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3.5直杆拉伸或压缩时的变形 1 绝对变形与相对变形 绝对变形是指在拉伸/压缩载荷的作用下引起的轴向（或横向）单位尺寸的增大或减小（减小或增大），单位通常为m或mm。 相对变形是指在拉伸/压缩载荷的作用下引起的轴向（或横向）单位尺寸的增大或减小（减小或增大）量，称为应变。 2 横向应变、纵向应变与泊松比 纵向应变： 横向应变： 泊松比： 提示：泊松比为材料的弹性常数，不同的材料具有不同的泊松比，泊松比一般都小于0.5。 讨论： 问：杆件在拉伸载荷作用前后体积是否保持不变？ 思考：采用不同材料制造的尺寸相同的构件，在拉伸载荷的作用下达到相同的纵向应变时，由于泊松比不同，得到的横向应变却是不同的。这就意味着变形后的构件长度相等而截面不再相等，进而得出变形后的体积也不再相等，这就意味着在拉伸载荷作用下体积发生了变化，那么是变大还是变小了？ 3 胡克定律 （EA称为抗拉刚度） 3.6 材料拉伸和压缩时的力学性能及测试 1 拉伸和压缩试验用标准试样 实验试样按长度可分为长试样和短试样两种， 按截面积可以分为矩形截面和圆截面两种。 2 拉伸/压缩实验曲线 拉伸和压缩实验结果可以简单地用载荷-位移曲线或者应力-应变曲线表示。 3 实验（曲线）四个阶段 弹性阶段，可以分为线弹性和非线性弹性段，现行弹性段的斜率即为胡克定律中的弹性模量； 屈服阶段，应力波动而应变持续增加，对应的应力水平即为屈服强度； 强化阶段，材料屈服一定时间后，其抵抗变形的能力开始增加，直到达到一最大值。该最大值即为抗拉强度； 局部变形阶段，试样的某一局部发生颈缩从而导致试样的承载能力急剧下降，直至断裂。 提示：并不是所有的塑性材料都有屈服平台，对于这类材料，工程上常将产生0.2%残余应变时所对应的应力作为屈服强度。 4 通过拉伸实验获得的材料力学性能 弹性模量E，屈服强度，抗拉强度，延伸率，断面收缩率，泊松比。 提示：学习这部分以后，不但应该掌握基本的概念和计算方法，还要了解低碳钢的相应性能参数的数量级。如弹性模量通常在200GPa，泊松比为0.3，屈服强度在150~400MPa等。 5 塑性材料与脆性材料的划分 延伸率大于等于5%的称为塑性材料，反之，称为脆性材料。 提示：要求能够举例，低碳钢，铸铁，铜，玻璃 6 脆性材料与塑性材料的变形特点差异 典型的塑性材料在拉伸和压缩过程中可以分为四个阶段，即弹性阶段，塑性阶段，强化阶段和局部变形阶段， 而脆性材料在拉伸过程中变形较小(5%)，压缩过程中塑性材料不会发生断裂破坏，而脆性材料会发生断裂，断裂面通常与轴线呈45度。解释原因. 7 温度对材料力学性能的影响 常温下，塑性材料塑性指标和ψ，随温度的升高而显著增大，并随温度降低而减小（但低碳钢在+300℃前有相反的现象）；而材料强度指标σs、σb和弹性模量E则随温度的升高而减小，并随温度的降低而增大（但低碳钢在+300℃前，温度升高时σb增大，这是碳钢的一种特殊情况）。 低温对材料力学性能的影响主要表现为材料的塑性指标随温度的降低而减小。当温度低于某一数值后，材料的塑性指标将急剧下降，从而转变为脆性材料，这一温度称为无延性转变温度（NDT）。 实例：titanic号失事事件。 8 蠕变 应力超过一定值（远小于屈服强度）时，即使应力值保持不变，材料的塑性变形也会随着时间的延长而不断增加，这种现象称为蠕变。蠕变变形是一种不可恢复的塑性变形。蠕变通常发生在高温环境。 9 冲击试验 冲击试验的目的是测试金属材料的抗冲击能力。试验采用标准试样。测试结果称为冲击韧度，记为Ak。单位为J。 试样缺口有U型和V型两种. 10 硬度测试 硬度指材料抵抗异物入侵的能力。常用硬度有布氏硬度和洛氏硬度，分别记为HB和HRC、HRB和HRA。 11 疲劳破坏 长期处在交变应力下工作的构件，虽然其工作应力远低于材料的强度极限，但也会出现突然断裂。这种现象称为疲劳破坏。 12 循环特性及交变应力的分类 循环特性是指交变应力的最小值与最大值的比值。 据此交变应力可以分为对称循环，非对称循环和脉动循环。 提示：尽管交变应力的类型很多，但是工程上通常都采用σ-1作为疲劳强度的基本数据，这是因为σ-1测试容易且在该条件下材料最容易发生疲劳破坏。 13 应力集中 引起应力集中常见的因素包括构件的几何形状突变，材料变化等。 应力集中的严重程度用应力集中系数来表示， 书后部分习题提示和答案 2-1(a) 提示1：该题主要考察同学们对三力平衡汇交定律的掌握程度 提示2：要求正确画出未知力的方向 N1 N2 N2 N1 2-1（b) 提示1：该题主要考察同学们对三力平衡汇交定律的掌握程度 提示2：要求正确画出未知力的方向 2-7 提示：利用三力汇交可以直接确定A铰的受力方向。 答案 RAx RAy RA RD RA