工程力學(xué)C 第6章 材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能

DEPARTMENTOFENGINEERINGMECHANICSKUST第六章

材料拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能MechanicalPropertiesofMaterialsunderAxialLoading本章介紹材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能應(yīng)力集中失效與許用應(yīng)力6.1引言材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能（機(jī)械性能）：材料受力時(shí)，在強(qiáng)度和變形方面表現(xiàn)出來的性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)的外部條件：常溫、靜載（緩慢平穩(wěn)加載）。材料的力學(xué)性能取決于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的外部條件6.2.1

低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試件（GB）標(biāo)距l(xiāng)0

，通常取l0=5d0

或l0=10d0低碳鋼：含碳量＜0.3%

的碳素鋼。夾頭夾頭

6.2

材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能FF電子萬能試驗(yàn)機(jī)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)底座活動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)活塞油管固定橫頭固定立柱活動(dòng)立柱液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)工作原理低碳鋼試件的拉伸圖：低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變圖或σ-ε曲線低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變圖或σ-ε曲線。1.σ-ε曲線的四個(gè)階段：

1）彈性階段oab2）屈服階段bc4）縮頸階段ef3）強(qiáng)(硬)化階段ce1）彈性階段

oab：這一階段可分為，斜直線Oa和微彎曲線ab；該段范圍內(nèi)，試件變形是彈性的，卸載后變形可完全恢復(fù)。Oa段：變形是線彈性的，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。比例極限彈性極限E：彈性模量（楊氏模量）；E幾何意義：oa直線段的斜率。=屈服極限σs2）屈服階段

bc：上屈服極限下屈服極限應(yīng)力微小波動(dòng),產(chǎn)生顯著的塑性變形，此現(xiàn)象稱為屈服。屈服極限σs對表面磨光的試件，屈服時(shí)可在試件表面看見與軸線大致成45°傾角的條紋。這是由于材料內(nèi)部晶格之間相對滑移而形成的，稱為滑移線，如圖。這是由45°斜截面上的最大剪應(yīng)力引起的。（3）強(qiáng)（硬）化階段

ce強(qiáng)度極限在此階段，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力。要使應(yīng)變增大必須增加應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)(硬)化。強(qiáng)化階段的變形絕大部分是塑性變形，很小部分是彈性變形。（4）縮頸階段

ef:為什么斷裂時(shí)的σ＜

b?實(shí)際應(yīng)力f試件的變形發(fā)生在某一局部范圍內(nèi)，橫截面顯著收縮，叫縮頸現(xiàn)象；直至斷裂。∵σ=F/A是名義應(yīng)力。

A是原始橫截面積。

（1）彈性指標(biāo)：注意：σs和σb是衡量材料強(qiáng)度的重要指標(biāo)2.

低碳鋼的主要力學(xué)性能指標(biāo)

（2）強(qiáng)度指標(biāo)：（3）塑性指標(biāo):

σp，σe，

s，

b

；延伸率δ:截面收縮率ψ

:d0受力前d1斷裂后當(dāng)≥5％時(shí)，為塑性（延性）材料；當(dāng)＜5％時(shí)，為脆性材料。

3.卸載定律：冷作硬化現(xiàn)象:材料在卸載時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變成直線（平行oa）關(guān)系。殘余應(yīng)變（塑性應(yīng)變）冷作硬化現(xiàn)象經(jīng)過退火后可消除材料經(jīng)塑性變形并卸載后，其σp(σs)提高，δ降低的現(xiàn)象。

彈性應(yīng)變將低碳鋼的力學(xué)性能標(biāo)示在應(yīng)力-應(yīng)變圖上：鑄鐵是典型的脆性材料1.

鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能1）斷裂時(shí)的延伸率很?。鸿T鐵拉伸時(shí)的3個(gè)特點(diǎn)：6.2.2其它材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能沿橫截面斷：是σmax的作用結(jié)果（拉斷）2）σ-ε曲線沒有屈服階段和縮頸階段；只能測出其拉伸強(qiáng)度極限。強(qiáng)度極限σb

是鑄鐵唯一的強(qiáng)度指標(biāo)。割線彈性模量E：σ-ε曲線的原點(diǎn)至終點(diǎn)割線的斜率。割線3）σ-ε曲線沒有明顯的直線部分，是一段微彎的曲線；2.其他塑性材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能錳鋼沒有屈服和縮頸階段。硬鋁和退火球墨鑄鐵沒有明顯的屈服階段。以上材料：

≥5%,屬于塑性材料;且均沒有明顯的屈服階段。對于在拉伸過程中沒有明顯屈服階段的塑性材料：規(guī)定：產(chǎn)生0.2％塑性應(yīng)變所對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服極限，稱為名義屈服極限，用σ0.2來表示。3.新型材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能（自學(xué)）6.3材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能一般金屬材料的壓縮試件都做成圓柱形狀1.

低碳鋼壓縮時(shí)的σ-ε曲線壓縮測不出拉伸壓縮拉伸2.

鑄鐵壓縮時(shí)的σ-ε曲線壓縮拉伸1）斷口沿45°方向：是τmax的作用結(jié)果（剪斷）。

2）常用材料的力學(xué)性能見表6.1，P137

。

約3～4倍

6.4

應(yīng)力集中前面我們介紹過拉壓桿橫截面上的應(yīng)力是均勻分布的，但是當(dāng)桿上有孔或裂紋時(shí)，橫截面上的應(yīng)力不再均勻分布，靠近孔邊或裂紋處的應(yīng)力急劇增大。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。即：應(yīng)力集中：因截面尺寸的突然變化而引起局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。FF如開有圓孔的板條F如階梯軸的軸肩處如帶有切口的板條應(yīng)力集中系數(shù)：σmax:σn: 發(fā)生應(yīng)力集中的截面上的最大應(yīng)力。截面上按凈面積算出的平均應(yīng)力。式中:注意：塑性材料對應(yīng)力集中不敏感；∴可不考慮應(yīng)力集中的影響。FF1F2即當(dāng)達(dá)到時(shí)，該處首先產(chǎn)生破壞。動(dòng)載荷作用下：無論是塑性材料還是脆性材料都必須要考慮應(yīng)力集中的影響。F脆性材料所制成的構(gòu)件必須要考慮應(yīng)力集中的