材料在拉伸与压缩时的力学性能

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1、材料力学教案第3讲教学方案——材料在拉伸与压缩时的力学性能许用应力与强度条件基本内容各种材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能、安全系数和许用应力的概念、强度条件及其应用。教学目的1、掌握几种典型材料的拉压曲线及相应的基本概念和力学量。2、比较几种不同材料拉压曲线和性能的异同。3、建立许用应力的概念。4、理解安全系数的概念和选取原则。5、熟练掌握利用强度条件进行强度校核、截面设计和许可载荷计算。重点、难点本节重点：低碳钢与铸铁拉伸与压缩时的力学性能，许用应力与强度条件。本节难点：脆性与塑性材料的破坏特点与许用应力。

2、9材料力学教案§2-4材料在拉伸时的力学性能材料的力学性能：也称机械性能。通过试验揭示材料在受力过程中所表现出的与试件几何尺寸无关的材料本身特性。如变形特性，破坏特性等。研究材料的力学性能的目的是确定在变形和破坏情况下的一些重要性能指标，以作为选用材料，计算材料强度、刚度的依据。因此材料力学试验是材料力学课程重要的组成部分。此处介绍用常温静载试验来测定材料的力学性能。1.试件和设备标准试件：圆截面试件，如图2-14：标距与直径的比例分为，，；板试件（矩形截面）：标距与横截面面积的比例分为，，；试验设备主要是拉

3、力机或全能机及相关的测量、记录仪器。详细介绍见材料力学试验部分。国家标准《金属拉伸试验方法》（如GB228-87）详细规定了实验方法和各项要求。2.低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，如A3钢、16Mn钢。1）拉伸图（P—ΔL），如图2-15所示。弹性阶段（oa）屈服（流动）阶段（bc）强化阶段（ce）由于P—ΔL曲线与试样的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，可采用应力应变曲线，即曲线来代替P—ΔL曲线。进而试件内部出现裂纹，名义应力下跌，至f点试件断裂。对低碳钢来说，，是衡量材料强

4、度的重要指标。2）曲线图，如图2-16所示，其各特征点的含义为：oa段：在拉伸（或压缩）的初始阶段应力与应变为直线关系直至a点，此时a9材料力学教案点所对应的应力值称为比例极限，用表示。它是应力与应变成正比例的最大极限。当则有（2-5）即胡克定律，它表示应力与应变成正比，即有为弹性模量，单位与相同。当应力超过比例极限增加到b点时，关系偏离直线，此时若将应力卸至零，则应变随之消失（一旦应力超过b点，卸载后，有一部分应变不能消除），此b点的应力定义为弹性极限。是材料只出现弹性变形的极限值。bc段：应力超过弹性极限

5、后继续加载，会出现一种现象，即应力增加很少或不增加，应变会很快增加，这种现象叫屈服。开始发生屈服的点所对应的应力叫屈服极限。又称屈服强度。在屈服阶段应力不变而应变不断增加，材料似乎失去了抵抗变形的能力，因此产生了显著的塑性变形（此时若卸载，应变不会完全消失，而存在残余变形）。所以是衡量材料强度的重要指标。表面磨光的低碳钢试样屈服时，表面将出现与轴线成45°倾角的条纹，这是由于材料内部晶格相对滑移形成的，称为滑移线，如图2-17所示。ce段：越过屈服阶段后，如要让试件继续变形，必须继续加载，材料似乎强化了，ce

6、段即强化阶段。应变强化阶段的最高点（e点）所对应的应力称为强度极限。它表示材料所能承受的最大应力。过e点后，即应力达到强度极限后，试件局部发生剧烈收缩的现象，称为颈缩，如图2-18所示。3）延伸率和截面收缩率为度量材料塑性变形的能力，定义延伸率为9材料力学教案%此处l为试件标线间的标距，l1为试件断裂后量得的标线间的长度。定义截面收缩率为%此处A为试件原园面积，A1为断裂后试件颈缩处面积。对于低碳钢：%，%，这两个值越大，说明材料塑性越好。工程上通常按延伸率的大小把材料分为两类：%—塑性材料；%—脆性材料。4

7、）卸载规律及冷作硬化卸载规律：试样加载到超过屈服极限后（见图2-16中d点）卸载，卸载线大致平行于线，此时，其中为卸载过程中恢复的弹性应变，为卸载后的塑性变形（残余变形），卸载至后若再加载，加载线仍沿线上升，因此加载的应力应变关系符合胡克定律。冷作硬化：上述材料进入强化阶段以后的卸载再加载历史（如经冷拉处理的钢筋），使材料此后的关系沿ef路径，此时材料的比例极限和开始强化的应力提高了，而塑性变形能力降低了，这一现象称为冷作硬化。3．其它塑性材料拉伸时的力学性能此类材料与低碳钢共同之处是断裂破坏前要经历大量塑性

8、变形，不同之处是没有明显的屈服阶段。对于曲线没有“屈服平台”的塑性材料，工程上规定取完全卸载后具有残余应变量%时的应力叫名义屈服极限，用表示。4．铸铁拉伸时的力学性能具有以下特点1）如图2-19所示灰口铸铁拉伸时的应力—应变关系，它只有一个强度指标9材料力学教案；且抗拉强度较低；2）在断裂破坏前，几乎没有塑性变形；3）关系近似服从胡克定律，并以割线的斜率作为弹性模量。§2-5材料在压缩时的力学性能金