《材料在拉伸、压缩时的机械性能课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料在拉伸、压缩时的机械性能课件（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料在拉伸、压缩时的机械性能,54材料在拉伸、压缩时的机械性能,分析拉、压杆件的强度和变形问题时，除了计算应力之外，还因了解材料机械性能。,如：危险应力、弹性模量E、泊松比,材料的机械性能都是由实验测定,材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性,本节主要介绍材料拉伸时的机械性能 并对材料压缩时的机械性能作简单说明。,5.4.1材料拉伸时的机械性能,常温静载拉伸试验是研究材料(尤其是金属材料)机械性质最常用和最基本的试验。,室温,缓慢加载,按规定（GB228-76），对圆试件： 对板试件：,为了便于比较各种材料在拉伸时的机械性质，试验时将材料制成标准圆试件；当试验材料为板材时，则采用标准板
2、试件。,其中 do圆试件直径； b、h板试件的横截 面尺寸。 l0试件的有效长度， 称为标距；,实验前在中部标出的一段工作长度,A0为板试件的初始横截面积,应力一应变曲线与应力特征值,1,一般试验机均可将试验 过程中的轴力P和对应 的伸长量l自动地绘 成P- l曲线，称为“拉伸曲线”,在进行拉伸试验时：,将标准試件安装在试验机的夹具中,开动机器缓慢加载,直至试件拉断为止,A3钢的拉伸曲线,A3钢的拉伸曲线,对于同样的材料，这种以 纵坐标表示拉力P，以横 坐标表示绝对伸长l的图 线，将随着试件的尺寸而 改变。,为了消除尺寸的影响，获 得反映材料性能的曲线， 将纵坐标P和横坐标l分 别除以试件的初
3、始截面积 A0和标距l0，得到材料拉 伸时的应力一应变曲线， 即-曲线。,A3钢的 - 曲线,A3钢的 - 曲线,低碳钢（如A3钢）是工程上使用较广泛的材料，同时，它在拉伸过程中所表现的机械性质具有一定的代表性，所以常常把它作为重点研究。,从A3钢的-曲线 可以看出材料的一些特性。,低碳钢拉伸实验的整个过程，大致可分为四个阶段：,l）弹性阶段,2）屈服阶段,3）强化阶段,4）颈缩阶段,l）弹性阶段(oa段),在此阶段内，可以认为变形全部是弹性的。如果在试件上加载， 使其应力不超过a点，然后再卸载，则试件能恢复原状。,与这一阶段的最高点a相对应的应力最高限称为材料的“弹性极限”，用e 表示。,弹
4、性极限e是卸载 后试件上不留塑性变形 的应力最高限！,l）弹性阶段(oa段),在弹性阶段(oa段)内，oa段可以认为是直线的部分，这段直 线的最高点a对应的应力值p，称为材料的比例极限，它是 纵应变与正应力成正比的应力最高限。, =E,在比例阶段内，试件的应力 应变关系符合虎克定律。,胡克定律,l）弹性阶段(oa段),弹性极限与比例极限二者 的意义不同，但由试验求 得的数值却很接近，以致 在实际应用中常认为二者 的数值相同，有时甚至把 这两个名词也相互通用。,可以认为，在弹性范围内， 材料基本符合胡克定律,2）屈服阶段,过了a点，曲线坡度弯缓，这时应力先是下降，然后在很 小的范围内波动，而应变
5、却迅速增长。,这种现象称为“屈服”或“流动”。,这一阶段曲线的最高点称为 “上屈服点”，,这一阶段曲线的最低点称为 “下屈服点”。,工程上通常 将下屈服点b 的应力值称为 “屈服极限”或 “流动极限”， 用s表示。,在屈服 阶段内，材料几 乎失去了抵抗变 形的能力。,2）屈服阶段,在屈服阶段内，如试件表 面光滑，则当应力达到屈服极 限时，就会在其表面上出现许 多倾斜条纹（与试件的轴线约 成45），这种条纹称为滑移 线。它是由于材料内部晶格间 发生滑移所引起的，一般认为， 晶格间的滑移是产生塑性变形 的根本原因。,3）强化阶段（cd）,过了屈服阶段，曲线又继续上升，即材料又恢复了抵抗变形的能力。
6、,这说明当材料晶格滑移到一定程度后，产生了抵抗滑移的能力。,为使应变增加，必须继续增加应力。,这一阶段称为“强化阶段”,这一阶段的应力最高限，也是-曲线上应力的最高限称为“强度极限”，用p表示。,4）颈缩阶段（de段）,载荷到达最高值后，可以看到试件在某一小段内的 横截面急剧收缩，产生所谓颈缩现象。,由于局部的横截面急剧收缩，使试件继续 变形所需的拉力就越来越小，因此，应力应变曲线就开始下降，最后当曲线到达e点时，试件就断裂。,铸铁和玻璃钢的-曲线,从上述分析知低碳钢拉断时会有较大量的塑性变形。,从开始加载一直到拉断，试件的变形都很小，且几乎没有塑性变形，断口处的横截面面积也几乎没有变化。,这
7、种断裂称为脆性断裂。,这些材料没有屈服阶段，不 存在屈服应力，所以它们只 有一个应力持征值b。,灰口铸铁拉伸时的-曲线没有明显的直线部分。对于这类材料，由于工程实际中使用时均控制在较小的应力范围所以可近似认为应力、应变仍成线性关系，如虚线所示，这时胡克定律近似成立。,16Mn钢与A3钢,两条曲线十分相似， 16Mn钢的屈服极限和强度极限均比A3钢高。可见前者的机械性能显著地优于后者。,16Mn钢是一种低合金钢 （合金元素总含量5 的合金钢），是结合我 国资源情况（锰是我国 富产元素）发展起来的， 现已被广泛使用。,这些材料的拉伸曲线都 没有明显的屈服阶段， 而由直线部分直接过渡 到曲线部分。,
8、规定产生0.2%塑性 应变时的应力值为材料 的“条件屈服极限”，用 0.2表示。,冷作硬化和时效现象,在低碳钢等材料的拉伸试验中，当载荷超过弹性范围，例如曲线 到达k点后卸载，应力一应变曲线沿kk1线降至k1，此时载荷为零；,斜直线kk1近似地平行于oa.,这说明:在卸载过程 中,应力和应变按直 线规律变化.,塑性变形,弹性变形,冷作硬化和时效现象,然后在短期内再次 加载，这时应力-应 变大致沿卸载时的 斜直线k1k变化，到 达k点后开始出现塑 性变形，应力-应变 仍沿曲线kde变化， 直至e点试件断裂。,冷作硬化和时效现象,比较未经预拉和经过预拉的试件的- 曲线Oakde和k1kde，后者的
9、比例极限有所提高，断裂时的塑性变形却有所降低。这种现象称为“冷作硬化”。,冷作硬化和时效现象,冷作硬化主要提高了材料的屈服极限，而降低了塑性。工程中常用来提高某些构件在弹性范围内的承载能力，例如建筑构件中的钢筋、起重机中的钢缆等，一般都要作预拉处理。,冷作硬化使材料变硬、变脆， 使加工发生困难，且易产生 裂纹，这时可以采用退火处 理，部分或全部地消除材料 的冷作硬化效应。,冷作硬化和时效现象,某些金属材料加载至塑性变形阶段后卸载，放置一段时 间后再加载，其比例极限和强度极限也会有一定的提高， 且高于冷作硬化后立即加载时的数值。,这种现象称为“时效”。,强度指标与塑性指标,由各种材料的拉伸试验
10、结果可以看出，铸铁、 玻璃钢等材料在拉伸过 程中没有明显的塑性变 形，当应力达到强度极 限b时发生断裂，因此 强度极限b 便是衡量 这类材料的强度的唯一 指标。,强度指标与塑性指标,对于碳素钢等材料在拉断之前，当应力达到屈服极限s 或0.2时，试件就已出现塑性变形，这是构件正常工作 所不允许的，同此屈服极限s或条件屈服极限0.2便是 衡量这类材料的强度的指标。,某些工程部门有 时也将b作为衡 量这类材料的强 度的指标。,上述强度指标b 或s（ 0.2 ）即 为强度条件中的 危险应力u。,强度指标与塑性指标,通过拉伸试验，还可以得到衡量材料塑性性能的指标 延伸率和截面收缩率：,式中： l0为试件
11、标距（原长）； A。为标距范围内试件的初始 截面积； l1为试件拉断后标距的长度 A1为试件拉断后断口处最小的横 截面面积。, 和 的数值愈高，说明材料的塑性愈好。,一般称5%的材料称为塑性材料，如碳素钢、低合金钢等。 称5%的材料为塑性材料，如铸铁、混凝土、石料等。,54.2材料压缩时的机械性能,材料的压缩试验亦在试验机上进行，其试件不同于拉伸试件。 为避免试件因受轴向压力而变弯，需采用短试件。 金属的压缩试验通常采用圆柱形短试件，其高度与直径之比为1.5。 混凝土压缩试件一般为边长等于200mm的正立方体。,从低碳钢压缩时的应力一应变曲线可以看出，在屈服阶 段以前，压缩曲线和拉伸曲线基本重
12、合，即拉伸、压缩 时的弹性模量相同；压缩时的比例极限和屈服极限也与 拉伸时大致相同，但试件愈压愈扁，可以产生很大的塑 性变形而不断裂因而不存在抗压强度极限。,铸铁压缩时的应力一应变曲线,和拉伸曲线（图中虚线） 相似，其线性阶段不明 显，但压缩时的强度极 限b却大大高于拉伸时 的数值（约高24倍）， 且发生明显的塑性变形。,脆性材料由于压缩强度 高，因而多用于制作承 压构件，例如建筑物基 础、机器底座、电机外 壳等。,本章重点： 1、轴向拉伸与压缩的受力及变形特点。 2、求解轴力的方法（截面法）。 3、应力的概念 4、拉、压杆的强度条件 5、拉、压杆的变形计算 6、材料在拉伸、压缩时的机械性能 比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限,下课！,
