材料力學(xué)第五版第二章04

1、2-72-7 材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能 力學(xué)性能力學(xué)性能材料受力時(shí)在強(qiáng)度和變形方面所表材料受力時(shí)在強(qiáng)度和變形方面所表現(xiàn)出來的性能?，F(xiàn)出來的性能。力學(xué)性能力學(xué)性能取決于取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部環(huán)境外部環(huán)境由試驗(yàn)方式獲得由試驗(yàn)方式獲得 本節(jié)討論的是常溫、靜載、軸向拉伸（或壓縮）本節(jié)討論的是常溫、靜載、軸向拉伸（或壓縮）變形條件下的力學(xué)性能。變形條件下的力學(xué)性能。試驗(yàn)條件：常溫試驗(yàn)條件：常溫(20)(20)；靜載（及其緩慢地加載）；靜載（及其緩慢地加載）試件試件： dh 、材料的拉伸和壓縮試驗(yàn)、材料的拉伸和壓縮試驗(yàn) 試驗(yàn)儀器：萬能材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)儀器：萬能材料試驗(yàn)機(jī)、

2、低碳鋼試樣的拉伸圖及低碳鋼的力學(xué)性能、低碳鋼試樣的拉伸圖及低碳鋼的力學(xué)性能 1 1、拉伸圖、拉伸圖 四個(gè)階段：四個(gè)階段：荷載荷載伸長量伸長量 (1)(1)彈性階段彈性階段(2)(2)屈服階段屈服階段(3)(3)強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段(4)(4)局部變形階段局部變形階段為了消除掉試件尺寸的影響，將試件拉伸圖轉(zhuǎn)變?yōu)闉榱讼粼嚰叽绲挠绊?，將試件拉伸圖轉(zhuǎn)變?yōu)椴牧系膽?yīng)力材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。應(yīng)變曲線圖。AFNll圖中：圖中：A 原始橫截面面積原始橫截面面積 名義應(yīng)力名義應(yīng)力l 原始標(biāo)距原始標(biāo)距 名義應(yīng)變名義應(yīng)變2 2、拉伸過程四個(gè)階段的變形特征及應(yīng)力特征點(diǎn)、拉伸過程四個(gè)階段的變形特征及應(yīng)力特征點(diǎn)： (1)

3、(1)、彈性階段、彈性階段OB此階段試件變形完全是彈性的，此階段試件變形完全是彈性的，且且與與成線性關(guān)系成線性關(guān)系EE 線段線段OA的斜率的斜率比例極限比例極限p 對應(yīng)點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)A彈性極限彈性極限e 對應(yīng)點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)B(2)(2)、屈服階段、屈服階段此階段應(yīng)變顯著增加，但應(yīng)力基本此階段應(yīng)變顯著增加，但應(yīng)力基本不變不變屈服屈服現(xiàn)象?，F(xiàn)象。產(chǎn)生的變形主要是塑性產(chǎn)生的變形主要是塑性的。的。拋光的試件表面上可見拋光的試件表面上可見大約與軸線成大約與軸線成45 的滑移的滑移線。線。屈服極限屈服極限 對應(yīng)點(diǎn)對應(yīng)點(diǎn)D（屈服低限）（屈服低限）s(3)(3)、強(qiáng)化階段、強(qiáng)化階段 此階段材料抵抗變形的能力有所增強(qiáng)。此階

4、段材料抵抗變形的能力有所增強(qiáng)。強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b 對應(yīng)對應(yīng)點(diǎn)點(diǎn)G ( (拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度) )，最大名義應(yīng)力最大名義應(yīng)力此階段如要增加應(yīng)此階段如要增加應(yīng)變，必須增大應(yīng)力變，必須增大應(yīng)力材料的強(qiáng)化材料的強(qiáng)化強(qiáng)化階段的卸載及再加載規(guī)律強(qiáng)化階段的卸載及再加載規(guī)律 pe若在強(qiáng)化階段卸載，若在強(qiáng)化階段卸載，則卸載過程則卸載過程 - 關(guān)關(guān)系為直線。系為直線。 立即再加載時(shí)，立即再加載時(shí)，-關(guān)系起初基本上沿關(guān)系起初基本上沿卸載直線卸載直線(cb)上升直上升直至當(dāng)初卸載的荷載，至當(dāng)初卸載的荷載，然后沿卸載前的曲然后沿卸載前的曲線斷裂線斷裂冷作硬化冷作硬化現(xiàn)象。現(xiàn)象。e_ 彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變p 殘余應(yīng)變（塑性）殘

5、余應(yīng)變（塑性）冷作硬化對材料力學(xué)性能的影響冷作硬化對材料力學(xué)性能的影響pb不變不變p(4)(4)、局部變形階段、局部變形階段試件上出現(xiàn)急劇局部橫截面收試件上出現(xiàn)急劇局部橫截面收縮縮頸縮頸縮，直至試件斷裂。，直至試件斷裂。伸長率伸長率%1001-lll斷面收縮率：斷面收縮率：%1001-AAAA1 斷口處最斷口處最小橫截面面積。小橫截面面積。 （平均塑性伸長率）（平均塑性伸長率）MPa240sMPa390bQ235鋼的主要強(qiáng)度指鋼的主要強(qiáng)度指標(biāo)：標(biāo)： Q235鋼的塑性指標(biāo)：鋼的塑性指標(biāo)： %30%20%60Q235鋼的彈性指標(biāo)：鋼的彈性指標(biāo)： GPa210200E通常通常 的材料稱為的材料稱為塑

6、性材料塑性材料；%5 的材料稱為的材料稱為脆性材料脆性材料。%53、低碳鋼拉伸破壞斷面、低碳鋼拉伸破壞斷面、其他金屬材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能、其他金屬材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能 錳鋼沒有屈服和局部變形階錳鋼沒有屈服和局部變形階段段強(qiáng)鋁、退火球墨鑄鐵沒有明強(qiáng)鋁、退火球墨鑄鐵沒有明顯屈服階段顯屈服階段共同點(diǎn)：共同點(diǎn)： 5%5%，屬塑性材料，屬塑性材料無屈服階段的塑性材料，以無屈服階段的塑性材料，以p0.2作為其名義屈服極限，稱作為其名義屈服極限，稱為規(guī)定為規(guī)定非比例伸長應(yīng)力非比例伸長應(yīng)力或或屈服屈服強(qiáng)度強(qiáng)度。 p0.2對應(yīng)于對應(yīng)于p=0.2%時(shí)時(shí)的應(yīng)力值的應(yīng)力值灰口鑄鐵軸向拉伸試驗(yàn)灰口鑄鐵軸向拉伸試驗(yàn)灰

7、口鑄鐵在拉伸時(shí)的灰口鑄鐵在拉伸時(shí)的 曲線曲線特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、 曲線從很低應(yīng)力曲線從很低應(yīng)力水平開始就是曲線；采用割水平開始就是曲線；采用割線彈性模量線彈性模量2、沒有屈服、強(qiáng)化、局部、沒有屈服、強(qiáng)化、局部變形階段，只有唯一拉伸強(qiáng)變形階段，只有唯一拉伸強(qiáng)度指標(biāo)度指標(biāo)b3、伸長率非常小，拉伸強(qiáng)、伸長率非常小，拉伸強(qiáng)度度b基本上就是試件拉斷時(shí)基本上就是試件拉斷時(shí)橫截面上的真實(shí)應(yīng)力橫截面上的真實(shí)應(yīng)力。 典型的脆性材料典型的脆性材料鑄鐵試件在軸向拉伸時(shí)的破壞斷面：鑄鐵試件在軸向拉伸時(shí)的破壞斷面：1 1、壓縮試樣、壓縮試樣 圓截面短柱體圓截面短柱體31dl正方形截面短柱體正方形截面短柱體31bl、金屬材料

8、在壓縮時(shí)的力學(xué)性能、金屬材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能 壓縮壓縮拉伸拉伸2 2、低碳鋼壓縮時(shí)、低碳鋼壓縮時(shí) 的曲線的曲線 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1、低碳鋼拉、壓時(shí)的、低碳鋼拉、壓時(shí)的s以以及彈性模量及彈性模量E基本相同。基本相同。 2、材料延展性很好，不、材料延展性很好，不會(huì)被壓壞。會(huì)被壓壞。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1 1、壓縮時(shí)的、壓縮時(shí)的b和和 均比拉伸時(shí)大得多，宜做受壓構(gòu)件；均比拉伸時(shí)大得多，宜做受壓構(gòu)件；2 2、即使在較低應(yīng)力下其、即使在較低應(yīng)力下其 也只近似符合胡克定律也只近似符合胡克定律; ;3 3、試件最終沿著與橫截面大致成、試件最終沿著與橫截面大致成 50 55 的斜截面的斜截面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而破壞。發(fā)生錯(cuò)

9、動(dòng)而破壞。3 3、灰口鑄鐵壓縮時(shí)的、灰口鑄鐵壓縮時(shí)的 曲線曲線端面潤滑時(shí)端面潤滑時(shí)端面未潤滑時(shí)端面未潤滑時(shí)、幾種非金屬材料的力學(xué)性能、幾種非金屬材料的力學(xué)性能 1 1、混凝土：拉伸強(qiáng)度很小，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)一般不加以、混凝土：拉伸強(qiáng)度很小，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)一般不加以考慮考慮; ;使用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊測定其壓縮時(shí)的力學(xué)性能。使用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊測定其壓縮時(shí)的力學(xué)性能。 特點(diǎn)特點(diǎn):(1)、直線段很短，在變形不、直線段很短，在變形不大時(shí)突然斷裂；大時(shí)突然斷裂；(2)、壓縮強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度b及破壞形式與及破壞形式與端面潤滑情況有關(guān)；端面潤滑情況有關(guān)；(3)、以、以 曲線上曲線上 =0.4b的點(diǎn)與原點(diǎn)的連線確定的點(diǎn)與原點(diǎn)的

10、連線確定“割線割線彈性模量彈性模量”。2 2、木材、木材木材屬木材屬各向異性材料各向異性材料其力學(xué)性能具有方向性其力學(xué)性能具有方向性亦可認(rèn)為是亦可認(rèn)為是正交各正交各向異性材料向異性材料其力學(xué)性能具有三個(gè)其力學(xué)性能具有三個(gè)相互垂直的對稱軸相互垂直的對稱軸特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1、順紋拉伸強(qiáng)度很高，但、順紋拉伸強(qiáng)度很高，但受木節(jié)等缺陷的影響波動(dòng)；受木節(jié)等缺陷的影響波動(dòng)；2 2、順紋壓縮強(qiáng)度稍低于順、順紋壓縮強(qiáng)度稍低于順紋拉伸強(qiáng)度，但受木節(jié)等缺紋拉伸強(qiáng)度，但受木節(jié)等缺陷的影響小。陷的影響小。3 3、橫紋壓縮時(shí)可以比例極、橫紋壓縮時(shí)可以比例極限作為其強(qiáng)度指標(biāo)。限作為其強(qiáng)度指標(biāo)。4 4、橫紋拉伸強(qiáng)度很低，工、

11、橫紋拉伸強(qiáng)度很低，工程中應(yīng)避免木材橫紋受拉。程中應(yīng)避免木材橫紋受拉。松木順紋拉伸、壓縮和橫紋壓縮時(shí)的松木順紋拉伸、壓縮和橫紋壓縮時(shí)的 曲線曲線許用應(yīng)力許用應(yīng)力 和彈性和彈性模量模量 E 均應(yīng)隨應(yīng)力方均應(yīng)隨應(yīng)力方向與木紋方向傾角不向與木紋方向傾角不同而取不同數(shù)值。同而取不同數(shù)值。3 3、玻璃鋼、玻璃鋼玻璃纖維的不同排列方式玻璃纖維的不同排列方式玻璃纖維與熱固性樹脂粘合而成的玻璃纖維與熱固性樹脂粘合而成的復(fù)合材料復(fù)合材料力學(xué)性能力學(xué)性能玻璃纖維和樹脂的性能玻璃纖維和樹脂的性能玻璃纖維和樹脂的相對玻璃纖維和樹脂的相對量量材料結(jié)合的方式材料結(jié)合的方式纖維單向排列的玻璃鋼沿纖維方向拉伸時(shí)的纖維單向排列的

12、玻璃鋼沿纖維方向拉伸時(shí)的 曲線曲線特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、直至斷裂前、直至斷裂前 基基本是線彈性的；本是線彈性的；2 2、由于纖維的方向性，、由于纖維的方向性，玻璃鋼的力學(xué)性能是各玻璃鋼的力學(xué)性能是各向異性的。向異性的。2-8 2-8 應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中應(yīng)力集中由于桿件橫截面突然變化而引起的應(yīng)由于桿件橫截面突然變化而引起的應(yīng)力局部驟然增大的現(xiàn)象。力局部驟然增大的現(xiàn)象。截面尺寸截面尺寸變化越劇變化越劇烈，應(yīng)力烈，應(yīng)力集中就越集中就越嚴(yán)重。嚴(yán)重。nommaxtK理論應(yīng)力集中因數(shù)理論應(yīng)力集中因數(shù)：具有小孔的均勻受拉平板具有小孔的均勻受拉平板3tK下標(biāo)下標(biāo)t 表示是對應(yīng)于正應(yīng)表示是對應(yīng)于正應(yīng)力的理論應(yīng)力集中因數(shù)力的理論應(yīng)力集中因數(shù)nom 截面突變的橫截面上截面突變的橫截面上max作用點(diǎn)處的作用點(diǎn)處的名義應(yīng)力；軸向拉壓時(shí)為橫截面上的平均應(yīng)力。名義應(yīng)力；軸向拉壓時(shí)為橫截面上的平均應(yīng)力。應(yīng)力集中對強(qiáng)度的影響：應(yīng)力