工程力学第3节 材料在轴向拉压时的力学性能 (2).ppt

第 3 节 材料在轴向拉压时的力学性能 第五章 轴向拉伸和压缩 一、低碳钢拉伸时的力学性质 在做拉伸试验时，要求将金属材料按国家标准《金属材料拉伸试验法》制成标准试件。一般金属材料采用圆形截面试件 ( 图a ) 或矩形截面试件 ( 图b )。 低碳钢的拉伸试验 试件的有效工作总长度称为标距 。 低碳钢的拉伸图（FN-?l 曲线 ） 低碳钢的拉伸时的应力–应变曲线图（?-? 曲线 ） 弹性阶段：由直线段oa 和微弯段ab 组成。oa 段称为比例阶段或线弹性阶段，在此阶段内，材料服从胡克定律，即? =E? 适用，a点所对应的应力值称为材料的比例极限，并以“?P ”表示。 曲线ab段称为非线弹性阶段，只要应力不超过b点，材料的变形仍是弹性变形。所以b点对应的应力称为弹性极限，以“?e ”表示。 屈服阶段：bc段近似水平，既应力几乎不再增加，而变形却增加很快，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力。这种现象称为屈服现象或流动现象。bc段最低点对应的应力称为屈服极限，以“?s ”表示。 低碳钢的应力–应变曲线可分成四个阶段： 强化阶段：过了屈服阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使试件继续变形必须再增加载荷，这种现象称为材料的强化，故? - ? 曲线图中的 ce 段称为强化阶段，最高点 e 点所对应的应力称为材料的强度极限，以“?b”表示，它是材料所能承受的最大应力，所以?b是衡量材料强度的另一个重要指标。 颈缩阶段：载荷达到最高值后，可以看到在试件的某一局部范围内的横截面迅速收缩变细，形成颈缩现象。应力应变曲线图中的ef段称为颈缩阶段。 试件拉断后，弹性变形消失，只剩下残余变形，残余变形标志着材料的塑性。工程中常用延伸率 ? 和断面收缩率? 作为材料的两个塑性指标。分别为 材料的两个塑性指标 一般把? 5% 的材料称为塑性材料，把? 5%的材料称为脆性材料。低碳钢的延伸率? =20~30%，是典型的塑性材料。 截面收缩率? 也是衡量材料塑性的重要指标，低碳钢的截面收缩率? 约为60%左右。 锰钢 硬铝 退火球墨铸铁 45钢 锰钢、硬铝、退火球墨铸铁和 45 钢的应力—应变曲线； 二、其他金属材料拉伸时的力学性质 锰钢、硬铝、退火球墨铸铁和45钢都是塑性材料，但前三种材料没有明显的屈服阶段； 对于没有明显屈服点的塑性材料，工程上规定，取试件产生 0.2% 的塑性应变时，所对应的应力值作为材料的名义屈服极限，以 表示 ?0.2 0.2% 铸铁的拉伸试验 铸铁是典型的脆性材料，其拉伸? - ? 曲线如图所示，图中无明显的直线部分，但应力较小时接近于直线，可近似认为服从胡克定律。工程上有时以曲线的某一割线斜率作为弹性模量。铸铁拉伸时无屈服现象和颈缩现象，断裂是突然发生的。强度指标?b是衡量铸铁强度的唯一指标。 三、材料在压缩时的力学性质 低碳钢的压缩试验 压缩试验所用的金属试件常做成短圆柱形试件，其高度是直径的1.5~3.0 倍。 低碳钢压缩时的应力应变曲线如图所示。图中虚线是为了便于比 较而绘出的拉伸的? - ? 曲线。从图中可以看出，低碳钢压缩时的弹性模量与拉伸时相同，但由于是塑性材料，所以试件愈压愈扁，可以产生很大的塑性变形而不破坏，因而没有抗压强度极限。 铸铁的压缩试验 铸铁压缩时的 ? – ? 曲线如图所示。其线性阶段不明显，强度极限 ?b 比拉伸时高 2~4 倍，破坏突然发生，断口与轴线大致成 45?～55? 的倾角。 结 论 由于脆性材料抗压强度高，宜用于制作承压构件。 第 3 节 材料在轴向拉压时的力学性能 第五章 轴向拉伸和压缩