《材料拉伸曲線》課件

材料拉伸曲線課程導(dǎo)言歡迎來到材料拉伸曲線我們將學(xué)習(xí)材料的力學(xué)性能及其在工程中的應(yīng)用材料的基本性質(zhì)強(qiáng)度材料抵抗外力作用而發(fā)生破壞的能力。硬度材料抵抗物體壓入其表面的能力。塑性材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不發(fā)生斷裂的能力。韌性材料抵抗斷裂的能力。何為拉伸1外力作用拉伸是一種材料在**外力**作用下的變形方式。2方向相反外力方向與材料軸線方向相反。3拉伸變形材料發(fā)生**拉伸變形**。拉伸是指材料在拉力作用下，發(fā)生**軸向伸長(zhǎng)**和**橫向收縮**的變形過程。這種變形可以是**彈性變形**，也可以是**塑性變形**，甚至可能導(dǎo)致材料**斷裂**。拉伸試驗(yàn)裝置拉伸試驗(yàn)裝置是用來測(cè)量材料在拉伸載荷下的力學(xué)性能的設(shè)備。主要由以下部分組成：加載系統(tǒng)：用來施加拉伸載荷，通常是液壓或電動(dòng)的方式。夾持系統(tǒng)：用來固定試樣，確保載荷能夠均勻地傳遞到試樣上。測(cè)量系統(tǒng)：用來測(cè)量拉伸力、試樣的變形量，以及斷裂時(shí)的斷面尺寸?？刂葡到y(tǒng)：用來控制試驗(yàn)的進(jìn)行，包括載荷的施加速度、變形速率等。拉伸試驗(yàn)過程試樣準(zhǔn)備首先，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀要求，將材料加工成合適的試樣。安裝試樣將試樣固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)上的夾具中，確保試樣安裝穩(wěn)固。施加拉伸載荷通過拉伸試驗(yàn)機(jī)緩慢地施加拉伸載荷，并記錄相應(yīng)的拉伸力。測(cè)量伸長(zhǎng)量在施加拉伸載荷的同時(shí)，測(cè)量試樣的伸長(zhǎng)量，通常使用引伸計(jì)或其他測(cè)量裝置。繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線根據(jù)拉伸力和伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)，繪制出材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以便分析材料的力學(xué)性能。應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力材料承受的外部載荷除以材料的截面積。應(yīng)變材料在拉伸或壓縮下發(fā)生的形變與原始長(zhǎng)度的比值。曲線反映了材料在拉伸過程中應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系。彈性范圍材料在拉伸力作用下發(fā)生變形，但當(dāng)拉伸力去除后，材料能夠恢復(fù)到原來的形狀和尺寸的范圍稱為彈性范圍。彈性極限1定義材料在卸載后能夠完全恢復(fù)原狀的最大應(yīng)力值2特征超過彈性極限，材料將產(chǎn)生永久變形屈服強(qiáng)度定義材料開始發(fā)生永久變形時(shí)的應(yīng)力。符號(hào)σy單位MPa意義材料抵抗塑性變形的強(qiáng)度指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度σb抗拉強(qiáng)度材料在拉伸試驗(yàn)中，試樣斷裂時(shí)的最大應(yīng)力，用σb表示。MPa單位通常以兆帕(MPa)為單位。延伸率定義延伸率是指材料在斷裂前所能承受的最大伸長(zhǎng)量，用百分比表示。它是材料韌性的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了材料在斷裂前承受拉伸變形的能力。計(jì)算公式延伸率=(斷裂后的長(zhǎng)度-原長(zhǎng)度)/原長(zhǎng)度*100%斷面收縮率定義斷裂后試樣斷口面積與原始橫截面積之比公式Z=(A0-Af)/A0*100%意義反映材料在拉伸斷裂時(shí)斷口面積的縮減程度應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系線性彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比，符合胡克定律。屈服階段材料開始發(fā)生塑性變形，應(yīng)力不再與應(yīng)變成正比。強(qiáng)化階段材料在塑性變形過程中硬化，應(yīng)力繼續(xù)增加。頸縮階段材料開始發(fā)生頸縮，應(yīng)力達(dá)到峰值后下降，最終斷裂。胡克定律應(yīng)力與應(yīng)變胡克定律描述了彈性材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之間的線性關(guān)系。比例常數(shù)該定律表明，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例常數(shù)為材料的彈性模量。彈性變形胡克定律僅適用于材料的彈性變形階段，即應(yīng)力解除后材料能夠恢復(fù)原狀。應(yīng)變硬化強(qiáng)度提升金屬材料在拉伸過程中，隨著應(yīng)變的增加，材料的強(qiáng)度也會(huì)隨之增加。塑性變形應(yīng)變硬化的本質(zhì)是金屬材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致材料的強(qiáng)度和硬度增加。應(yīng)變速率的影響1提高強(qiáng)度增加應(yīng)變速率會(huì)提高材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。2減少延展性更高的應(yīng)變速率會(huì)導(dǎo)致材料延展性降低，斷裂前變形減少。3影響斷裂模式快速加載可能導(dǎo)致脆性斷裂，而緩慢加載可能導(dǎo)致韌性斷裂。溫度的影響高溫影響高溫會(huì)導(dǎo)致材料的強(qiáng)度下降，塑性增加。在較高溫度下，材料的原子更容易移動(dòng)，從而導(dǎo)致塑性變形更容易發(fā)生。低溫影響低溫會(huì)導(dǎo)致材料的強(qiáng)度增加，塑性降低。在較低溫度下，材料的原子移動(dòng)受限，從而導(dǎo)致塑性變形更加困難。不同金屬的拉伸曲線不同金屬的拉伸曲線在形狀和特征上有所不同，反映了它們?cè)诶燧d荷下的力學(xué)性能差異。例如，鋼鐵的拉伸曲線通常具有明顯的屈服平臺(tái)，而鋁合金的拉伸曲線則相對(duì)平滑，沒有明顯的屈服平臺(tái)。通過比較不同金屬的拉伸曲線，我們可以了解它們的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能，為工程設(shè)計(jì)提供參考。鋼鐵的拉伸曲線鋼鐵拉伸曲線呈現(xiàn)出明顯的屈服平臺(tái)，這是由于鐵碳合金的相變引起的。在屈服點(diǎn)之前，材料處于彈性變形狀態(tài)，變形是可逆的。當(dāng)應(yīng)力超過屈服點(diǎn)，材料進(jìn)入塑性變形階段，變形不可逆。塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和孿生過程完成。拉伸曲線之后會(huì)上升，直到達(dá)到抗拉強(qiáng)度，然后下降，最終材料斷裂。斷裂前，鋼鐵可能會(huì)出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，即斷裂部位變細(xì)。有色金屬的拉伸曲線有色金屬的拉伸曲線與鋼鐵不同，一般情況下，有色金屬的彈性模量較低，屈服強(qiáng)度也較低，但延展性較好，延伸率較高。常見的鋁合金、銅合金、鈦合金等材料的拉伸曲線表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：彈性范圍較小屈服強(qiáng)度較低延伸率較高斷面收縮率較高陶瓷材料的拉伸曲線陶瓷材料的拉伸曲線通常表現(xiàn)為脆性斷裂，沒有明顯的屈服點(diǎn)。由于陶瓷材料的強(qiáng)度較高，拉伸曲線通常具有較高的初始斜率，代表了材料的彈性模量較高。在達(dá)到最大拉伸強(qiáng)度后，陶瓷材料會(huì)迅速發(fā)生斷裂，沒有明顯的塑性變形階段。陶瓷材料的拉伸曲線也受到其微觀結(jié)構(gòu)、缺陷和加工工藝的影響。復(fù)合材料的拉伸曲線復(fù)合材料的拉伸曲線，取決于其組成材料的性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。例如，纖維增強(qiáng)塑料的拉伸曲線往往表現(xiàn)出非線性特征，并且在達(dá)到極限強(qiáng)度之前會(huì)發(fā)生明顯的屈服。在分析復(fù)合材料的拉伸曲線時(shí)，需要考慮材料的組成、結(jié)構(gòu)、加載方向以及環(huán)境因素等。塑性變形機(jī)理晶體材料的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，位錯(cuò)是一種晶體缺陷，會(huì)造成材料的變形和硬化。孿晶是指在一定應(yīng)力作用下，晶體內(nèi)部發(fā)生的一種特殊變形，會(huì)改變晶體結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度。晶粒尺寸和形貌會(huì)影響材料的塑性變形行為，細(xì)晶粒材料通常具有更高的強(qiáng)度和韌性。斷裂機(jī)理脆性斷裂材料在沒有明顯塑性變形的情況下突然斷裂。韌性斷裂材料在斷裂前發(fā)生明顯的塑性變形。疲勞斷裂材料在反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生的裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。應(yīng)力集中與斷裂應(yīng)力集中材料內(nèi)部存在缺陷或幾何形狀突變處，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，局部應(yīng)力值明顯高于平均應(yīng)力。斷裂當(dāng)應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力超過材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，材料會(huì)發(fā)生斷裂。斷裂韌性定義斷裂韌性是指材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，通常用KIC表示，單位為MPa√m。重要性斷裂韌性是材料的一個(gè)重要指標(biāo)，它反映了材料在存在缺陷的情況下，抵抗斷裂的能力。影響因素材料的斷裂韌性受多種因素影響，包括材料的強(qiáng)度、韌性、裂紋尺寸、溫度、載荷速度等。應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)用實(shí)例應(yīng)力-應(yīng)變曲線在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如：材料選擇：根據(jù)材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線選擇合適的材料，以滿足特定應(yīng)用的強(qiáng)度、韌性和剛度要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：利用材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以確保結(jié)構(gòu)在承受特定載荷時(shí)不會(huì)發(fā)生失效。失效分析：通過分析失效材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，可以確定失效原因并采取措施預(yù)防類似事故的發(fā)生。課程總結(jié)1材料性能學(xué)習(xí)了材料拉伸曲線，理解了材料在拉伸載荷下的行為和各種力學(xué)性質(zhì)，以及材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。2測(cè)試方法掌握了拉伸試驗(yàn)的原理和方法，可以進(jìn)行材料拉伸性能的測(cè)試。3應(yīng)用能將材料拉伸曲線與實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合起來，進(jìn)行材料選擇和設(shè)