第六章工程力学之拉伸与收缩试卷.ppt

五、 其它塑性材料在拉伸时的力学性能 工程上常用的塑性材料，除低碳钢外，还有中碳钢、某些高碳钢和合金钢、铝合金、青铜、黄铜等。图6-17所示是其它几种材料的应力—应变曲线，可以看出，它们断裂时都有较大的残余变形，因而都属于塑性材料，但却没有明显的屈服阶段。 对于没有明显屈服阶段的塑性材料，工程中通常以卸载后产生 塑性应变的应力值作为屈服应力，称为名义屈服应力或条件屈服应力，用 表示。例如图6-17所示镍钢的应力—应变曲线，在 轴上找到应变为 的点，自该点作初始直线段的平行线，并与应力—应变曲线相交于点C，则与C点对应的正应力即为条件屈服应力 。 六、 铸铁拉伸时的力学性能 铸铁材料是典型的脆性材料，在拉伸过程中，从开始受力直到断裂，既没有屈服阶段，也没有颈缩现象，在应变很小、延伸率很低的情况下，就发生突然断裂，其应力—应变曲线如图6-18所示。 可以看出，铸铁拉伸时的应力—应变曲线是一段微弯曲线，没有明显的直线部分，即在整个应力范围内，应力和应变均不成正比。 由于在工程应用中铸铁的拉应力不高，而在较低的应力范围内，应力—应变的曲率很小，因此，实际计算时以直线代替曲线，并以直线的斜率作为弹性模量，称为割线弹性模量。 铸铁拉断时的最大应力称为强度极限 。强度极限 是衡量脆性材料的唯一强度指标。 §6–4 材料在压缩时的力学性能 一、低碳钢的压缩试验 低碳钢压缩时的应力—应变曲线如图6-19所示。 可以看出，压缩与拉伸两种情况下的相同点是：在屈服阶段之前，压缩曲线与拉伸曲线基本重合，压缩与拉伸时的屈服应力以及弹性模量大致相同。不同点是：随着压力的继续增加，试件将越压越扁，因而得不到压缩时的强度极限。 二、铸铁的压缩试验 为了便于比较，铸铁拉伸、压缩时的应力—应变曲线如图6-20所示。 压缩与拉伸比较，其相同点是：试件仍然在较小的变形下突然破坏，没有明显的直线阶段；不同点是：压缩强度极限远大于拉伸强度极限，约为3~4倍，破坏断面的法线与轴线大致成 的倾角。 所以脆性材料抗拉强度低，塑性性能差，但抗压能力强，且价格低廉，所以适宜作受压构件。 应该指出，材料的力学性能不是固定不变的。在不同温度和不同加载方式时（例如：缓慢加载、高速加载或周期加载），材料的力学性能将有所不同。 §6–5 失效、安全系数和强度计算 一、概念 （1）失效：构件不能正常工作。 脆性材料：失效就是断裂。 塑性材料：屈服就是失效。因为屈服过程中的塑性变形，会使构件不能保持原有的形状和尺寸，从而影响正常工作。 （2）工作应力 ：工作过程中构件实际承受的应力。 （3）极限应力 ：构件正常工作所能承受的最大应力，用表示，根据失效概念，对脆性材料 ，对塑性材料 （4）许用应力 理论上，只要工作应力 小于极限应力 ，构件就能够安全工作，不会发生强度破坏，但由于以下几个方面的原因，使满足这个条件的构件仍有可能是不安全的。 ① 作用在构件上的载荷不可能估计得很准确，而且构件在工作时还可能受到没有估计到的偶然载荷作用； ② 构件的外形和所受外力往往是复杂的，计算时要进行一定的简化，因此计算所得应力是近似的； ③ 实际材料并不象所假设的那样绝对均匀，不能保证构件所用材料与标准试件具有完全相同的力学性能，这种差别在脆性材料中尤为显著； ④ 构件在工作中会受到各种磨损，必须要考虑到磨损储备，在化工设备中还应特别考虑到腐蚀的作用。 综上所述，为了保证构件安全可靠的工作，构件的工作应力 必须小于材料的极限应力 ，给构件一定的安全储备。为此，引入安全系数 n 和许用应力 ，令 其中安全系数 。 对脆性材料 对塑性材料 （5）安全系数的选取 安全系数的选取要考虑多个方面的因素。从公式可以看出，安全系数越大，许用应力 越小，则构件的强度储备就越高。但过大的安全系数，会造成材料的浪费，并使结构笨重。所以安全系数的选取要从安全和节省材料两个方面统一考虑和分析。 由于影响安全系数的因素很多，所以安全系数的确定是一件很复杂的工作。通常由国家有关部门加以规定，公布在有关的规范中，设计时可以参考应用。但在实际应用中，还需根据具体情况，如材料的均匀程度、载荷的近似情况、构件在设备中的重要性等，对安全系数加以选择。 目前一般机械制造中，在静载荷情况下，塑性材料可取