材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能

1、材料在拉伸和壓縮 時(shí)的力學(xué)性能,,第25講,材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能,不同材料在受力時(shí)表現(xiàn)出的力學(xué)性能各不相同。材料的力學(xué)性能由試驗(yàn)測(cè)定。低碳鋼(含碳量不大于0.25％的碳素鋼)和鑄鐵是在力學(xué)性能上具有代表性的材料，本節(jié)主要介紹這兩種材料在常溫、靜載條件下軸向拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能。,一、材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》(GB6397—86)制成標(biāo)準(zhǔn)試件(圖6-7)。試件的幾何形狀和受

2、力條件都符合軸向拉伸的要求。兩端加粗是便于夾裝和避免在裝夾部位發(fā)生破壞。在試件的等直部分劃上兩條相距為l的橫線，橫線之間的部分作為測(cè)量變形的工作段，稱為標(biāo)距。規(guī)定圓截面試件的l ＝10d(長(zhǎng)試件)，或l =5d(短試件)，d為工作段的直徑。,1、拉伸試驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)試件和試驗(yàn)設(shè)備,拉伸試驗(yàn)一般在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，它可以對(duì)試件加載，可以測(cè)力并自動(dòng)記錄力與變形的關(guān)系曲線。,一、材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能,1、拉伸試驗(yàn),將低碳鋼試件裝在試驗(yàn)機(jī)上，緩慢加

3、載，由測(cè)力裝置隨時(shí)可以讀出試件所承受的拉力，自動(dòng)記錄裝置繪出試件受力和試件伸長(zhǎng)量關(guān)系的曲線(圖6-8a)，該曲線稱為試件的拉伸圖。將拉力除以試件橫截面的原面積A，作為試件工作段的正應(yīng)力，將試件的伸長(zhǎng)量除以工作段的原長(zhǎng)，代表試件工作段的軸向線應(yīng)變。按一定的比例將拉伸圖轉(zhuǎn)換為σ與ε關(guān)系的曲線(圖6-8b)，該曲線稱為應(yīng)力~應(yīng)變曲線或σ ~ ε曲線。,⑴低碳鋼試件的拉伸圖和應(yīng)力~應(yīng)變曲線,,,,一、材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能,1、拉伸試驗(yàn),圖6-

4、11繪出了灰鑄鐵在拉伸時(shí)的σ ~ ε曲線，沒有直線部分，無(wú)屈服和頸縮現(xiàn)象，試件拉斷時(shí)的變形極小。斷裂時(shí)的應(yīng)力為強(qiáng)度極限，它是灰鑄鐵唯一的強(qiáng)度指標(biāo)。一般可近似地將σ ~ ε曲線的絕大部分看作直線，并認(rèn)為在這個(gè)范圍內(nèi)材料符合胡克定律。,(2)鑄鐵,二、材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能,金屬材料壓縮試驗(yàn)用圓柱形試件，試件的高為直徑的1.5~3倍。非金屬材料(如混凝土、石料等)試件為立方塊。,壓縮試驗(yàn),1．低碳鋼的壓縮試驗(yàn),圖6-12繪出了低碳鋼壓縮試驗(yàn)

5、的σ ~ ε曲線，與拉伸試驗(yàn)的σ ~ ε曲線比較，在屈服階段以前，兩條線基本重合。即低碳鋼壓縮時(shí)的比例極限、屈服極限、彈性模量均與拉伸時(shí)相同。過(guò)了屈服極限之后，試件越壓越扁，壓力增加，受壓面積也增加，試件不會(huì)被壓裂，測(cè)不出強(qiáng)度極限。因此，低碳鋼的力學(xué)性能指標(biāo)通過(guò)拉伸試驗(yàn)都可以測(cè)定。,,二、材料在壓縮時(shí)的力學(xué)性能,鑄鐵壓縮破壞時(shí)，破壞面大致與軸線成45°角。鑄鐵壓縮破壞是被剪斷的。,1．低碳鋼的壓縮試驗(yàn),2．鑄鐵的壓縮試驗(yàn),圖6

6、-11繪出了鑄鐵壓縮試驗(yàn)時(shí)的σ ~ ε曲線，與拉伸試驗(yàn)的σ ~ ε曲線比較，曲線相似，但壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限及塑性應(yīng)變都比拉伸時(shí)大得多。故脆性材料宜作受壓構(gòu)件。,,三、 材料的力學(xué)性能指標(biāo),圖6-13（a）所示試件的原始形狀和尺寸l（標(biāo)距），圖6-13(b)被拉斷之后拼合在一起的形狀和尺寸l1。標(biāo)距范圍內(nèi)殘留的塑性變形量與標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長(zhǎng)率，用δ表示。,1.彈性指標(biāo),彈性模量E。反映材料抵抗拉、壓彈性變形的能力。,泊松比μ(橫向變形