材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能-2

1、一一 試件和實(shí)驗(yàn)條件試件和實(shí)驗(yàn)條件常溫、靜常溫、靜載載第三節(jié)第三節(jié) 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性能?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)金屬拉伸試驗(yàn)方法金屬拉伸試驗(yàn)方法（GB228-2002）1低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性能oabcef明顯的四個(gè)階段明顯的四個(gè)階段1 1、彈性階段、彈性階段obobP比例極限比例極限Ee彈性極限彈性極限tanE2 2、屈服階段、屈服階段bcbc（失去抵（失去抵抗變形的能力）抗變形的能力）s屈服極限屈服極限3 3、強(qiáng)化階段、強(qiáng)化階段cece（恢復(fù)抵抗（恢復(fù)抵抗變形的能力）變形的能力）強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限b4 4、局部變形階段、局部變形階段efefPesb

2、彈性階段 在拉伸的初始階段，與的關(guān)系為直線，這表示在這一階段內(nèi)與成正比，即 這就是拉伸時(shí)的胡克定律定律。式中為與材料有關(guān)的比例常數(shù)，稱(chēng)為彈性模量彈性模量。因?yàn)閼?yīng)變沒(méi)有量綱，故的量綱與相同，常用單位是吉帕，記為，（）。由公式(23)并從曲線的直線部分可以得到 所以是直線的斜率。直線的最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，用來(lái)表示，稱(chēng)為比例極限。比例極限?？梢?jiàn)，當(dāng)應(yīng)力低于比例極限時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，材料服從虎克定律。彈性階段 從點(diǎn)到點(diǎn)，與之間的關(guān)系不再是直線，但解除拉力后變形仍可完全消失，這種變形稱(chēng)為彈性變形彈性變形。點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料只出現(xiàn)彈性變形的極限值，稱(chēng)為彈性極限彈性極限。在曲線上，、兩點(diǎn)非常接近，所以

3、工程上對(duì)彈性極限和比例極限并不嚴(yán)格加以區(qū)分。 在應(yīng)力大于彈性極限后，如再解除拉力，則試件變形的一部分隨之消失，這就是上面提到的彈性變形。但還遺留下部分不能消失的變形，這種變形稱(chēng)為塑性變形塑性變形或殘余變形殘余變形。強(qiáng)化階段頸縮兩個(gè)塑性指標(biāo)兩個(gè)塑性指標(biāo): :%100001lll斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率斷面收縮率斷面收縮率%100010AAA%5為塑性材料為塑性材料%5為脆性材料為脆性材料低碳鋼的低碳鋼的%3020%60為塑性材料為塑性材料0卸載定律及冷作硬化卸載定律及冷作硬化1 1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載oabcefPesb2 2、過(guò)彈性范圍卸載、再加載、過(guò)彈性范圍卸載、再加

4、載ddghf 即材料在卸載過(guò)程中即材料在卸載過(guò)程中應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系，應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系，這就是這就是卸載定律卸載定律。 材料的比例極限增高，材料的比例極限增高，延伸率降低，稱(chēng)之為延伸率降低，稱(chēng)之為冷作硬冷作硬化或加工硬化化或加工硬化。冷作硬化 如把試件拉到超過(guò)屈服極限的點(diǎn)然后逐漸卸除拉力，曲線將沿著斜直線回到點(diǎn)，斜直線近似平行于。這說(shuō)明：在卸載過(guò)程中，應(yīng)力和應(yīng)變按直線規(guī)律變化。這就是卸載卸載定律定律。拉力完全卸除后，應(yīng)力應(yīng)變圖中，表示消失了的彈性變形，而表示不再消失的塑性變形。冷作硬化 卸載后，如在短期內(nèi)短期內(nèi)再次加載，則應(yīng)力和應(yīng)變大致上沿卸載時(shí)的斜直線變化，直到點(diǎn)后，又沿曲線變化?？梢?jiàn)

5、再次加載時(shí)，直到點(diǎn)以前材料的變形是線性的，過(guò)點(diǎn)后才開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形。比較圖211中的和兩條曲線，可見(jiàn)在第二次加載時(shí)，其比例極限(亦即彈性階段)得到了提高，但塑性變形和延伸率卻有所下降。這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷冷作硬化作硬化。冷作硬化現(xiàn)象經(jīng)退火后可以消除。冷作硬化 工程上經(jīng)常利用冷作硬化來(lái)提高材料的彈性極限。如起重用的鋼索和建筑用的鋼筋，常用冷拔工藝以提高強(qiáng)度。但另一方面，零件初加工后，由于冷作硬化使材料變脆變硬，給下一步加工造成困難，且容易產(chǎn)生裂紋，往往需要在工序之間安排退火，以消除冷作硬化的影響。用這三種材料制成同尺寸拉桿，請(qǐng)回答如下問(wèn)題：哪種強(qiáng)度最好？哪種強(qiáng)度最好？哪種剛度最好？哪種剛度最好？哪種塑

6、性最好？哪種塑性最好？請(qǐng)說(shuō)明理論依據(jù)？請(qǐng)說(shuō)明理論依據(jù)？三種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖，123 由上節(jié)的試驗(yàn)可知，對(duì)于脆性材料，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度極限時(shí)，構(gòu)件會(huì)斷裂而破壞；對(duì)于塑性材料，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，將產(chǎn)生顯著的塑性變形，常會(huì)使構(gòu)件不能正常工作。工程中，把構(gòu)件斷裂或出現(xiàn)顯著的塑性變形統(tǒng)稱(chēng)為破壞破壞。材料破壞時(shí)的應(yīng)力稱(chēng)為極限應(yīng)力極限應(yīng)力 失效、安全因素和強(qiáng)度計(jì)算失效、安全因素和強(qiáng)度計(jì)算失效：由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象。max= u拉= b拉max= u= s拉壓構(gòu)件材料的失效判據(jù)：max= u壓= b壓I. 材料的拉、壓許用應(yīng)力塑性材料： ,s2 . 0ssnn或脆性材料：許用

7、拉應(yīng)力 bbtn其中，ns因數(shù)對(duì)應(yīng)于屈服極限的安全其中，nb對(duì)應(yīng)于拉、壓強(qiáng)度的安全因數(shù)bbccn 許用壓應(yīng)力 II. 拉(壓)桿的強(qiáng)度條件其中：max拉(壓)桿的最大工作應(yīng)力；材料拉伸(壓縮)時(shí)的許用應(yīng)力。 maxmaxxAxFN. 強(qiáng)度計(jì)算的三種類(lèi)型 (3) 許可荷載的確定:FN,max=A (2) 截面選擇：max,NFAmax,NmaxAF (1) 強(qiáng)度校核：例例2-7-1 已知一圓桿受拉力已知一圓桿受拉力P =25 k N ，許用應(yīng)力，許用應(yīng)力 =170MPa ，直徑，直徑 d =14mm，校核此桿強(qiáng)度。，校核此桿強(qiáng)度。解：解： 軸力：軸力：FN = P =25kNMPa162141431025423max.AFN應(yīng)力：應(yīng)力：強(qiáng)度校核：強(qiáng)度校核： 162MPamax結(jié)論：此桿滿足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。結(jié)論：此桿滿足強(qiáng)度要求，能夠正常工作。例例2-7-6 D=350mm，p=1MPa。螺栓。螺栓 =40MPa，求，求螺栓