在测定材料基本力学性能的轴向拉压试验中,对载荷或应变.doc

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1、在测定材料基本力学性能的轴向拉压试验中，对载荷或应变进行控制的必要性材料在外力作用下其强度和变形方面所表现出的力学性能，是强度计算和选用材料的重要依据。在不同的温度和加载速度下，材料的力学性能将发生变化。材料的拉伸和压缩试验是测定材料力学性能的基本试验，试验中的试件按国家标准（GB/T228-198）设计，如图所示。试验前，先在试件中间的等截面直杆部分取长为l的一段作为工作段，长度l称为标距。根据国家标准，拉伸试件分长短二种，对圆截面试件，规定标距l与截面直径的比例关系分别为l=10dl=5d对矩形截面试件，规定其标距l与横截面面积A的关系分别为1低碳钢

2、在拉伸时的力学性能低碳钢是工程上应用最广泛的材料，同时，低碳钢试件在拉伸试验中所表现出来的力学性能最为典型。因此，先研究这种材料在拉伸时的力学性能。将试件装上试验机后，缓慢加载，直至拉断，试验机的绘图系统可自动绘出试件在试验过程中工作段的变形和拉力之间的关系曲线图。常以横坐标代表试件工作段的伸长Δl，纵坐标代表试验机上的载荷读数，通即试件的拉力F，此曲线称为拉伸图或F-Δl曲线，如图。试件的拉伸图不仅与试件的材料有关，而且与试件的几何尺寸有关。用同一种材料做成粗细不同的试件，由试验所得的拉伸图差别很大。所以，不宜用试件的拉伸图表征材料的拉伸性能。将拉力F

3、除以试件横截面原面积A，得试件横截面上的应力s。将伸长Δl除以试件的标距l，得试件的应变e。以e和s分别为横坐标与纵坐标，这样得到的曲线则与试件的尺寸无关，此曲线称为应力-应变图或s-e曲线。（1）材料的刚度指标图所示为Q235钢的s-e曲线。从图中可见，整个拉伸过程可分为四个阶段：第Ⅰ阶段弹性阶段在试件拉伸的初始阶段，s与e的关系表现为直线=Oa，即s与e成正比，即sµe,直线的斜率为所以有s=E×e这就是胡克定律，式中E为弹性模量，为材料的刚度性能指标。直线Oa的最高点a所对应的应力，称为比例极限，用sp表示。即只有应力低于比例极限，胡克定律才能适用

4、。Q235钢的比例极限sp≈200MPa。弹性阶段的最高点b所对应的应力是材料保持弹性变形的极限点，称为弹性极限，用se表示。此时，在ab段已不再保持直线，但如果在b点卸载，试件的变形还将会完全消失。由于a、b两点非常接近，所以工程上对弹性极限和比例极限并不严格区分。（2）材料的强度指标第Ⅱ阶段屈服阶段当应力超过弹性极限时，s-e曲线上将出现一个近似水平的锯齿形线段（图中的bc段），这表明，应力在此阶段基本保持不变，而应变却明显增加。此阶段称为屈服阶段或流动阶段，若试件表面光滑，可看到其表面有与轴线大约呈的条纹，称为滑移线。在屈服阶段中，对应于曲线最高点

5、与最低点的应力分别称为上屈服点应力和下屈服点应力。通常，下屈服点应力值较稳定，故一般将下屈服点应力作为材料的屈服点应力，用ss表示。Q235钢的屈服点应力ss≈240MPa。当材料屈服时，将产生显著的塑性变形。通常，在工程中是不允许构件在塑性变形的情况下工作的，所以ss是衡量材料强度的重要指标。第Ⅲ阶段强化阶段经过屈服阶段后，图中ce段曲线又逐渐上升，表示材料恢复了抵抗变形的能力，且变形迅速加大，这一阶段称为强化阶段。强化阶段中的最高点E所对应的是材料所能承受的最大应力，称为强度极限，用sb表示。强化阶段中，试件的横向尺寸明显缩小。Q235钢的强度极限s

6、b≈400MPa。第Ⅳ阶段局部变形阶段在强化阶段，试件的变形基本是均匀的。过e点后，变形集中在试件的某一局部范围内，横向尺寸急剧减少，形成缩颈现象。由于在缩颈部分横截面面积明显减少，使试件继续伸长所需要的拉力也相应减少，故在s-e曲线中，应力由最高点下降到f点，最后试件在缩颈段被拉断，这一阶段称为局部变形阶段。上述拉伸过程中，材料经历了弹性变形、屈服、强化和局部变形四个阶段。对应前三个阶段的三个特征点，其相应的应力值依次为比例极限sp、屈服点应力ss和强度极限sb。对低碳钢来说，屈服点应力和强度极限是衡量材料强度的主要指标。（3）材料的塑性指标试件拉断后

7、，材料的弹性变形消失，塑性变形则保留下来，试件长度由原长l变为l1。试件拉断后的塑性变形量与原长之比以百分比表示，即式中d称为断后伸长率。断后伸长率是衡量材料塑性变形程度的重要指标之一，Q235钢的断后伸长率δ≈20%~30%。断后伸长率越大，材料的塑性性能越好，工程上将δ≥5%的材料称为塑性材料，如低碳钢、铝合金、青铜等均为常见的塑性材料。d<5%的材料称为脆性材料，如铸铁、高碳钢、混凝土等均为脆性材料。衡量材料塑性变形程度的另一个重要指标是断面收缩率y。设试件拉伸前的横截面积为A，拉断后断口横截面面积为A1，以百分比表示的比值，即y=100%称为断面

8、收缩率，断面收缩率越大，材料的塑性越好，Q235钢的断面收缩率约为50%。（4）