材料力學第五版第二章04

1、2-72-7 材料在拉伸和壓縮時的力學性能材料在拉伸和壓縮時的力學性能 力學性能力學性能材料受力時在強度和變形方面所表材料受力時在強度和變形方面所表現(xiàn)出來的性能?，F(xiàn)出來的性能。力學性能力學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)境由試驗方式獲得由試驗方式獲得 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）變形條件下的力學性能。變形條件下的力學性能。試驗條件：常溫試驗條件：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、材料的拉伸和壓縮試驗 試驗儀器：萬能材料試驗機試驗儀器：萬能材料試驗機、

2、低碳鋼試樣的拉伸圖及低碳鋼的力學性能、低碳鋼試樣的拉伸圖及低碳鋼的力學性能 1 1、拉伸圖、拉伸圖 四個階段：四個階段：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)強化階段強化階段(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Σ牧系膽兦€圖。應變曲線圖。AFNll圖中：圖中：A 原始橫截面面積原始橫截面面積 名義應力名義應力l 原始標距原始標距 名義應變名義應變2 2、拉伸過程四個階段的變形特征及應力特征點、拉伸過程四個階段的變形特征及應力特征點： (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，且且與與成線性關系成線性關系EE 線段線段OA的斜率的斜率比例極限比例極限p 對應點對應點A彈性極限彈性極限e 對應點對應點B(2)(2)、屈服階段、屈服階段此階段應變顯著增加，但應力基本此階段應變顯著增加，但應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 對應點對應點D（屈服低限）（屈服低限）s(3)(3)、強化階段、強化階段 此階段材料抵抗變形的能力有所增強。此階

4、段材料抵抗變形的能力有所增強。強度極限強度極限b 對應對應點點G ( (拉伸強度拉伸強度) )，最大名義應力最大名義應力此階段如要增加應此階段如要增加應變，必須增大應力變，必須增大應力材料的強化材料的強化強化階段的卸載及再加載規(guī)律強化階段的卸載及再加載規(guī)律 pe若在強化階段卸載，若在強化階段卸載，則卸載過程則卸載過程 - 關關系為直線。系為直線。 立即再加載時，立即再加載時，-關系起初基本上沿關系起初基本上沿卸載直線卸載直線(cb)上升直上升直至當初卸載的荷載，至當初卸載的荷載，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_ 彈性應變彈性應變p 殘余應變（塑性）殘

5、余應變（塑性）冷作硬化對材料力學性能的影響冷作硬化對材料力學性能的影響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鋼的主要強度指鋼的主要強度指標：標： Q235鋼的塑性指標：鋼的塑性指標： %30%20%60Q235鋼的彈性指標：鋼的彈性指標： 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的力學性能、其他金屬材料在拉伸時的力學性能 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鋁、退火球墨鑄鐵沒有明強鋁、退火球墨鑄鐵沒有明顯屈服階段顯屈服階段共同點：共同點： 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)定非比例伸長應力非比例伸長應力或或屈服屈服強度強度。 p0.2對應于對應于p=0.2%時時的應力值的應力值灰口鑄鐵軸向拉伸試驗灰口鑄鐵軸向拉伸試驗灰

7、口鑄鐵在拉伸時的灰口鑄鐵在拉伸時的 曲線曲線特點：特點：1、 曲線從很低應力曲線從很低應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、強化、局部、沒有屈服、強化、局部變形階段，只有唯一拉伸強變形階段，只有唯一拉伸強度指標度指標b3、伸長率非常小，拉伸強、伸長率非常小，拉伸強度度b基本上就是試件拉斷時基本上就是試件拉斷時橫截面上的真實應力橫截面上的真實應力。 典型的脆性材料典型的脆性材料鑄鐵試件在軸向拉伸時的破壞斷面：鑄鐵試件在軸向拉伸時的破壞斷面：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、在壓縮時的力學性能、金屬材料在壓縮時的力學性能 壓縮壓縮拉伸拉伸2 2、低碳鋼壓縮時、低碳鋼壓縮時 的曲線的曲線 特點：特點：1 1、低碳鋼拉、壓時的、低碳鋼拉、壓時的s以以及彈性模量及彈性模量E基本相同?；鞠嗤?。 2、材料延展性很好，不、材料延展性很好，不會被壓壞。會被壓壞。特點：特點： 1 1、壓縮時的、壓縮時的b和和 均比拉伸時大得多，宜做受壓構(gòu)件；均比拉伸時大得多，宜做受壓構(gòu)件；2 2、即使在較低應力下其、即使在較低應力下其 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)生錯動而破壞。發(fā)生錯

9、動而破壞。3 3、灰口鑄鐵壓縮時的、灰口鑄鐵壓縮時的 曲線曲線端面潤滑時端面潤滑時端面未潤滑時端面未潤滑時、幾種非金屬材料的力學性能、幾種非金屬材料的力學性能 1 1、混凝土：拉伸強度很小，結(jié)構(gòu)計算時一般不加以、混凝土：拉伸強度很小，結(jié)構(gòu)計算時一般不加以考慮考慮; ;使用標準立方體試塊測定其壓縮時的力學性能。使用標準立方體試塊測定其壓縮時的力學性能。 特點特點:(1)、直線段很短，在變形不、直線段很短，在變形不大時突然斷裂；大時突然斷裂；(2)、壓縮強度壓縮強度b及破壞形式與及破壞形式與端面潤滑情況有關；端面潤滑情況有關；(3)、以、以 曲線上曲線上 =0.4b的點與原點的連線確定的點與原點的

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性能具有方向性其力學性能具有方向性亦可認為是亦可認為是正交各正交各向異性材料向異性材料其力學性能具有三個其力學性能具有三個相互垂直的對稱軸相互垂直的對稱軸特點：特點：1 1、順紋拉伸強度很高，但、順紋拉伸強度很高，但受木節(jié)等缺陷的影響波動；受木節(jié)等缺陷的影響波動；2 2、順紋壓縮強度稍低于順、順紋壓縮強度稍低于順紋拉伸強度，但受木節(jié)等缺紋拉伸強度，但受木節(jié)等缺陷的影響小。陷的影響小。3 3、橫紋壓縮時可以比例極、橫紋壓縮時可以比例極限作為其強度指標。限作為其強度指標。4 4、橫紋拉伸強度很低，工、

11、橫紋拉伸強度很低，工程中應避免木材橫紋受拉。程中應避免木材橫紋受拉。松木順紋拉伸、壓縮和橫紋壓縮時的松木順紋拉伸、壓縮和橫紋壓縮時的 曲線曲線許用應力許用應力 和彈性和彈性模量模量 E 均應隨應力方均應隨應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合材料復合材料力學性能力學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的纖維單向排列的

12、玻璃鋼沿纖維方向拉伸時的 曲線曲線特點：特點：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，玻璃鋼的力學性能是各玻璃鋼的力學性能是各向異性的。向異性的。2-8 2-8 應力集中的概念應力集中的概念應力集中應力集中由于桿件橫截面突然變化而引起的應由于桿件橫截面突然變化而引起的應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，應力烈，應力集中就越集中就越嚴重。嚴重。nommaxtK理論應力集中因數(shù)理論應力集中因數(shù)：具有小孔的均勻受拉平板具有小孔的均勻受拉平板3tK下標下標t 表示是對應于正應表示是對應于正應力的理論應力集中因數(shù)力的理論應力集中因數(shù)nom 截面突變的橫截面上截面突變的橫截面上max作用點處的作用點處的名義應力；軸向拉壓時為橫截面上的平均應力。名義應力；軸向拉壓時為橫截面上的平均應力。應力集中對強度的影響：應力