工程力学 教学课件 作者 顾晓勤第04章 轴向拉伸和压缩第5节 材料轴向拉压时的力学性能.ppt

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1、第五节材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能一、材料拉伸时的力学性质在做拉伸试验时，要求将金属材料按国家标准《金属材料拉伸试验法》制成标准试件。一般金属材料采用圆形截面试件（图a）或矩形截面试件（图b）。1、低碳钢的拉伸试验试件的有效工作总长度称为标距。低碳钢的拉伸图低碳钢的拉伸时的应力–应变曲线图（-曲线）弹性阶段：由直线段oa和微弯段ab组成。oa段称为比例阶段或线弹性阶段，在此阶段内，材料服从胡克定律，即=E适用，a点所对应的应力值称为材料的比例极限，并以“P”表示。曲线ab段称为非线弹

2、性阶段，只要应力不超过b点，材料的变形仍是弹性变形。所以b点对应的应力称为弹性极限，以“e”表示。屈服阶段：bc段近似水平，既应力几乎不再增加，而变形却增加很快，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力。这种现象称为屈服现象或流动现象。bc段最低点对应的应力称为屈服极限，以“s”表示。低碳钢的应力–应变曲线可分成四个阶段：强化阶段：过了屈服阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使试件继续变形必须再增加载荷，这种现象称为材料的强化，故-曲线图中的ce段称为强化阶段，最高点e点所对应的应力称为材料的强度极

3、限，以“b”表示，它是材料所能承受的最大应力，所以b是衡量材料强度的另一个重要指标。颈缩阶段：载荷达到最高值后，可以看到在试件的某一局部范围内的横截面迅速收缩变细，形成颈缩现象。应力应变曲线图中的ef段称为颈缩阶段。试件拉断后，弹性变形消失，只剩下残余变形，残余变形标志着材料的塑性。工程中常用延伸率和断面收缩率作为材料的两个塑性指标。分别为材料的两个塑性指标一般把>5%的材料称为塑性材料，把<5%的材料称为脆性材料。低碳钢的延伸率=20~30%，是典型的塑性材料。截面收缩率也是衡量材

4、料塑性的重要指标，低碳钢的截面收缩率约为60%左右。2、铸铁的拉伸试验铸铁是典型的脆性材料，其拉伸-曲线如图所示，图中无明显的直线部分，但应力较小时接近于直线，可近似认为服从胡克定律。工程上有时以曲线的某一割线斜率作为弹性模量。铸铁拉伸时无屈服现象和颈缩现象，断裂是突然发生的。强度指标b是衡量铸铁强度的唯一指标。二、材料在压缩时的力学性质1、低碳钢的压缩试验压缩试验所用的金属试件常做成短圆柱形试件，高度是直径的1.5~3.0倍。低碳钢压缩时的应力应变曲线如图所示。图中虚线是为了便于比较而绘出

5、的拉伸的-曲线。从图中可以看出，低碳钢压缩时的弹性模量与拉伸时相同，但由于是塑性材料，所以试件愈压愈扁，可以产生很大的塑性变形而不破坏，因而没有抗压强度极限。2、铸铁的压缩试验铸铁压缩时的–曲线如图所示。其线性阶段不明显，强度极限b比拉伸时高2~4倍，破坏突然发生，断口与轴线大致成45～55的倾角。由于脆性材料抗压强度高，宜用于制作承压构件。