材料力学性能综合实验测试原理

《材料力学性能综合实验测试原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、实验一材料力学性能综合实验第一部分材料力学性能及测试原理材料的使用性能包括物理、化学、力学等性能。对于用于工程中作为构件和零件的结构材料，人们最关心的是它的力学性能。力学性能也称为机械性能。任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。同时,环境如温度、介质和加载速率对于材料的力学行为有很大的影响。因此材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。材料力学性能是材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能

2、力。材料的力学性能通过材料的强度、刚度、硬度、塑性、韧性等方面来反映。定量描述这些性能的是力学性能指标。力学性能指标包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、截面收缩率、冲击韧性、疲劳极限、断裂韧性等。这些力学性能指标是通过一系列试验测定的。实验包括静载荷试验、循环载荷试验、冲击载荷试验以及裂纹扩展试验。其中静载荷拉伸试验是测定大部分材料常用力学性能指标的通用办法。力学指标的测定要依据统一的规定和方法进行，这就是国家标准。比如国家标准GB228－87是金属材料拉伸试验标准。依据这个标准，可以测定金属的屈服强度、抗拉强度、延

3、伸率、截面收缩率等力学性能指标。其它材料如高分子材料、陶瓷材料及复合材料力学性能也应采用各自的国家标准进行测定。拉伸试验的条件是常温、静荷、轴向加载，即拉伸实验是在室温下以均匀缓慢的速度对被测试样施加轴向载荷的试验。试验一般在材料试验机上进行。拉伸试样应依据国家标准制作。进行单拉试验时，外力必须通过试样轴线以确保材料处于单向拉应力状态。试验机的夹具、万向联轴节和按标准加工的试样以及准确地对试样的夹持保证了试样测量部分各点受力相等且为单向受拉状态。试样所受到的载荷通过载荷传感器检测出来，试样由于受外力作用产生的变形

4、可以借助横梁位移反映出来，也可以通过在试样上安装引伸计准确的检测出来。如果没有更多的测试要求，一般试验均利用横梁位移代表试样的伸长，在试验过程中自动记录被测试件的拉伸曲线。拉伸曲线即P－ΔL曲线是观察材料的拉伸过程、描述材料的力学性能最好的办法。曲线的纵坐标为载荷P，单位是N或KN，横坐标为试样伸长ΔL，单位是mm。P－ΔL曲线形象地体现了材料变形过程以及各阶段受力和变形的关系,但是P－ΔL曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，P－ΔL曲线常常转化为名义应力、名义应变曲线即σ－ε曲线（如图1

5、所示），即式中A0和L0分别代表试样初始条件下的面积和标距。试样受到的载荷除以试样原始面积就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ表示，单位为Mpa。同样，试样在标距之间的伸长除以试样的原始标距得到名义应变用ε表示，也叫工程应变。σ－ε曲线与P－ΔL曲线形状相似，但消除了几何尺寸的影响，因此代表了材料属性。一．金属材料的基本力学性能及测定方法1．应力-应变曲线金属是主要的结构材料，在工程实际中应用极为广泛。作为结构用的金属材料主要包括碳钢、合金钢、铸铁和有色金属合金。根据材料变形特点，可以将金属分为塑性材料和脆性材料

6、两类。图1的两个曲线分别为低碳钢和铸铁的应力－应变曲线。可以看出，两种材料的拉伸过程差别很大。它们分别是塑性材料和脆性材料的典型代表。从图1（a）所示的应力-应变曲线可以看出，低碳钢的拉伸过程明显分为四个阶段：弹性阶段（OA）：试样的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形，其应力与应变成直线比例关系。屈服阶段（AB）：在试样继续变形的情况下，载荷却不再增加，或呈下降，甚至反复多次下降，使曲线变成锯齿状。这种现象称为屈服。从A点开始，力与变形不再满足线性关系，材料的变形包含弹性和塑性

7、两部分。如果试样表面光滑、材料杂质含量少，可以看到表面有45°方向的滑移线。σbeεεσσ卸载线σSBACDσbO（b）（a）图1两种材料的应力-应变曲线强化阶段（BC）：过了屈服阶段B点，力又开始增加，曲线又开始上升，表明材料要继续变形，载荷就必须要不断增加。这说明金属有一种阻止塑性变形的抗力，这种抗力被称为形变强化。如果在这个阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来，其卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，并且重新加载后不再出现屈服现象，而材料的弹性阶段加长、屈服应力

8、明显提高，这种现象称作应变硬化或加工硬化。随着载荷的继续加大，拉伸曲线的上升将渐趋平缓，C点是曲线的最高点。在此阶段试样变形是整个工作长度内的均匀变形，即在试样各处截面均匀缩小。图2金属典型材料拉伸破坏断口颈缩阶段（CD）：从C点开始，试样的变形集中于某局部截面，即塑性变形开始在局部进行，出现所谓的“颈缩”现象，试样的承载能力迅速下降。最后在D点断裂，形成杯状断口（图2－