4材料在靜荷拉伸時的力學(xué)性能

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1、2-4材料在靜荷拉伸時的力學(xué)性能　　　材料的力學(xué)性能：也稱機械性能。通過試驗揭示材料在受力過程中所表現(xiàn)出的與試件幾何尺寸無關(guān)的材料本身特性。如變形特性，破壞特性等。研究材料的力學(xué)性能的目的是確定在變形和破壞情況下的一些重要性能指標，以作為選用材料，計算構(gòu)件強度、剛度的依據(jù)。因此材料力學(xué)試驗是材料力學(xué)課程重要的組成部分?！　〈颂幗榻B用常溫靜載試驗來測定材料的力學(xué)性能。1.試件和設(shè)備　　標準試件：圓截面試件，如圖2-14：標距與直徑的比例分為，，；　　板試件（矩形截面）：標距與橫截面面積的比例分為，，；　　試驗設(shè)備主要是

2、拉力機或全能機及相關(guān)的測量、記錄儀器?！　≡敿毥榻B見材料力學(xué)試驗部分。國家標準《金屬拉伸試驗方法》（如GB228-87）詳細規(guī)定了實驗方法和各項要求。2.低碳鋼拉伸時的力學(xué)性能　　低碳鋼是指含碳量在0.3%以下的碳素鋼，如3鋼、16Mn鋼?！　?）拉伸圖（P-），如圖2-15a所示?！　　椥噪A段（oa）　　　屈服（流動）階段（bc）　　　強化階段（ce）　　由于P-曲線與試樣的尺寸有關(guān)，為了消除試件尺寸的影響，可采用應(yīng)力應(yīng)變曲線，即曲線來代替P-曲線?！镎埧磩赢嬔菔尽　?）曲線圖，如圖2-15b所示，其各特征點的

3、含義為：　　oa段：在拉伸（或壓縮）的初始階段應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)橹本€關(guān)系直至a點，此時a點所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為比例極限，用表示。它是應(yīng)力與應(yīng)變成正比例的最大極限。當(dāng)則有　　　　　　?。?-5）★請看動畫演示→即胡克定律，它表示應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即有　　　　　　　　　　　　　　為彈性模量，單位與相同。　　當(dāng)應(yīng)力超過比例極限增加到b點時，關(guān)系偏離直線，此時若將應(yīng)力卸至零，則應(yīng)變隨之消失（一旦應(yīng)力超過b點，卸載后，會有一部分應(yīng)變不能消除），此b點的應(yīng)力定義為彈性極限。是材料只出現(xiàn)彈性變形的極限值?！　c段：應(yīng)力超過彈性極限后繼續(xù)

4、加載，會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，即應(yīng)力增加很少或不增加，應(yīng)變會很快增加，這種現(xiàn)象叫屈服。開始發(fā)生屈服的點所對應(yīng)的應(yīng)力叫屈服極限。又稱屈服強度。在屈服階段應(yīng)力不變而應(yīng)變不斷增加，材料似乎失去了抵抗變形的能力，因此產(chǎn)生了顯著的塑性變形（此時若卸載，應(yīng)變不會完全消失，而存在殘余變形，也稱塑性變形）。所以是衡量材料強度的重要指標?！　”砻婺ス獾牡吞间撛嚇忧r，表面將出現(xiàn)與軸線成45°傾角的條紋，這是由于材料內(nèi)部晶格相對滑移形成的，稱為滑移線，如圖2-16所示?！　　　e段：越過屈服階段后，如要讓試件繼續(xù)變形，必須繼續(xù)加載，材料似乎

5、強化了，ce段即強化階段。應(yīng)變強化階段的最高點（e點）所對應(yīng)的應(yīng)力稱為強度極限。它表示材料所能承受的最大應(yīng)力。　　過e點后，即應(yīng)力達到強度極限后，試件局部發(fā)生劇烈收縮的現(xiàn)象，稱為頸縮，如圖2-17所示。進而試件內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，名義應(yīng)力下跌，至f點試件斷裂?！Φ吞间搧碚f，，是衡量材料強度的重要指標?！　?）延伸率和截面收縮率　　為度量材料塑性變形的能力，定義延伸率為　　　　　　　　　　　　　　　%此處為試件標線間的標距，1為試件斷裂后量得的標線間的長度?！　《x截面收縮率為　　　　　　　　　　　　　　　%此處為試件原園

6、面積，1為斷裂后試件頸縮處面積。對于低碳鋼：%，%，這兩個值越大，說明材料塑性越好。　　工程上通常按延伸率的大小把材料分為兩類：%-塑性材料；%-脆性材料?！　?）卸載規(guī)律及冷作硬化　　卸載規(guī)律：試樣加載到超過屈服極限后（如圖2-15b中d點）卸載，卸載線大致平行于線，此時，其中為卸載過程中恢復(fù)的彈性應(yīng)變，為卸載后的塑性變形（殘余變形），卸載至后若再加載，加載線仍沿線上升，因此加載的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律?！　±渥饔不荷鲜霾牧线M入強化階段以后的卸載再加載歷史（如經(jīng)冷拉處理的鋼筋），使材料此后的關(guān)系沿ef路徑，此時

7、材料的比例極限和開始強化的應(yīng)力提高了，而塑性變形能力降低了，這一現(xiàn)象稱為冷作硬化。3.其它塑性材料拉伸時的力學(xué)性能　　　　此類材料與低碳鋼共同之處是斷裂破壞前要經(jīng)歷大量塑性變形，不同之處是沒有明顯的屈服階段。對于曲線沒有“屈服平臺”的塑性材料，工程上規(guī)定取完全卸載后具有殘余應(yīng)變量%時的應(yīng)力叫名義屈服極限，用表示，如圖2-18所示。4.鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能具有以下特點　　1）如圖2-19所示灰口鑄鐵拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，它只有一個強度指標；且抗拉強度較低；　　2）在斷裂破壞前，幾乎沒有塑性變形；　　3）關(guān)系近似服從胡

8、克定律，并以割線的斜率作為彈性模量。