第1章 应力-应变曲线及弹性变形.ppt

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1、陈康敏江苏大学材料科学与工程学院2009年01月材料的变形与断裂1第一篇材料的变形2第一章拉伸应力－应变曲线3第一章拉伸应力－应变曲线单向静拉伸试验：是应用最广泛的力学性能试验方法之一。1）可揭示材料在静载下的力学行为（三种失效形式）：即：过量弹性变形、塑性变形、断裂。2）还可标定出材料的最基本力学性能指标：如：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。41、拉伸力－伸长曲线1、拉伸曲线：拉伸力F－绝对伸长△L的关系曲线。在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段：1）弹性变形：O～e2）不均匀屈服塑性变形：A～C3）均匀

2、塑性变形：C～B4）不均匀集中塑性变形：B～k5）最后发生断裂。k～低碳钢的拉伸力与伸长曲线52、应力σ－应变ε曲线2、应力－应变曲线：（工程）应力σ－应变ε曲线，曲线形状不变。由此，可建立材料在静拉伸下的力学性能指标。应力σ：物体受外载荷作用时，单位截面积上内力。工程应力－应变曲线应变ε：单位长度上的伸长。试样原截面积A0试样标距L06用静拉伸应力σ－应变ε曲线，可得出许多重要性能指标:弹性模量E：主要用于零件的刚度设计。屈服强度σs和抗拉强度σb：主要用于零件的强度设计。特别是：抗拉强度σb和弯曲疲劳强度有一定比例关系，进

3、一步为零件在交变载荷下使用提供参考。而材料的塑性，断裂前的应变量：主要是为材料在冷热变形时的工艺性能作参考。7工程应力σ－应变ε曲线：不能真实反映试件拉伸过程中应力和应变的变化关系。实际拉伸中，随载荷F增加，长度L0伸长，截面积A0相应减少。工程应力－应变曲线83、真应力S－真应变e曲线3、真应力S－真应变e曲线：（流变曲线）真实反映变形过程中，随应变量增大，材料性质的变化。真应力－应变曲线工程应力－应变曲线9真应力S与真应变e1）真应力S：试件在某一瞬时承受的拉伸应力。2）真应变e：试件瞬时伸长量/瞬时长度。若拉伸过程各阶段

4、试件伸长量为一微小增量dL，则试件从L0伸长到Ln，总应变为：工程应变工程应力103）真应力S与工程应力σ关系当材料拉伸变形是等体积变化（A0L0=AL）过程时，真应力S和工程应力σ之间存在如下关系：这说明，S>σ。（ε-工程应变）114）真应变e与工程应变ε关系显然，总是e<ε，且变形量越大，二者的差距越大。124、定义真应力S（应变e）的意义1）真应力S和真应变e的定义：承认了在变形过程中试件长度和直径间相互变化的事实。因变形过程中体积保持不变，因此即长度伸长了，其实际截面积A就会相应减少，因此，134、定义真应力S（应变

5、e）的意义2）之所以如此定义真应变：①因为每一时刻实际应变e与瞬时标距长度Li有关。若固定每一位移增量ΔL，瞬时长度Li就随之增加，相应地，应变增量就会减少。（因随附加每一位移增量ΔL，瞬时标距长度Li都要随之增加）。②由试件总长度变化来定义其真应变e，就有可能认为该长度变化是一步达到的，或任意多步达到的。14因此，若试件分几次拉伸（如分2次拉伸），则各次拉伸工程应变量之和不等于一次拉伸的工程应变量。但是，各次拉伸真应变量e之和等于一次拉伸的真应变量。155、不同类型材料典型的拉伸应力－应变曲线1）第Ⅰ种类型：完全弹性可用虎克

6、定律描述其应力σ-应变ε成比例的材料特性。特点：具有可逆应力－应变曲线和不出现塑性变形的特征。典型材料：如玻璃、岩石、多种陶瓷、高交联度的高聚合物和低温下的某些金属材料。此类材料抗脆性（低能量）断裂的能力是极需注意的问题。E－材料的弹性模量（杨氏模量）16苏打石灰玻璃：应力-应变曲线只显示弹性变形，没有塑性变形立即断裂，这是完全脆断的情形。工程结构陶瓷材料：如Al2O3，SiC等，淬火态高碳钢、普通灰铸铁也属这种情况。17完全弹性材料：不适用于在拉伸载荷下的工程应用，但用于承受压缩载荷时，却是一种理想的材料。因为脆性材料受压时

7、强度比受拉时强度要大好几倍。如：混凝土材料是其极好的例子，广泛用于受压的情况。但工程中承受纯压缩载荷是极少的，一般或多或少地同时承受拉伸载荷，因此完全弹性材料（脆性材料）应用于工程上应考虑提高其抵抗拉伸载荷的措施。如：在混凝土材料中通过配钢筋来提高其抗拉伸性能。18高分子材料，聚氯乙烯：在拉伸开始时，应力和应变不成直线关系，即不服从虎克定律，而且变形表现为粘弹性。粘弹性：是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。其特征是应变对应力的响应（或反之)不是瞬时完成的（应变落后于应力），需要通过一个弛豫过程，但卸

8、裁后，应变恢复到初始值，不留下残余变形。192）第Ⅱ种类型：弹性－均匀塑性若材料具有不可逆的塑性变形能力，在弹性变形后，接着有一个均匀变形阶段，应力-应变曲线呈现为第Ⅱ类型。第Ⅱ种类型的应力－应变曲线应力很小时，仍有弹性变形区，接着一段光滑的抛物线，其相应于均匀塑性变形过程。