材料力学(土木类)第二章轴向拉压

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1、§2-7材料在拉伸和压缩时的力学性能力学性能——材料受力时在强度和变形方面所表现出来的性能。力学性能取决于内部结构外部环境由试验方式获得本节讨论的是常温、静载、轴向拉伸（或压缩）变形条件下的力学性能。试验条件：常温(20℃)；静载（及其缓慢地加载）试件：dhⅠ、材料的拉伸和压缩试验试验仪器：万能材料试验机Ⅱ、低碳钢试样的拉伸图及低碳钢的力学性能1、拉伸图四个阶段：荷载伸长量(1)——弹性阶段(2)——屈服阶段(3)——强化阶段(4)——局部变形阶段为了消除掉试件尺寸的影响，将试件拉伸图转变为材料的应力——应变曲线图。图中：A—原始横截面面积—名义应力l—原始标距—

2、名义应变2、拉伸过程四个阶段的变形特征及应力特征点：(1)、弹性阶段OB此阶段试件变形完全是弹性的，且与成线性关系E—线段OA的斜率比例极限p—对应点A弹性极限e—对应点B(2)、屈服阶段此阶段应变显著增加，但应力基本不变—屈服现象。产生的变形主要是塑性的。抛光的试件表面上可见大约与轴线成45的滑移线。屈服极限—对应点D（屈服低限）(3)、强化阶段此阶段材料抵抗变形的能力有所增强。强度极限b—对应点G(拉伸强度)，最大名义应力此阶段如要增加应变，必须增大应力材料的强化强化阶段的卸载及再加载规律若在强化阶段卸载，则卸载过程s-e关系为直线。立即再加载时，s-e

3、关系起初基本上沿卸载直线(cb)上升直至当初卸载的荷载，然后沿卸载前的曲线断裂—冷作硬化现象。ee_—弹性应变ep—残余应变（塑性）冷作硬化对材料力学性能的影响pb不变ep(4)、局部变形阶段试件上出现急剧局部横截面收缩——颈缩，直至试件断裂。伸长率断面收缩率：A1—断口处最小横截面面积。（平均塑性伸长率）Q235钢的主要强度指标：Q235钢的塑性指标：Q235钢的弹性指标：通常的材料称为塑性材料；的材料称为脆性材料。3、低碳钢拉伸破坏断面Ⅲ、其他金属材料在拉伸时的力学性能锰钢没有屈服和局部变形阶段强铝、退火球墨铸铁没有明显屈服阶段共同点：d5%，属塑性材料无屈服

4、阶段的塑性材料，以sp0.2作为其名义屈服极限，称为规定非比例伸长应力或屈服强度。sp0.2对应于ep=0.2%时的应力值灰口铸铁轴向拉伸试验灰口铸铁在拉伸时的s—e曲线特点：1、s—e曲线从很低应力水平开始就是曲线；采用割线弹性模量2、没有屈服、强化、局部变形阶段，只有唯一拉伸强度指标sb3、伸长率非常小，拉伸强度sb基本上就是试件拉断时横截面上的真实应力。典型的脆性材料铸铁试件在轴向拉伸时的破坏断面：1、压缩试样圆截面短柱体正方形截面短柱体Ⅳ、金属材料在压缩时的力学性能压缩拉伸2、低碳钢压缩时s—e的曲线特点：1、低碳钢拉、压时的ss以及弹性模量E基本相同。2、材料

5、延展性很好，不会被压坏。特点：1、压缩时的sb和d均比拉伸时大得多，宜做受压构件；2、即使在较低应力下其s—e也只近似符合胡克定律;3、试件最终沿着与横截面大致成5055的斜截面发生错动而破坏。3、灰口铸铁压缩时的s—e曲线端面润滑时端面未润滑时Ⅴ、几种非金属材料的力学性能1、混凝土：拉伸强度很小，结构计算时一般不加以考虑;使用标准立方体试块测定其压缩时的力学性能。特点:(1)、直线段很短，在变形不大时突然断裂；(2)、压缩强度sb及破坏形式与端面润滑情况有关；(3)、以s—e曲线上s=0.4sb的点与原点的连线确定“割线弹性模量”。2、木材木材属各向异性材料其力

6、学性能具有方向性亦可认为是正交各向异性材料其力学性能具有三个相互垂直的对称轴特点：1、顺纹拉伸强度很高，但受木节等缺陷的影响波动；2、顺纹压缩强度稍低于顺纹拉伸强度，但受木节等缺陷的影响小。3、横纹压缩时可以比例极限作为其强度指标。4、横纹拉伸强度很低，工程中应避免木材横纹受拉。松木顺纹拉伸、压缩和横纹压缩时的s—e曲线许用应力[s]和弹性模量E均应随应力方向与木纹方向倾角不同而取不同数值。3、玻璃钢玻璃纤维的不同排列方式玻璃纤维与热固性树脂粘合而成的复合材料力学性能玻璃纤维和树脂的性能玻璃纤维和树脂的相对量材料结合的方式纤维单向排列的玻璃钢沿纤维方向拉伸时的s—e曲线

7、特点：1、直至断裂前s—e基本是线弹性的；2、由于纤维的方向性，玻璃钢的力学性能是各向异性的。§2-8应力集中的概念应力集中由于杆件横截面突然变化而引起的应力局部骤然增大的现象。截面尺寸变化越剧烈，应力集中就越严重。理论应力集中因数：具有小孔的均匀受拉平板下标ts表示是对应于正应力的理论应力集中因数snom——截面突变的横截面上smax作用点处的名义应力；轴向拉压时为横截面上的平均应力。应力集中对强度的影响：理想弹塑性材料制成的杆件受静荷载时荷载增大进入弹塑性极限荷载弹性阶段均匀的脆性材料或塑性差的材料非均匀的脆性材料，如铸铁塑性材料、静