材料力学--第4章讲解

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1、第四章材料力学性能应力应变关系内容提要材料的力学性能与基本试验轴向拉伸和压缩试验常见工程材料的应力-应变曲线应力松弛与蠕变各向同性材料的广义胡克定律应变能各向同性材料弹性常数间的关系各向异性材料应力-应变关系4.1材料力学性能与基本试验定义：材料在外力作用下所表现出的变形和强度等方面的特性，称为材料的力学性能；特性：材料力学性能是材料本身固有的性质;影响因素：温度、承受载荷、加载速率，环境（腐蚀性、湿度、放射性等）等；主要指标：弹性、塑性、强度、断裂等基本试验：常温静载下的轴向的拉伸和压缩试验4.2轴向拉伸和压缩试验拉伸图：在常温

2、、静载拉伸试验中，试验机绘图装置绘出的试件所受拉力F和试件伸长量△l之间的关系，即F-△l曲线，称为——低碳钢拉伸试验：1、低碳钢的拉伸图，分4个阶段：第一阶段：弹性变形第二阶段：屈服阶段或流动阶段第三阶段：强化阶段第四阶段：局部变形阶段弹性变形：伸长随拉力的增加而增加，卸载后又恢复原状，称为—；此时，外力与变形呈正比，拉伸图呈一斜直线；屈服阶段：试件伸长显著增加，外力却滞留在很小范围内上下波动。此时暂时失去抵抗变形的能力，外力不增加，变形却继续增大，这种现象称为屈服或流动；强化阶段：屈服阶段后，继续增加变形，连续不断的加大外力，试

3、件对变形的抵抗能力又获得增强，称为—；此时力与变形呈非线性关系；局部变形阶段：拉力继续增加到一定数值后，试件某处逐渐变细，形同细颈，称为颈缩现象；此时，变形集中在细颈局部区域，称为—；颈缩出现前，试件所能承受的拉力最大值，称为最大载荷，用Fb表示;2、低碳钢拉伸时的力学性能A、比例极限及弹性模量:在a以下，应力与应变成正比，对应于a点的应力，称为比例极限；用E表示比例常数，下式称为胡克定律；E反映材料对弹性变形抵抗能力的性能指标，称为抗拉弹性模量，简称弹性模量。B、弹性极性：用表示，卸载后不产生塑性变形的最大应力，下图中b点所表示的

4、应力；C、屈服点：用表示，等于屈服载荷Fs除以初始横截面积A0，其式子为：；由于下屈服点比较稳定，一般取屈服点为下屈服点；应力达到屈服点时，材料塑性变形比较显著；D、强度极限或抗拉强度：上图中e点的应力等于试件拉断前承受的最大载荷Fb除以试件初始横截面积A0，即：，当达到强度极限时，受拉杆件上将开始出现颈缩并随机发生断裂；E、伸长率：试件断裂后，工作段的残余伸长量△lR与工作长度l0的比值，用%表示；其式子为：；F、截面收缩率：试件初始横截面积A0减去断裂后颈缩处的最小横截面积A1，除以A0，所得商值百分数，即：；3、冷作硬化现象概

5、念：常温下，材料经加载到产生塑性变形后卸载，由于材料经历过强化，从而使其比例极限提高、塑性性能下降的现象称为—；作用：可以提高构件在弹性范围内所能承受的载荷，同时也降低了材料继续进行塑性变形的能力；例如：退火，使其承受较大的载荷而不产生残留变形；低碳钢和铸铁的压缩试验：静态常温下伸长率小于5%的材料习惯上称为脆性材料；铸铁（＜1%）、玻璃、石头等，都是典型的脆性材料；低碳钢压缩时弹性模量、屈服点均与拉伸时大致相同；继续压缩，试件长度变短，直径变大，直到饼状，因此测不出强度极性；一般使用拉伸试验测定力学性能；各种材料均可通过拉伸试验测

6、定力学性能，并绘制应力-应变图；一些塑性材料的应力-应变图没有明显的屈服阶段，对没有明显屈服阶段的塑性材料，常常把产生0.2%残余应变时所对应的应力称为材料的屈服强度，用表示；高分子材料、复合材料等应力-应变曲线各有其特性；4.3常见工程材料的应力-应变曲线影响因素：加载速率、温度及载荷作用时间等因素对材料力学性能有显著影响；1、加载速率影响：当载荷迅速增加时，材料塑性变形还来不及完全形成就发生了破坏；如下图，低碳钢在迅速加载时，屈服阶段不明显，但强度极限显著增强；2、温度影响：随着温度的升高，金属材料屈服点、强度极限降低，而伸长率

7、则增大；蓝脆现象：当温度升高到一定值时，强度极限升高，而伸长率与截面收缩率显著下降这种现象称为—；为低碳钢所特有，避免在蓝脆区进行热加工，防止锻件开裂；4.4应力松弛与蠕变3、载荷作用时间影响：在高温、静载时蠕变：在温度高于一定值、应力超过某一限度后，在定值静载应力作用下，材料变形随时间不断的缓慢增加，这种现象称为—；蠕变特性：是塑性变形，卸载后只能很少部分恢复；蠕变曲线：（蠕变应变-时间曲线）分4个阶段，如下图a所示；不稳定阶段：蠕变速率不断减少；AB段稳定阶段：蠕变速率最小、近于常量；BC段加速阶段：蠕变速率开始增加；CD段破坏

8、阶段：蠕变速率急剧增大，至E点发生断裂；DE段应力越大，稳定阶段蠕变速率也越大，容易发生蠕变断裂（如下图b所示）；应力小于某一限度，稳定阶段的蠕变速率为0，此时不考虑蠕变现象；应力松弛：高温下变形保持不变，应力随时间逐渐降低的现象，称