第8章 材料在拉伸和压缩时的力学性能

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1、第8章材料在拉伸和压缩时的力学性能主要内容•材料在拉伸时的力学性能•材料在压缩时的力学性能•许用应力•应力集中的概念•材料的力学性能：材料在外力作用下变形和破坏的性能。•确定材料力学性能的方法：主要是依靠试验。•材料的力学性能不但取决于材料的成分及其内部组织的结构，还与试验条件如受力状态、温度及加载方式等有关。•研究材料的力学性能的目的：为构件的强度、刚度计算及选材提供重要依据。材料在拉伸时的力学性能•试验条件：常温、静载•典型金属材料: 低碳钢和灰口铸铁•试验试件：按照国家标准制成标准试样规定：l＝10d或l＝5d•试验仪器• 试

2、验过程：将试样装在试验机上，缓慢施加轴向荷载，试样在标距范围内产生均匀的拉伸变形，试验过程中同时自动记录试样所受的拉力F P 和与标距长度相应的伸长量Δl。•拉伸图：自开始加载至试样破断全过程的F －Δl曲线。P •名义正应力：F DlP s=e=•名义应变：A l•应力－应变曲线或应力－应变图：表征着材料在不同受力阶段的力学性能。低碳钢在拉伸时的力学性能•拉伸图F P 3 421ODl•应力应变图•四个阶段–（１）弹性阶段–（２）屈服阶段–（３）强化阶段–（４）局部颈缩阶段(1)低碳钢拉伸的弹性阶段(OB段)材料的变形是弹性变形，

3、若在此阶段内卸载，变形可完全消失。1、OA–线弹性阶段sp比例极限s=EeE =tg a2、AB－微弯段se弹性极限可认为s=spe(2)低碳钢拉伸的屈服(流动）阶段(BC段)塑性应变或残余应变：应力超过弹性极限后，当荷载除去后，弹性应变随之消失，但仍有一部分应变不会消失。屈服：弹性阶段后，在σ－ε曲线上出现应力略有波动的平台，这时，应力几乎不变，而应变却显著增加。ss–屈服极限：屈服平台中下屈服点的应力。屈服是由于材料内晶格滑移而引起的力学行为，也称为塑性流动。滑移线：试样表面在与杆轴约成４５°处可观察到滑移线，这是材料内晶格沿最

4、大切应力面发生错动的结果。(3)低碳钢拉伸的强化阶段(CD段)强化：经过屈服阶段之后，材料又可继续承载，要使材料继续变形需要增大拉力。sb–强度极限：强化阶段的最大应力值。(4)低碳钢拉伸的局部颈缩（断裂）阶段(DE段)表81常用金属材料的力学性能l-l•延伸率d=1 ´1000 0 l•塑性材料以d=5 0 0 为界注意其相对性10 •脆性材料A -A •截面收缩率y=1 ´1000 0 A •卸载定律：–在强化阶段的某一点停止加载，并逐渐卸载，在卸载过程中，荷载与试样伸长量之间遵循直线关系的规律称为材料的卸载定律。•冷作硬化–对

5、卸载后的试样立即重新加载，使材料比例极限提高、塑性降低的现象。•冷作时效–对卸载后的试样，停留一段时间再重新加载，材料的比例极限有更大的提高，其强度极限也得到提高。其他塑性材料在拉伸时的力学性能特点：无明显屈服阶段国标规定，取其塑性应变为0.2％时所对应的应力值作为名义屈服极限。名义屈服应力:s0.2灰口铸铁在拉伸时的力学性能特点：只有初始阶段，无屈服阶段没有颈缩现象，断口平直只有强度极限sb 强度极限sb ＝120～150MPa延伸率d＝0.5％～0.6％典型脆性材料工程中常以割线代替曲线的初始部分，由割线斜率得到的弹性模量Ｅ，称

6、为割线弹性模量。•例81 一根材料为Q235钢的拉伸试样，其直径d＝10mm，工作段长度l＝100mm。当试验机上荷载读数达到F＝10kN 时，量得工作段的伸长为Δl＝0.0607mm ，直径的缩小为Δd＝0.0017mm 。试求此时试样横截面上的正应力σ，并求出材料的弹性模量Ｅ和泊松比ν。已知Q235钢的比例极限为σ＝p 200MPa。F4F解：求正应力s===127. 3MPa2 Apd注意：此处为名义正应力应力低于材料的比例极限，在线弹性阶段Dl -4 e==6. 07´10l sE==210GPaeDd-4 e¢==-1. 

7、7´10de¢n==0. 28e• 例82某材料拉伸试样的应力应变曲线如图所示，试确定：（１）材料的弹性模量Ｅ和比例极限σp ；（２）当应力增加到σ＝350MPa时，材料的正应变ε，以及相应的弹性应变εe 和塑性应变εp 。•解：量得a点的应力、应变值，弹性模量saE==70GPaea 比例极限sp=sa =230MPa当应力增加到σ＝350MPa时，对应b点，量得正应变值e=0. 0076过ｂ点作直线段的平行线交于ε坐标轴，量得此时的塑性应变和弹性应变ep =0. 0030ee =0. 0046例铜丝直径d=2mm，长l=500m

8、m，材料的拉伸曲线如图所示。如欲使铜丝的伸长为30mm，则大约需加多大的力F？P s（sM(MPaP）a) 解：变形量可能已超出了“线弹性”范003围，故，不可再应用“弹性定律”。00应如下计算：20e=30/ 500=60001由拉