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1、應(yīng)力應(yīng)變曲線,,,,力學(xué)性質(zhì):在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的力學(xué)性能,試件和實(shí)驗(yàn)條件,常溫、靜載,一、拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線,1、 試件,,(1)材料類型: 低碳鋼: 灰鑄鐵:,2標(biāo)準(zhǔn)試件:,塑性材料的典型代表; 脆性材料的典型代表;,(2)標(biāo)準(zhǔn)試件:,標(biāo)距: 用于測試的等截面部分長度;,尺寸符合國標(biāo)的試件;,圓截面試件標(biāo)距:L0=10d0或5d0,,,,2、試驗(yàn)機(jī),,,,,,,3、低碳鋼拉伸曲線,,,,明顯的四個(gè)階段,1、彈性階段ob,比例極限,彈性極限,2、屈服階段bc(失去抵抗變形的能力),屈服極限,3、強(qiáng)化階段ce(恢復(fù)抵抗變形的能力)(均勻塑性變形),強(qiáng)度極限(對最大均勻
2、塑性變形的抗力),4、局部徑縮階段ef,(1)彈性階段 比例極限p oa段是直線,應(yīng)力與應(yīng)變在此段成正比關(guān)系,材料符合虎克定律,直線oa的斜率 就是材料的彈性模量,直線部分最高點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值記作p,稱為材料的比例極限。曲線超過a點(diǎn),圖上ab段已不再是直線,說明材料已不符合虎克定律。但在ab段內(nèi)卸載,變形也隨之消失,說明ab段也發(fā)生彈性變形,所以ab段稱為彈性階段。b點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值記作e ,稱為材料的彈性極限。 彈性極限與比例極限非常接近,工程實(shí)際中通常對二者不作嚴(yán)格區(qū)分,而近似地用比例極限代替彈性極限。,,,,(2)屈服階段 屈服點(diǎn) 曲線超過b點(diǎn)后,出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線,這階段應(yīng)力沒
3、有增加,而應(yīng)變依然在增加,材料好像失去了抵抗變形的能力,把這種應(yīng)力不增加而應(yīng)變顯著增加的現(xiàn)象稱作屈服,bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力 稱為屈服點(diǎn)(或屈服極限)。在屈服階段卸載,將出現(xiàn)不能消失的塑性變形。工程上一般不允許構(gòu)件發(fā)生塑性變形,并把塑性變形作為塑性材料破壞的標(biāo)志,所以屈服點(diǎn) 是衡量材料強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)。,,,(3)強(qiáng)化階段 抗拉強(qiáng)度 經(jīng)過屈服階段后,曲線從c點(diǎn)又開始逐漸上升,說明要使應(yīng)變增加,必須增加應(yīng)力,材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力,這種現(xiàn)象稱作強(qiáng)化,ce段稱為強(qiáng)化階段(加工硬化)。曲線最高點(diǎn)所對應(yīng)的應(yīng)力值記作, 稱為材料的抗拉強(qiáng)度(或強(qiáng)度極限),它是衡量材料
4、強(qiáng)度的又一個(gè)重要指標(biāo)。,(4)縮頸斷裂階段 曲線到達(dá)e點(diǎn)前,試件的變形是均勻發(fā)生的,曲線到達(dá)e點(diǎn),在試件比較薄弱的某一局部(材質(zhì)不均勻或有缺陷處),變形顯著增加,有效橫截面急劇減小,出現(xiàn)了縮頸現(xiàn)象,試件很快被拉斷,所以ef段稱為縮頸斷裂階段。,,4.塑性指標(biāo) 試件拉斷后,彈性變形消失,但塑性變形仍保 留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形 表示材料的塑性指標(biāo)。常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè):,,伸長率:,%,斷面收縮率 :,,,%,L1 試件拉斷后的標(biāo)距 L 是原標(biāo)距 A1 試件斷口處的最小橫截面面積 A 原橫截面面積。,、 值越大,其塑性越好。一般把 5的材料稱為塑性材料,如鋼材、銅、鋁等;把 <5
5、的材料稱為脆性材料,如鑄鐵、混凝土、石料等。,,,,工程應(yīng)用:冷作硬化,1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載,,,,,,,,,2、過彈性范圍卸載、再加載,,,,,,即材料在卸載過程中應(yīng)力和應(yīng)變是線形關(guān)系,這就是卸載定律。,材料的比例極限增高,延伸率降低,稱之為冷作硬化或加工硬化。,,,,,對于脆性材料(鑄鐵),拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線,沒有屈服和徑縮現(xiàn)象,試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。,bt拉伸強(qiáng)度極限(約為140MPa)。它是衡量脆性材料(鑄鐵)拉伸的唯一強(qiáng)度指標(biāo)。,5、灰鑄鐵,,,,常溫、靜載,9-5,二、壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線,1、試樣及試驗(yàn)條件,2、低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)
6、,金屬材料的壓縮試樣,一般制成短圓柱形,柱的高度約為直徑的1.5 3倍,試樣的上下平面有平行度和光潔度的要求非金屬材料,如混凝土、石料等通常制成正方形。,低碳鋼是塑性材料,壓縮時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變圖, 如圖示。,在屈服以前,壓縮時(shí)的曲線和拉伸時(shí)的曲線基本重合,屈服以后隨著壓力的增大,試樣被壓成“鼓形”,最后被壓成“薄餅”而不發(fā)生斷裂,所以低碳鋼壓縮時(shí)無強(qiáng)度極限。,3、灰鑄鐵,曲線沒有明顯的直線部分,應(yīng)力較小時(shí),近似認(rèn)為符合虎克定律。曲線沒有屈服階段,變形很小時(shí)沿與軸線大約成45的斜截面發(fā)生破裂破壞。曲線最高點(diǎn)的應(yīng)力值 稱為抗壓強(qiáng)度。,,鑄鐵材料抗壓性能遠(yuǎn)好于抗拉性能,這也是脆性材料共有的屬性。因此,工程中常用鑄鐵等脆性材料作受壓構(gòu)件,而不用作受拉構(gòu)件。,,,,塑性材料和脆性材料力學(xué)性能比較,塑性材料,脆性材料,斷裂前有很大塑性變形,斷裂前變形很小,抗壓能力與抗拉能力相近,抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力,延伸率 5%,延伸率 < 5%,可承受沖擊載荷,適合于鍛壓和冷加工,適合于做基礎(chǔ)構(gòu)件或外殼,材料的塑性和脆性會(huì)因?yàn)橹圃旆椒üに嚄l件的改變而改變,,