《《材料力学》第二章轴向拉伸和压缩第6节课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《材料力学》第二章轴向拉伸和压缩第6节课件（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材 料 力 学第二章第二章 轴向拉伸和压缩轴向拉伸和压缩(Ch2. Axial Tension and Compression)材 料 力 学第二章 轴向拉伸和压缩6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能Mechanical Property of Materials 材材料料在在外外力力作作用用下下所所呈呈现现的的有有关关强强度度和和变变形形方方面面的的特性特性，称为材料的力学性能材料的力学性能。 材料力学性能是构件强度、刚度和稳定计算的重要组成部分，也是合理选用材料和从事新材料研究的重要依据。 材料的力学性能都要通过试验来测定。 本节主要介绍工程中常用材料在拉伸和压缩时的
2、力学性能。 材材料料的的力力学学性性能能除除因因材材料料不不同同而而不不同同以以外外，还还受受试试验验条条件件、加加力力方方式式等等很很多多因因素素的的影影响响。同一材料在常常温温、高高温温和和低低温温的不同条件下测得的力学性能各不相同；在快快速速加加载载下下 测得的力学性能与缓缓慢慢加加载载条条件件下下 测得的力学性能也有显著差别；同一材料在拉、压、扭转和弯曲不同变形形式下表现出不同的力学性能。因此应针对不同情况，分别试验，以确定不同情况下的力学性能。为了使测得的材料力学性能可以互相对比，应严格按照有关试验规范的要求进行测定。6材料在拉伸和压缩时的力学性能Mechanical 6材料在拉伸和
3、压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能Mechanical Property of Materials. 材料的拉伸和压缩试验材料的拉伸和压缩试验(Tensile Test and Compression Test of Materials). 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能(Load deflection diagram in tension about mild steel). 其它金属材料在拉伸时的力学性能其它金属材料在拉伸时的力学性能(Mechanical property of others metal materials in tension )
4、. 金属材料在压缩时的力学性能金属材料在压缩时的力学性能(Mechanical property of metal materials in Compression) . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能(Mechanical property of some nonmetal materials)6材料在拉伸和压缩时的力学性能Mechanical 6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 材料的拉伸和压缩试验材料的拉伸和压缩试验试验条件:常温、 静载(under gradually applied lood at room temperature)试验标
5、准:GB22887。标准试件(Standard specimen) :如图，圆形试件，板形试件使用Standard specimen 便于相互比较圆形试件又分长试件(l10d)和短试件(l5d)两种标距(Gage Length)l压缩试件: 短圆柱体，短棱柱体试验设备:万能试验机变形仪6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 材料的拉伸和压mild steel（软钢）低碳钢 (low-carbon steel) 如Q235号钢Characteristic:Characteristic:1,1,弹性阶段弹性阶段Elastic rangeElastic range;2,2,屈服阶段屈服阶段Yield r
6、angeYield range;3,3,强化阶段强化阶段Hardening Hardening rangerange;4,4,颈缩阶段颈缩阶段Necking rangeNecking range6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能llAPD=es1,Load deflection diagram in tension about mild steel:tensile diagram(P PLL) diagram:mild steel（软钢）低碳钢6材料在拉伸和压6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩
7、时的力学性能 . 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能Pl = E= E( )1,1,弹性阶段弹性阶段Elastic rangeElastic rangesp:比例极限比例极限proportional limitproportional limitse:弹性极限弹性极限 elastic limitelastic limitep = 0 ( )工程上常认为为同一点2,2,屈服阶段屈服阶段Yield rangeYield range (流动阶段流动阶段Slip rangeSlip range) P基本不变,L却不断增加,对抛光的试件,可以看到与杆轴线约成45度方向上的条纹(
8、滑移线 slip lines),表明材料此时的塑性变形由剪应力(tmax =s/2)引起。 Yieldpoint (以下屈服点为准)ss:屈服极限屈服极限 Yielding limit 或 流动流动极限极限 Silde limit6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能4,4,颈缩阶段颈缩阶段Necking rangeNecking range(局部变形阶段局部变形阶段 Localized deformation range) 此时在某一较弱的横截面及其附近横向
9、尺寸显著缩小,出现所谓“颈缩”现象。breaking point(f): 在F点拉断后,弹性变形 ee 部分恢复，剩下塑性变形 ep (plastic strain)物体进入塑性阶段后，总变形 e ee ep3,3,强化阶段强化阶段Hardening rangeHardening rangesb :强度极限强度极限(抗拉强度）抗拉强度） Ultimate strength6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 在强化阶段后期和颈缩阶段,由于变形较大,故P/A
10、和e = l / l 并不能表示试件的真实应力（true stress）和真实应变（true strain) 故：常称为名义应力名义应力Nominal stress (Conventional stress)e = l / l 常称为名义应变名义应变 Nominal strain (Conventional strain)6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能卸载规律卸载规律:卸载时荷载与试样伸长量之间遵循直线关系的规律称为材料的卸载规律. 在卸载过程中，弹性
11、变形逐渐消失,只留下塑性变形。 如果卸载后立即再加荷载，则荷载与伸长量间基本上仍遵循着卸载时的同一直线关系，一直到开始卸载时的荷载为止.冷作硬化冷作硬化 cold hardening 实质：strain hardening冷作时效时效 age hardening6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉材料分类： 塑性材料塑性材料 Ductile materials: d 脆性材料脆性材料 Brittle materials: d对Q235钢:ss240MPa,sb390MPa,d2030%,60% 材料的强度指标(The strength index of materials):sp
12、 :比例极限比例极限 se:弹性极限弹性极限 ss:屈服极限屈服极限sb :强度极限强度极限（spsess）材料的塑性指标(The plastic index of materials):1,伸长率伸长率 (Percentage Elongation):6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能低碳钢试样的拉伸图及其力学性能psipsi2,断面收缩率断面收缩率(Percentage of Cross-section ):材料分类：材料的强度指标(The strength inde6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 .
13、其它金属材料在拉伸时的力学性能其它金属材料在拉伸时的力学性能 常用塑性金属塑性金属材料在拉伸时的力学性能6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 其它金属材料在6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 其它金属材料在拉伸时的力学性能其它金属材料在拉伸时的力学性能有些材料例如铝合金和退火球墨铸铁没有屈服阶段没有屈服阶段，而其它三个阶段却很明显；另外一些材料例如锰钢则仅有弹性阶段和强化阶段，而没有屈服阶没有屈服阶段段和局部变形阶段局部变形阶段。这些材料的共同 特点是伸长率d均较大, 它们和低碳钢一样都属 于塑性材料。 对没有屈服阶段没有屈服阶段的塑性 材料，通常以塑性应变ep es
14、 0.2%所对应的应力确定为屈服极限屈服极限强度，并称之为名义名义屈服极限屈服极限，标记为s0.26材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 其它金属材料在6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 其它金属材料在拉伸时的力学性能其它金属材料在拉伸时的力学性能典型脆性金属材料 铸铁铸铁(Cast Iron)在拉伸时的力学性能:值很小，无屈服和“颈缩”现象。无直线段，断裂时变形很小强度指标只有强度极限强度极限sb ；通常用规定某一总 应变时se曲线的 割线（图2-21中的 虚线）来代替此曲 线在开始部分的直线，从而确定其弹性 模量，并称之为割线弹性模量割线弹性模量。6材料在拉伸和压缩
15、时的力学性能 . 其它金属材料在6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 金属材料在压缩时的力学性能金属材料在压缩时的力学性能低碳钢在压缩时的力学性能:弹性,屈服初期与拉伸时相同，Ec=Et spc=spt ssc=sst压 拉 mc = mt 因 A(P)故测不出sbc6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 金属材料在压缩6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 金属材料在压缩时的力学性能金属材料在压缩时的力学性能铸铁在压缩时的 力学性能: 变形很小就突然破坏，无sSc sbc sbt 为经济的抗压材料。 破坏面与试件轴线成大约35o39o角,表明是因
16、为抗剪能力不够而断裂。6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 金属材料在压缩铸铁在压缩时的力学性能: 为了对比，图中示出了灰口铸铁受压(实线)和受拉(虚线)的se 曲线。从图可知，铸铁压缩 se 曲线也无严格的直线部分，破坏时的应变较拉伸大,约为5。破坏面与试件轴线大约成35o39o，表明试件主要是剪断的。由于斜面上同时存在正压力引起的摩擦力的影响，所以破坏面并不在最大剪应力方向(45o)。铸铁的抗压强度比抗拉强度高得多,约为35倍，加之价格较低廉、便于成型，因此广泛用于制造机座、机床床身、轴承座等承压构件。6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 金属材料在压缩时的力学性能
17、金属材料在压缩时的力学性能铸铁在压缩时的力学性能:6材料在拉伸和压缩时的力学性能6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能混凝土和 天 然 石 料压缩：试件的破坏形式与两端面受到的摩擦力的大小有关。(a),(b)分别表示试件两端面不加润滑剂和加润滑剂的破坏形式。前者由于两端面横向变形受到摩擦力的阻碍,使试件中部逐渐剥落,形成两个相连的截锥体。后者由于润滑使摩擦力减小,产生纵向开裂破坏,其抗压强度也较前者小。在规范中,取立方体的边长为150mm,按前者测出的抗压强度称为标准立方体抗压强度,并用以确定混凝土或石料的等级。 sbc
18、 10 sbt混凝土的弹性模量规定以s0.4sb时的割线斜率来确定。6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能混凝土压缩混凝土压缩:混凝土是一种多相材料,内部细小裂缝多,随着受力增大,裂缝经历稳定阶段、稳定扩展阶段和裂缝贯通非稳定扩展阶段,表现出加载曲线有明显的非线性。由于内部硬骨料使沿裂缝滑移受阻,故其破坏也有一个渐变过程。混凝土加载到某一点a(即使应力不大)卸载,将有塑性应变eap(图(b),但多次重复加载和卸载后,塑性变形逐步减小。因此,工程上常以割线oa(虚线)的斜率
19、来定义弹性模量6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能木材的力学性能:木材的顺纹抗拉强度很高，但因受木节等缺陷的影响，其强度极限值波动很大。木材的横纹抗拉强度很低。工程中应避免横纹受拉。木材的顺纹抗压强度虽稍低于顺纹抗拉强度，但受木节等缺陷的影响较小。木材为各向异性材料，顺纹与横纹的力学性质相差较大。6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能玻璃钢等复合材
20、料:由两种或两种以上不同性能的材料在宏观尺度上复合而成的新材料，称为复合材料这种材料不仅具有组成材料相互取长补短的综合性能，而且具有组成材料没有的良好性能6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能复合材料:复合材料一般由基体材料和增强材料所组成。基体材料可以是塑料、金属和陶瓷等;增强材料可以是纤维、颗粒和微珠。目前在结构材料中应用最广泛的现代复合材料是纤维增强塑料。其中纤维主要是玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和芳纶纤维,基体主要是不饱和聚脂树脂、环氧树脂和酚醛树脂等。玻璃钢等复合材
21、料的主要主要优点优点是重量轻重量轻，比强比强度（抗拉强度密度）高，成型工艺简单，且度（抗拉强度密度）高，成型工艺简单，且耐腐蚀、抗振性能好耐腐蚀、抗振性能好。玻璃钢的力学性能与所用的玻璃纤维（或玻璃布）和树脂的性能，以及两者的相对用量和相互结合的方式有关。6材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料 塑料的典型拉伸图: 塑料是一类品种繁多的高分子合成材料,它除了具有一定的强度、刚度和塑性以外,还具有重量轻还具有重量轻( (比重为比重为0.90.92.2)2.2)、耐化学腐蚀、电绝缘性能好和易于成、耐化学腐蚀、电绝缘性能好和易于成型加工等优点型加工等优点。 塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料
22、两类。 热塑性塑料热塑性塑料:这类塑料加热软化、冷却硬化,反复加热和冷却仍具有可塑性。如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。 热固性塑料热固性塑料:这类塑料化学反应成型后,受热和冷却不再明显改变状态.如酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料等。 不同品种的塑料,由于成分、分子结构的不同,其力学性质差别很大。有些属于塑性材料有些属于塑性材料, ,有些属于脆性材料有些属于脆性材料。抗拉强度值从几MPa变到上百MPa;断后伸长率从几乎为零变到百分之几百。塑料塑料还是一种粘弹性材料还是一种粘弹性材料,具有强烈的粘弹性性质。 塑料的主要缺点主要缺点是不耐热不耐热,一般只能在100以下长期使用,少数塑料可耐200的高温;塑料
23、在光、热、氧作用在光、热、氧作用下易老化变质下易老化变质。为了满足使用要求,克服主要缺点,在塑料制品中常有各种添加剂添加剂;特别是通过高性能纤维增强通过高性能纤维增强, ,便制造出了性能特别优良的现代便制造出了性能特别优良的现代复合材料复合材料。6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 . 几种非金属材料的力学性能几种非金属材料的力学性能 塑料的典型拉伸应力一应变曲线如图所示。由图可知,它也有弹性阶段、屈服阶段和强化阶段。图中点对应的应力称为比例极限(或弹性极限)sp;点为屈服点,该点应力称为屈服强度ss;点以后的应力略有下降,变形显著增长;试件最后在c点断裂,相应应力sb为
24、断裂强度(又称拉伸强度)。若在c点断裂,规范规定以屈服强度ss 作为断裂强度。 塑料的典型拉伸图:6材料在拉伸和压缩时的力学性6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能温度对材料力学性能的影响温度对材料力学性能的影响钢材在高钢材在高、低温下的力学性质低温下的力学性质: 高、低温下材料力学性质测定方法和常温下测定相同,但试件要处于相应的温度环境之中。 图4.21为某种碳钢在不同温度水平下测得的se 曲线。图4.22为低碳钢(合碳0.15%)的力学性能随温度变化的曲线。 图4.23为一种中碳钢在不同低温条件下所得拉伸图。6材料在拉伸和压缩时的力学性能温度对材料力学性能的6材料在拉伸
25、和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 温度对材料力学性能的影响温度对材料力学性能的影响钢材在高、低温下的力学性质钢材在高、低温下的力学性质:由以上各图显示的材料力学性能,可归纳出如下结论结论:1,从室温升温,总的规律是材料的强度指标(ss, sb)随温度升高而降低,塑性指标(d,y)随温度升高而提高,弹性模量随温度升高而减小,泊松比m随温度升高而增大。2,从室温降温,强度极限提高,但断后伸长率d降低,当温度降到-253时,材料已由塑性材料转变为脆性材料。3,在特定的温度区间,某些指标有一些特定规律。如低碳钢的抗拉强度sb,在温度低于250时,随温度升高而增加；在250300之间sb最
26、大,但断后伸长率d在此温度范围却有较大下降，表现出性能脆化，称为蓝脆性蓝脆性。6材料在拉伸和压缩时的力学性能 温度对材料力学性能6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能 温度对材料力学性能的影响温度对材料力学性能的影响 温度对塑料力学性能的影响温度对塑料力学性能的影响 : 塑料是一种不耐热的材料,其力学性能随温度变化很大。 图4.24为塑料的应变一温度曲线。当温度低于玻璃化温度Tg时,塑料处于玻璃态,具有一定的强度和刚度,应力-应变基本成线性关系,是塑料的使用状态。当温度高于Tg 时,塑料将转变为高弹态而成为橡胶；温度进一步升高到Tf时,又由高弹态变成粘流态。温度达到Td塑料
27、分解。 从玻璃态到高弹态,塑料的强度、刚度性能将有大幅度降低,例如弹性模量将下降34个数量级,如图4.25。6材料在拉伸和压缩时的力学性能 温度对材料力学性能6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念1,粘弹性的概念粘弹性的概念: 理理想想弹弹性性Ideal Ideal ElasticityElasticity表表现现为为应应力力与与应应变变成成线线性性关关系系, ,服服从从虎虎克克定定律律；理理想想粘粘性性IdealIdeal ViscosityViscosity表表现现为为应应力力与与应应变变速速度度成成线
28、线性性关关系系, ,服服从从牛牛顿顿粘粘性性定定律律。粘粘弹弹性性ViscoelasticityViscoelasticity是是介介于于上上述述两两种种性性质质之之间间的的、既既有有弹弹性性又又有有粘粘性性的的性性质质。沥青、混凝土、塑料和低熔点金属(铅及其合金等)在较低温度下就有强烈的粘弹性态。但对于碳钢要在300350以上、合金钢要在350400以上才显示明显的粘弹性态。 粘弹性的特特点点是应应力力、应应变变和和时时间间的的相相关关性性。主要表现在产生蠕蠕变变Creep、应应力力松松弛弛Slackness of Strss和弹性后效弹性后效Elastic Elastic Aftereff
29、ect等现象上.6材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念2,蠕变、松弛和弹性后效的概念蠕变、松弛和弹性后效的概念: 蠕蠕变变Creep是指在在恒恒定定温温度度和和应应力力作作用用下下,材材料料的的变变形形随随时时间间增增加加而而增增加加的的现现象象。图4.26表示一条典型的蠕变曲线。图中初始应变e0是加载产生的应变,为时间。曲线(斜率代表蠕变速度)可分成三个阶段:*初始蠕变阶段,蠕变速率 由快逐渐降低；*稳定蠕变阶段,蠕变速率为定值；*破坏蠕变阶段,蠕变速率逐
30、渐加大,直至破坏. 同一材料,当应力恒定、温度提高,或温度恒定、应力提高,都会使蠕变速率加快。6材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念2,蠕变蠕变、松弛和弹性后效的概念松弛和弹性后效的概念:* *应力松弛应力松弛Slackness of Strss是指在恒定温度和应变的条件下在恒定温度和应变的条件下,材料的应力随时间的增加而减小的现象材料的应力随时间的增加而减小的现象。这种现象主要由主要由于材料的弹性变形随时间逐渐转变为塑性变形弹性变形随时间逐渐转变为塑性变形
31、而致。图4.27为一条典型的应力松弛曲线,s0为初始应力。 * *弹弹性性后后效效Elastic Elastic Aftereffect或弹弹性性滞滞后后是指指材材料料在在弹弹性性阶阶段段加加载载和和卸卸载载时时,应应变变的的变变化化滞滞后后于于应应力力变变化化的的现现象象。因此,即使在弹性阶段卸除荷载,变形也不能全部立即恢复,而要经历一定时间后才能全部恢复。6材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、 蠕变、应力松弛和弹性后效等现象,对于处于粘弹性状态工作的材料必须加以考虑。例如,汽轮机叶轮上的叶片工作中受到离心力作用,又处于高温环境中,其蠕变变形必须要严格控制在一定限度内,否则将导致
32、叶片变形过大而与机壳相碰的事故。6材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念粘弹性和蠕变、松弛、弹性后效的概念 蠕变、应力松弛和弹性后效等现象,对于处于粘226材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结小结)材料主要力学性能指标材料主要力学性能指标:1,弹弹性性抗抗力力指指标标有比比例例极极限限sp和弹弹性性极极限限se 。应用上两者常不作区分。2,材材料料刚刚度度指指标标反映材料对弹性变形的抗力。有弹弹性性模模量量、泊泊松松比比m和剪剪切切模模量量。对于各向同性材料,三者为常数,存在关系:E/2(1+m) 对于正交各向异性材
33、料,每一个主方向有个弹性常数,共有个独立的弹性常数。对于极端各向异性材料,则共有个独立的弹性常数(参见各向异性弹性力学)。3,材材料料强强度度指指标标有屈屈服服点点ss(或名名义义屈屈服服极极限限s0.2)、强强度度极限极限sb和疲劳极限疲劳极限sr. 。4,材料塑性指标材料塑性指标有延伸率延伸率(断后伸长率)d和截面收缩率截面收缩率5,材料韧性指标材料韧性指标有冲击韧性冲击韧性ak和断裂韧性断裂韧性K1c.26材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结)材料主要力学性能226材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结小结)两两类类材材料料力力学学性性能能比比较较:从前面几节介绍可
34、知，塑性材料和脆性材料的力学性能有显著的不同，为了给构件选定适宜的材料，应对它们的力学性能特点有明确的认识。(1)(1)塑塑性性材材料料的的塑塑性性好好( (d d5%)5%)、韧韧性性高高, ,脆脆性性材材料料塑塑性性差差( (d d5%)5%)、韧韧性性低低。因此,需要锻压加工的构件、承受动应力作用的构件、易于产生低应力脆断的构件等宜选用塑性好、韧性高的塑性材料制作。(2)(2)通通常常塑塑性性材材料料的的抗抗拉拉强强度度比比脆脆性性材材料料高高, ,而而脆脆性性材材料料抗抗压压强强度度比比抗抗拉拉强强度度高高得得多多。因此,受拉构件应选用塑性材料,脆性材料适于制作基础、机座等承压构件。(
35、3)(3)塑塑性性材材料料因因存存在在屈屈服服阶阶段段,当构件存在应力集中使局部最大应力达到屈服极限时,该应力不再增大而变形迅速增加;当外力继续增大时,增加的力就由截面上尚未屈服的材料来承担,这样就使截面上的应力趋于均匀,因此对于塑塑性性材材料料在在静静载载荷荷作作用用时时,可以不不考考虑虑应应力力集集中中的的影影响响,但动动应应力力下下仍仍需需考考虑虑,对于组组织织均均匀匀的的脆脆性性材材料料,应力集中将显著降低构件的强度,不不仅仅动动应应力力作作用用下下要要考考虑虑, ,就就是是在在静静载载荷荷作作用用下下也也要要考考虑虑。而对于组组织织粗粗糙糙的的脆脆性性材材料料(如铸铁),材料本身就有
36、许多杂质、孔隙,即有严重的应力集中,外外形形改改变变所所引引起起的的应应力力集集中中则处于次要地位,可可以以不不考考虑虑。因此,从对应力集中的敏感性考虑,对于有严重应力集中的构件应选用塑性好的材料。(4)(4)金属材料往往强度越高金属材料往往强度越高, ,韧性越低韧性越低。图4.16示出了某种高强度钢s0.2与1c的关系。从强度的观点来看, s0.2值越高越好,但随着s0.2值的增高,1c值严重降低,这将导致产生低应力脆断。因此,不能只强调材料的强度指标,而忽略了材料的韧性指标。应二者兼顾。26材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结)两类材料力学性能226材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压
37、缩时的力学性能(小结小结)材料的力学性质是构件强度、刚度和稳定计算的重要组成部分,也是合理选用材料和改进材料的主要依据。主要内容主要内容:1,材料的力学性能是通过试验确定的。影响材料力学性能的因素很多,因此,试验必须严格按规范条件进行。材料的应力一应变曲线是反映材料力学性能的基本资料,应掌握常用工程材料的应力一应变曲线。低碳钢拉伸应力一应变曲线具有典型性和基础性,它全面地显示出材料的力学性能,如E,m,sp , se, ss, sb,d,y等。对于其它材料的力学性能可与低碳钢对比,并注意其特点。 2,工程材料的主要力学性能指标有：强度指标ss (或s0.2), sb等；塑性指标d,y等；刚度指
38、标E,G, m等；韧性指标ak,K1c等。对各项性能指标的物理意义、测定原理应清晰理解,并注意我国规范GB22887关于对抗力指标和塑性指标的定义。 3,工程材料可分成两类:塑性材料(d5%)和脆性材料(d5%)。两类材料的力学性能有很大的差异。塑性材料抗拉压性能基本一致,强度高,塑性和韧性好,一般常用作拉杆、动荷载作用的构件、应力集中严重的构件和易发生低应力脆断的构件。脆性材料的显著特点是抗压性能好,但抗拉、塑性和韧性均差,一般用作受压构件。有些指标是矛盾的,如强度高往往韧性就低。因此,选用材料时应全面考虑。假若片面追求高强度,忽视了必要的断裂韧度要求,构件就会发生裂纹失稳扩展而脆断；又若只
39、重视强度、韧度指标,不注意刚度指标,构件也可能会因变形过量而不能正常工作。26材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结)材料的力学性质是226材料在拉伸和压缩时的力学性能材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结小结) 4,各向同性材料的力学性能与方向无关,正交、各向异性材料的力学性能是方向的函数,试验和选用材料都更复杂。正交各向异性材料要分别测定三个主方向的性能,且不同主方向性能差别很大。在选材(或设计材料)时,除了注意主要受力以外,次要受力方向也要注意,否则可能因次要受力方向材料性能太差而导致破坏。 5,材料的力学性质对温度是敏感的,在高温或低温工作的构件,不能用常温测得的材料力学性能指标,必须在相应的
40、温度中测定。一般而论,材料的强度指标(ss, sb),刚度指标随温度升高而下降；塑性指标d,y随温度升高而增加。但对有些材料,特殊温度区间例外。 6,材料的弹性、塑性和粘性是三种理想性质。在一定条件下表现为一个或多个方面的性质。如塑料、混凝土、沥青在常温和不大的应力下表现出弹性和粘性。而碳钢在高温(300以上)和一定的应力下才表现出粘弹性；在常温下,受力小(弹性范围)表现为弹性,受力大(屈服)表现为塑性或弹塑性,根据材料弹性、塑性和粘性的表现特征,突出主要性能,略去次要性能,提出了众多的本构模型。基本的有:理想弹性模型、理想弹塑性模型、理想刚塑性模型、线性强化弹塑性模型、幂强化模型、麦克斯威尔模型、沃埃特一凯尔文模型。 本本章章重重点点:1,常用材料的se 曲线及特点,特别是低碳钢拉伸se 曲线及特点;2,材料主要力学性能指标的物理意义和测定; 基基本本概概念念:线弹性,屈服,强化,冷作硬化,粘弹性,蠕变,应力松弛等。26材料在拉伸和压缩时的力学性能(小结) 4,
