[工学]材料力学-1.ppt

Ⅱ 屈服阶段 应力不增加或产生波动，变形急剧增加，试件表面出现45o滑移线 取屈服下限为屈服极限σs O σp σe b a c σs α σ ε Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ Ⅲ 强化阶段 屈服阶段过后，试件抵抗变形的能力有所恢复，其上限称为强度极限σb。 Ⅳ 破坏阶段 试件达到强度极限后，试件产生“颈缩”现象，最后被拉断。 l d O σp σe b a c σs α σ ε σb d Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ 颈缩区内，虽然外力在减少，但由于横截面被削弱，颈缩区内的应力在增加，其应力—应变曲线为： o σ ε （2）材料的塑性指标 延伸率 截面收缩率 δ= l-l ×100% l ψ= ×100% A - A A 延伸率δ≥5%——塑性材料 延伸率δ5%——脆性材料 建筑用钢材：δ22%； ψ≈10% （3）应变硬化现象 在强化阶段卸载后又重新加载，材料强化。 a.强化后比例极限提高； b.强化后塑性变形减少。 o D Δl F Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅳ 重新加载 卸载 A C Δlp Δle B 2.其它塑性材料拉伸时的力学性质 σ/MPa ε 5 10 15 20 25 35 30 O 黄铜 合金铝 Q235钢 45号钢 35CrMnSi 钢 500 1000 1500 /×10 -2 延伸率δ比较大，5% 有些塑性材料并没有明显的屈服阶段，如黄铜、合金铝、35CrMnSi 钢等。 σ ε o D σ0.2 0.2% 对于没有明显屈服阶段的塑性材料，通常以产生0.2%的塑性应变时的应力作为屈服极限,称为条件屈服极限（offset yield stress）或称为规定非比例伸长应力,用σ0.2表示，如图。 也有用σ0.5 、 σ0.01作为屈服极限σs 。 3.铸铁的拉伸实验 (1) σ—ε曲线是一条微弯曲线，可用割线代替，并认为服从胡克定律，由此确定弹性模量。 (3) 没有屈服阶段和“颈缩”现象，出现突然断裂。 ε σ σ b O 切线弹模 割线弹模 如铸铁这类的脆性材料，抗拉强度很低，不宜受拉。砼大坝，控制拉应力。 拉断时的应力 称为强度极限。 σb t (2) 变形很小,拉断时的应变只有(0.4-0.5）%。 二、压缩时材料的力学性质 圆柱体： l =（1.5 ~ 3.0）d 1.低碳钢的压缩试验 O ε σ 压缩 拉伸 P σp σs 为避免试件在压缩时发生弯曲，采用短粗试件。 E、σp、σs均与拉伸时取相同的值。 得不到强度极限。 2.铸铁的压缩试验 ① σ—ε无线性关系。近似服从胡克定律。 ② 没有屈服阶段，σs不存在。 ④ 破坏时，断口与轴线成45° ~ 55°。发生错动。 切应力过大 ③ 和拉伸相比，延伸率大得多；强度极限σb比拉伸的σb大4 ~ 5倍。 t c σb 拉伸 ε O σ 压缩 σb c t 3.混凝土的压缩试验 抗压强度与试验方法有关。 OA 段： 当荷载较小时，应力-应变接近直线； 增大荷载，应力-应变关系为一曲线，最后得到σb。 AC 段： 变形增大，仍能承受压力——软化。 σ ε o A σb C c σ ε o A C σb t 拉伸 压缩 σ ε o A σb C c 4.木材的压缩试验 ① 顺纹向比横纹向σb大得多； ② 同载同截面条件下，顺纹向压缩时的变形比横纹向小得多。 三、塑性材料和脆性材料的比较 1.强度方面：塑性材料拉伸时的σb 比脆性材料高； 2.变形方面：塑性材料的变形大，脆性材料的变形小； 3.对应力集中的反映不同：应力集中时对塑性材料影不大，对脆性材料影响较大。 塑性材料吸收的能量多，受冲击能力好。 脆性材料吸收的能量少，受冲击能力不好。 §2-6 几种新材料的力学性质简介 一、复合材料 复合材料：两种或两种以上互不相溶（熔）的材料通过一定的方式组合成的一种新型材料。 复合材料具有极明显的各向异性。在平行于纤维的方向“增强”效应明显，而在垂直于纤维的方向则不显著。 如玻璃钢、加纤混凝土等 复合材料的弹性模量不仅与基体和纤维材料的弹性模量有关，而且与这两种材料的体积比有关。 复合材料沿纤维方向的弹性模量可由并联模型得到。 Ef —— 纤维材料的弹模； Em—— 基本材料的弹模； Vf —— 纤维材料的体积与总体积之比。 弹模 E = Ef Vf + Em（1 – Vf）。 O ε σ 如玻璃钢，拉断前应力-应变基本上是线弹性关系。 二、粘弹性材料 σ= f（ε，t） σ= ε· f（t） 粘弹性：应力-应变关系与时间有关的性质。 高分子材料（聚合物），如橡胶、塑料、化纤、粘接剂等 线性粘弹性 粘弹性 应力不变时，应变随时间的增加而增加—— 蠕变 应变不变时，应力随时间的增加而减少—— 松