7第六章_材料拉伸时力学性能.pptVIP

第六章 材料在轴向拉压时的力学性能 材料的力学性能与温度和加载速率有关。本章主要介绍材料在静载和常温下的力学性能。材料的力学性能必须通过试验加以确定。为了试验数据的可比性，试件要做成标准试件。显然试件所能承受的最大载荷与试件横截面面积有关，试件的变形量与试件长度有关。为消除试件的纵横尺寸对试验结果的影响，采用应力一应变曲线。对金属材料，低碳钢是典型的塑性材料，而铸铁却是典型的脆性材料。因此，本章将重点介绍低碳钢和铸铁的力学性能。 § 6.1 材料在拉伸(压缩)时的力学性能 材料的力学性能是指材料在外力作用下表现出的变形和破坏方面的特性。 在室温下，以缓慢平稳加载的方式进行的拉伸试验，称为常温、静载拉伸试验。 试件中：d为圆试件直径，l为试件的有效长度，称为标距； A为板试件的横截面积。 圆截面： 矩形截面： （1）低碳钢拉伸曲线的四个阶段 ①弹性阶段（ob） 比例极限σp —材料应力应变成正比的最大应力值 弹性极限σe —材料只出现弹性变形的应力极限值 （比例系数） E为与材料有关的比例常数，随材料不同而异。当 时， ，由此说明表明材料的刚性的大小。 ③强化阶段（ce） 6.1.3 强度指标和塑性指标 从强度考虑，低碳钢的强度指标为屈服极限σs和强度极限σb ；铸铁的强度指标为强度极限σb 。从变形考虑，可以得到材料的延伸率δ和面积收缩率Ψ。 延伸率δ定义为试件在断裂后的工作标距的相对伸长，且用百分数表示，即 面积收缩率Ψ定义为试件预缩的截面面积相对于试件的原横截面面积的百分数，即 延伸率δ5%的材料，称为塑性材料；延伸率δ5%的材料,称为脆性材料。 6.1.4 低碳钢和铸铁在轴向压缩时的力学任能 压缩的线性段与拉伸的线性段相同，且压缩的屈服极限在数值上与拉伸的屈服极限相同。低碳钢的压缩变形，随载荷增加开始成鼓形，然后成饼形，不发生断裂破坏。铸铁在轴向压缩时，产生斜断口的断裂（图6－8）。 6.1.5 非金属材料在轴向拉（压）时的力学性能 （l）混凝土、石料 （2）木材 （3）单向复合材料（单向极） § 6.2 材料在高温和动载荷时的力学性能 6.2.1 材料在高温和动载荷时的力学性能 图6－12和图6－13可以看出 ： （l）强度极限σb开始随温度增加，当温度在250～350℃之间时σb最大，当温度再升高时σb显著下降 。 （2）流动极限σs和比例极限σp随温度升高而下降。到 300～ 350 ℃后，流动阶段消失。 （3）延伸率δ和截面收缩率Ψ在250～350 ℃时最低，此时钢材呈现一定程度的脆性，以后δ和Ψ又随温度上升而增加。 （4）弹性模量E随温度上升而一直下降，泊松比μ则一直上升。 6.2.2 高温蠕变和应力松弛 （l） 蠕变现象 （2）松弛现象 6.2.3 在动载荷下应变速率对材料力学性能的影响 §6.3 安全系数 许用应力 （l）在强度计算中，有些数据与实际有差异, 这些差异都以安全系数的形式来考虑。 （2）给构件以一定的强度储备，一般在静载荷下，对塑性材料取ns=1.2～1.5，对脆性材料取ns= 2～3.5 合理选择安全系数是一个比较复杂的问题，安全系数偏大会造成材料的浪费，偏小又可能造成破坏事故。所以安全系数的确定是关系到安全与经济的大问题，一般由国家专门机关在规范中作出具体的规定。随着科学技术的发展和人们对客观规律认识得愈深入，安全系数也就可以取得低些。 * * =11.3 =5.65 6.1.1 低碳钢在轴向拉伸时的力学性能 试验过程中的轴力FN（在数值上等于载荷 P的数值）和对应的试件伸长量Δl绘成P—Δl曲线，称为“拉伸曲线” 为了消除尺寸的影响，获得反映材料性能的曲线，将纵坐标P和横坐标Δl（标距的伸长量）分别除以试件的初始截面积A0和标距l0，得到材料拉伸时的应力一应变曲线，即σ一ε曲线。 ②流动阶段（屈服阶段）（bc） 在此阶段内，载荷基本上不变，但变形增加较快。曲线呈现摆动，摆动的最小应力和最大应力分别称为屈服下限和屈服上限。屈服下限数值较为稳定，不太受加载速率的影响，将其定义为材料屈服极限σs 。 现象：磨光试件表面出现与轴线成4