工程力学 教学课件 作者 樊爱珍 主编 翟芳婷 副主编 16 材料力学性能.pptVIP

尚辅网 尚辅网 一、材料的力学性能 1）试验环境：常温、静载。 2）材料分类：塑形材料和脆性材料。 3）设备：试验机 4）试件：标准件，l=5d，l=10d 1) 低碳钢σ-ε曲线分析： (1)弹性阶段 比例极限σp oa段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材料符合虎克定律，直线oa的斜率tanα=E,就是材料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值记作σp，称为材料的比例极限。曲线超过a点，图上ab段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定律。但在ab段内卸载，变形也随之消失，说明ab段也发生弹性变形，所以ab段称为弹性阶段。b点所对应的应力值记作σe，称为材料的弹性极限。 弹性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常对二者不作严格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。 2、低碳钢压缩时的力学性能 1、铸铁拉伸时的力学性能 2、铸铁压缩时的力学性能 四、许用应力及强度计算 1、许用应力 2、强度条件： 低碳钢和铸铁的拉（压）应力-应变对照图 课堂练习 *课 件 工 程 力 学 工 程 力 学 尚辅网 第四章 材料的力学性能 尚辅网 主要内容 一、材料力学性能； 二、低碳钢拉(压)的力学性能； 三、铸铁拉(压)的力学性能。 四、许用应力及强度条件。 尚辅网 杆件在外力作用下是否破坏，与材料的性能有关。材料在外力作用下表现出来的力与变形之间的关系特征，称为材料的力学性能。力学性能是通过试验的方法测定的，它是进行杆件强度、刚度计算和选择材料的重要依据。 1、概念 尚辅网 图1 标准件 d l 2、试验条件 0.8 25 尚辅网 若消除截面面积和标距对曲线的影响，曲线就变成了?～?曲线（图b)。 实验中，记录下力F和变形Δl值， 描出F ～Δl曲线（图a）。 3、试验曲线 图2 （a） 0 △l F 滑移线 D A （b） B‘ 0 E σb σp B ε σ 450 σs σb 尚辅网 试件在拉伸过程中经历了四个阶段，有两个重要的强度指标。 ob段—弹性阶段(比例极限σp弹性极限σe ) bc段—屈服阶段 屈服点 cd段—强化阶段 抗拉强度 de段—缩颈断裂阶段 1、低碳钢拉伸时的力学性能 二、低碳钢拉(压)时的力学性能 图3 低碳钢拉伸—动画演示 拉伸曲线—动画演示 尚辅网 尚辅网 (2)屈服阶段 屈服点 曲线超过b点后，出现了一段锯齿形曲线，这一阶段应力没有增加，而应变依然在增加，材料好像失去了抵抗变形的能力，把这种应力不增加而应变显著增加的现象称作屈服，bc段称为屈服阶段。表面出现了45°滑移线。屈服阶段曲线最低点所对应的应力σs称为屈服点(或屈服极限)。在屈服阶段卸载，将出现不能消失的塑性变形。工程上一般不允许构件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料破坏的标志，所以屈服点σs是衡量材料强度的一个重要指标。 图4 尚辅网 (3)强化阶段 抗拉强度 经过屈服阶段后，曲线从c点又开始逐渐上升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化，cd段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力值记作σb，称为材料的抗拉强度(或强度极限)，它是衡量材料强度的又一个重要指标。 尚辅网 2）冷作硬化 ：将材料预拉到强化阶段后卸载，重新加载使材料的比例极限提高，而塑性降低的现象，称为冷作硬化。利用冷作硬化工艺来增强材料的承载能力，如冷拔钢筋等。 (4)缩颈断裂阶段 曲线到达d点前，试件的变形是均匀发生的，曲线到达d点，在试件比较薄弱的某一局部(材质不均匀或有缺陷处)，变形显著增加，有效横截面急剧减小，出现了缩颈现象，试件很快被拉断，所以de段称为缩颈断裂阶段。 图5 缩颈过程—动画演示 尚辅网 试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形留下来。工程上用试件拉断后留下来的变形表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个: 伸长率: 断面收缩率 : L1 —试件拉断后的标距 L —是原标距 A1 —试件断口处的最小横截面面积 A —原横截面面积。 δ、ψ值越大，其塑性越好。一般把δ≥5％的材料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把δ5％的材料称为脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。 3) 塑性指标 返回 尚辅网 O 比较低碳钢压缩与拉伸曲线,在直线部分和屈服阶段大致重合，其弹性模量比例极限和屈服点与拉伸时基本相同，因此低碳钢的抗拉性能与抗压性能是相同的。屈服阶段以后，试件会越压越扁，先是压成鼓形，最后变成饼状，故得不到压缩时的抗压强度。因此对于低碳钢一般不作压缩试验。 F 压缩 图6 拉伸 低碳钢压缩—动画演示 尚辅网 O 铸铁是脆性材料的典型代表。曲线没有明显的直线