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1、,15 拉伸和压缩时材料的力学性能,Mechanical Properties of Materials,一、材料在拉伸时的力学性能,力学性能指材料受力时在强度和变形方面表现出来的性能。,塑性变形又称永久变形或残余变形,塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢,脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料,Mechanical Properties of Materials,材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。,国家标准规定金属材料室温拉伸试验方法,（GB2282002),L=10d L=5d,对圆截面试样：,对矩形截面试样：,Mechani
2、cal Properties of Materials,万能试验机,Mechanical Properties of Materials,Mechanical Properties of Materials,Mechanical Properties of Materials,拉伸图：P L 曲线,应力应变曲线： s e 曲线,s = P /A0,e = L / L0,Mechanical Properties of Materials,1.低碳钢拉伸时的力学性能,Mechanical Properties of Materials,弹性阶段, 比例极限, 弹性极限,虎克定律,弹性摸量,屈服阶
3、段, 屈服极限,强化阶段, 强度极限,局部变形阶段,Mechanical Properties of Materials,塑性材料的卸载(unloading)过程,Mechanical Properties of Materials,f,卸载定律 冷作硬化,材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。称为卸载定律 。,在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现象称为冷作硬化。,Mechanical Properties of Materials,延伸率 (Percent elongation),截面收缩率(Percent reduction in ar
4、ea),与 表征材料破坏后的塑性变形程度。,与试件的原始尺寸L/d有关； 与试件的原始尺寸无关。,塑性材料,脆性材料,5%,5%,在工程中按 区分 塑性材料和脆性材料,韧性指标:,注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变p应变实质就是延伸率,Mechanical Properties of Materials,按照国家标准规定， 取对应于试件产生0.2%的塑性应变(p=0.2%)的应力作为屈服点,用0.2 表示名义屈服应力。,“名义屈服应力”0.2,有些塑性材料(如:铝合金)没有明显的屈服平台。,由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。,Mechanical Properties of Ma
5、terials,合金钢20Cr 高碳钢T10A 螺纹钢16Mn 低碳钢A3 黄铜H62,2、其它塑性金属材料的拉伸曲线,Mechanical Properties of Materials,特点： 无屈服过程 无塑性变形 无塑性指标,b是衡量脆性材料强度的唯一指标。,3、脆性材料的拉伸性能,Mechanical Properties of Materials,二、材料在压缩时的力学性能,试件： 金属材料短圆柱 混凝土、石料立方体,国家标准规定金属压缩试验方法,（GB731487),Mechanical Properties of Materials,低碳钢压缩,压缩时由于横截面面积不断增加，试
6、样横截面上的应力很难达到材料的强度极限，因而不会发生颈缩和断裂。,Mechanical Properties of Materials,塑性材料的压缩,塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当: (S)t (S)c,Mechanical Properties of Materials,脆性材料的压缩,脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度: (b)c (b)t,Mechanical Properties of Materials,Mechanical Properties of Materials,塑性材料和脆性材料的主要区别：,塑性材料的主要特点：,塑性指标较高，抗拉断和承受冲击能力较好，其强度指标主要是
7、s，且拉压时具有同值。,脆性材料的主要特点：,塑性指标较低，抗拉能力远远低于抗压能力，其强度指标只有b。,Mechanical Properties of Materials,三、几种非金属材料的力学性能,混凝土,Mechanical Properties of Materials,木材,机械性能思考题,1,2,3,三种材料的应力 应变曲线如图，,用这三种材料制成同尺寸拉杆， 请回答如下问题：,哪种强度最好？,哪种刚度最好？,哪种塑性最好？,请说明理论依据？,s,e,Mechanical Properties of Materials,Mechanical Properties of Mate
8、rials,塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的： （A）屈服应力提高，弹性模量降低； （B）屈服应力提高，塑性降低； （C）屈服应力不变，弹性模量不变； （D）屈服应力不变，塑性不变。 正确答案是（ ）,低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的： （A）比例极限； （B）屈服极限； （C）强度极限； （D）弹性极限。 正确答案是（ ）,B,B,Mechanical Properties of Materials,根据图示三种材料拉伸时的应力应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一
9、个是正确的： （A）强度极限 （1）（2） （3）； 弹性模量 E（1） E（2） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ； （B）强度极限 （2） （1） （3）； 弹性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （1） （2） （3） ； （C）强度极限 （3）（1） （2）； 弹性模量 E（3） E（1） E（2）； 延伸率 （3） （2） （1） ； （D）强度极限 （1）（2） （3）； 弹性模量 E（2） E（1） E（3）； 延伸率 （2） （1） （3）； 正确答案是（ ）,B,Mechanical Properties of Materials,关于低碳钢试样拉伸至屈
10、服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的： （A）应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效； （B）应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效； （C）应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效； （D）应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。 正确答案是（ ）,C,关于 有如下四种论述，请判断哪一个是正确的： （A）弹性应变为0.2%时的应力值； （B）总应变为0.2%时的应力值； （C）塑性应变为0.2%时的应力值； （D）塑性应变为0.2时的应力值。 正确答案是（ ）,C,Mechanical Properties of Materials,低碳钢加载卸载 再加载路径有以
11、下四种，请判断哪一个是正确的： （A）OAB BC COAB ； （B）OAB BD DOAB ； （C）OAB BAOODB； （D）OAB BD DB。 正确答案是（ ）,D,关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的： （A）脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力； （B）脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力； （C）塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力； （D）脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。 正确答案是（ ）,A,2、 高温、常时工作的构件，会产生蠕变和松弛,几个概念：,*温度和时间对材料力学性能的影响,1、 高温对材料的力学性能有影响,4、松弛(Relaxation)：应变保持不
12、变，应力随时间增加而降低的现象,3、蠕变(Creep)：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象,Mechanical Properties of Materials,一、短期静载下温度对材料力学性能的影响,Mechanical Properties of Materials,二、高温、长期静载下材料的力学性能,金属材料的高温蠕变(Creep) （碳钢350C以上）,Mechanical Properties of Materials,蠕变示意图,随时间增加，伸长量在不变的载荷作用下继续增加的现象。,静载P作用下的伸长量：0,Mechanical Properties of Materials,一细金属线预先有应变后保持不变，应力随时间增加而降低的现象。,松弛示意图,Mechanical Properties of Materials,
