剧缩小，这种现 象称为颈缩(neck)。出现颈 缩之后，试样变形所需拉力 相应减小，应力-应变曲线 出现下降阶段，直至试样被 拉断。 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 对于脆性材料，从开始加载直至试样被拉断对于脆性材料，从开始加载直至试样被拉断 ，试样的变形都很小。而且，在大多数脆性材料，试样的变形都很小。而且，在大多数脆性材料 拉伸的应力拉伸的应力- -应变曲线上，都没有明显的直线段，应

12、变曲线上，都没有明显的直线段， 几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩现象几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩现象 ，因而只有断裂时的应力值，因而只有断裂时的应力值强度极限。强度极限。 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 极限应力值极限应力值强度指标强度指标 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 韧性指标韧性指标 返回返回 返回总目录返回总目录 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 韧性指标韧性指标 通过拉伸试验还可得到衡量材料韧性性能的指标通过

13、拉伸试验还可得到衡量材料韧性性能的指标 延伸率和截面收缩率：延伸率和截面收缩率： 其中，其中，l l 0 0 为试样原长（规定的标距）；为试样原长（规定的标距）；A A 0 0 为试样的初始横截为试样的初始横截 面面积；面面积；l l 1 1 和和A A 1 1 分别为试样拉断后长度分别为试样拉断后长度( (变形后的标距长度变形后的标距长度) ) 和断口处最小的横截面面积。和断口处最小的横截面面积。 延伸率和截面收缩率的数值越大，表明材料的韧性越延伸率和截面收缩率的数值越大，表明材料的韧性越 好。工程上一般认为好。工程上一般认为 5 5者为韧性材料；者为韧性材料； 5 5者为脆性者为脆性 材料

14、。材料。 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 单向压缩时材料的力学行为单向压缩时材料的力学行为 返回返回 返回总目录返回总目录 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 材料压缩实验，通常采用短试样。低碳钢压材料压缩实验，通常采用短试样。低碳钢压 缩时的应力缩时的应力- -应变曲线。与拉伸时的应力应变曲线。与拉伸时的应力- -应变曲应变曲 线相比较，拉伸和压缩屈服前的曲线基本重合，线相比较，拉伸和压缩屈服前的曲线基本重合， 即拉伸、压缩时的弹性模量及屈服应力相同，但即拉伸、压缩时的弹性模量及屈服应力相同，但 屈服后，由于试样

15、愈压愈扁，应力屈服后，由于试样愈压愈扁，应力- -应变曲线不断应变曲线不断 上升，试样不会发生破坏。上升，试样不会发生破坏。 单向压缩时材料的力学行为单向压缩时材料的力学行为 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 单向压缩时材料的力学行为单向压缩时材料的力学行为 第第3 3章章 轴向载荷作用下材料的力学性能轴向载荷作用下材料的力学性能 铸铁压缩时的应力铸铁压缩时的应力 - - 应变曲线，与拉伸时的应应变曲线，与拉伸时的应 力力- -应变曲线不同的是，应变曲线不同的是，压缩时压缩时压缩时压缩时 的的强强度极限度极限远远远远远远远远 大大 于拉伸于拉伸时时时时的数的数值值值值，通常是拉伸