材料力學(xué)第5章材料單向靜拉伸的力學(xué)性能

《材料力學(xué)第5章材料單向靜拉伸的力學(xué)性能》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、1第一章材料單向靜拉伸的力學(xué)性能§1-1力—伸長曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線§1-2彈性形變及其性能指標(biāo)§1-3非理想彈性形變與內(nèi)耗§1-5斷裂§1-4塑性變形及其性能指標(biāo)2材料力學(xué)性能的研究任務(wù)材料力學(xué)性能研究的重要任務(wù)，就是研究材料在受載過程中變形和斷裂的規(guī)律。單向靜拉伸試驗是工業(yè)生產(chǎn)和材料科學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的材料力學(xué)性能試驗方法。通過拉伸試驗可以揭示材料在靜載作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及常見的3種失效形式(過量彈性變形、塑性變形和斷裂)的特點和基本規(guī)律，還可以評定出材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)，如屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長率和斷面收縮率等。3這

2、些性能指標(biāo)既是材料的工程應(yīng)用、構(gòu)件設(shè)計和科學(xué)研究等方面的計算依據(jù)，也是材料的評定和選用以及加工工藝選擇的主要依據(jù)。本章介紹這些性能指標(biāo)的物理概念和工程意義，討論材料彈性變形、塑性變形及斷裂行為的基本規(guī)律及其與材料組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上探討提高材料性能指標(biāo)的途徑和方向。4§1-1力—伸長曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線一、拉伸力-伸長曲線在整個拉伸過程中的變形可分為彈性變形、屈服變形、均勻塑性變形(強(qiáng)化)及不均勻集中塑性變形(局部變形)4個階段。5退火低碳鋼的力一伸長曲線是一種最典型的曲線，除低碳鋼外，正火、退火或調(diào)質(zhì)的各種碳素結(jié)構(gòu)鋼和一般

3、的合金結(jié)構(gòu)鋼都有類似的力一伸長曲線，只是力的大小和變形量的多少不同而已。并非所有的材料或同一材料在不同條件下都具有相同類型的拉伸曲線。一、拉伸力-伸長曲線§1-1力—伸長曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線6一、拉伸力-伸長曲線§1-1力—伸長曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線1、淬火高碳鋼－彈性形變、少量均勻塑性形變2、低合金結(jié)構(gòu)鋼－彈性形變、大量均勻塑性形變。3、黃銅－彈性形變、均勻和不均勻塑性形變。4、陶瓷、玻璃－只有彈性形變。7一、拉伸力-伸長曲線§1-1力—伸長曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線5、橡膠－只有彈性形變，少量或沒有塑性形變。6、工程塑料－彈性形變、均

4、勻和不均勻塑性形變。8注意：對于高分子聚合物材料來說：由于其在結(jié)構(gòu)上的力學(xué)狀態(tài)差異及對溫度的敏感性，力一伸長曲線可有多種形式。不同的材料或同一材料在不同條件下可有不同形式的力一伸長曲線。這主要是由材料的鍵合方式、化學(xué)成分和組織狀態(tài)等多種因素共同決定的。9將圖1-1所示的力-伸長曲線的縱、橫坐標(biāo)分別用拉伸試樣的標(biāo)距處的原始截面積A0和原始標(biāo)距長度L0相除，則得到與力-伸長曲線形狀相似的應(yīng)力(σ＝F／A0)一應(yīng)變(ε=△l/L0）曲線(圖1-3)。這樣的應(yīng)力—應(yīng)變曲線稱為工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。10工程應(yīng)力—應(yīng)變曲線對材料在工程中的應(yīng)用是

5、非常重要的，根據(jù)該曲線可獲得材料靜拉伸條件下的力學(xué)性能指標(biāo)，如圖l-3中的比例極限σp、彈性極限σe、屈服點σs、抗拉強(qiáng)度σb等，可提供給工程設(shè)計或選材應(yīng)用時參考。11實際上，在拉伸過程中，試樣的截面積和長度隨著拉伸力的增大是不斷變化的，工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線并不能反映試驗過程中的真實情況。如果以瞬時截面積A除其相應(yīng)的拉伸力F，則可得到瞬時的真應(yīng)力S(S=F/A)。同樣，當(dāng)拉伸力F有一增量dF時，試樣在瞬時長度L的基礎(chǔ)上變?yōu)長+dL，于是應(yīng)變的微分增量應(yīng)是de＝dL+L，則試件自Lo伸長至L后，總的應(yīng)變量為:12式中的e為真應(yīng)變。于是

6、，真應(yīng)變和工程應(yīng)變之間的關(guān)系為顯然，e總是小于ε，且變形量越大，二者的差距越大。13當(dāng)材料的拉仲變形是等體積變化過程時，真應(yīng)力S和工程應(yīng)力σ之間存在如下關(guān)系這說明真應(yīng)力大于工程應(yīng)力。S=σ(1+?)(1–3)14以真應(yīng)力S和真應(yīng)變e作為坐標(biāo)繪制的應(yīng)力-應(yīng)變曲線稱為真應(yīng)力一真應(yīng)變曲線(圖l-4)。與工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線相比較，在彈性變形階段，由于試樣的伸長和截面收縮都很小，兩曲線基本重合，真實屈服應(yīng)力和工程屈服應(yīng)力在數(shù)值上非常接近。在塑性變形階段，兩者出現(xiàn)了顯著的差異。15在工程應(yīng)用中，多數(shù)構(gòu)件的變形量限制在彈性變形范圍內(nèi)，這時二者的

7、差別可以忽略，同時工程應(yīng)力、工程應(yīng)變便于測量和計算。因此，工程設(shè)計和材料選用中一般以工程應(yīng)力、工程應(yīng)變?yōu)橐罁?jù)。但在材料科學(xué)研究中，真應(yīng)力與真應(yīng)變將具有重要意義。16§1-2彈性形變及其性能指標(biāo)一、彈性形變的本質(zhì)彈性變形的定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來形狀或尺寸的變形，叫彈性變形。彈性變形的可逆性特點：對于金屬、陶瓷或結(jié)晶態(tài)的高分子聚合物，在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間可以看成具有單值線性關(guān)系，且彈性變形量都較小。對于橡膠態(tài)的高分子聚合物，則在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間不呈線性關(guān)系，且變形量較大。17無論變形量大小和應(yīng)力與應(yīng)

8、變是否呈線性關(guān)系，凡彈性形變都是可逆變形。材料產(chǎn)生彈性變形的本質(zhì)，概括說來，都是構(gòu)成材料的原子(離子)或分子從平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。金屬、陶瓷類晶體材料的彈性變形是處于晶格結(jié)點的離子在力的作用下在其平衡位置附近產(chǎn)生的微小位移。橡膠類材料是呈卷