第五章轴向拉伸压缩杆的强度计算建筑力学.ppt

*****************************************************§3-5材料的力学性质为了解决构件的强度和变形问题，必须了解材料的一些力学性质，而这些力学性质都要通过材料实验来测定。工程材料的种类虽然很多，但依据其破坏时产生变形的情况可以分为脆性材料和塑性材料两大类。脆性材料在拉断时的塑性变形很小，如铸铁、混凝土和石料等，而塑性材料在拉断时能产生较大的变形，如低碳钢等。这两类材料的力学性质具有明显不同的特点，通常以低碳钢和铸铁作为代表进行讨论。试验条件及试验仪器：1、试验条件：常温(20℃)；静载（及其缓慢地加载）；标准试件。2、试验仪器：万能材料试验机；变形仪（常用引伸仪）。**3.5.1拉伸时材料的力学性质1．应力-应变曲线讨论低碳钢（Q235钢）试件的拉伸图如图a为了消除试件的横截面尺寸和长度的影响，将拉伸图改为σ-ε曲线，下面根据σ-ε曲线来介绍低碳钢拉伸时的力学性质。低碳钢拉伸试件从加载开始到最后破坏的整个过程，大致可以分为四个阶段：1）弹性阶段（Ob段）b点所对应的应力称为材料的弹性极限a点所对应的应力叫做比例极限*2）屈服阶段（cd段）当应力超过弹性极限之后，应变增加很快，而应力保持在一个微小的范围内波动，这种现象称为材料的屈服，在曲线上表现为一段近于水平的线段。c点所对应的应力称为屈服极限（或流动极限），用σs来表示。3）强化阶段（de段）材料经过屈服阶段后，其内部的组织结构有了调整，使其又增加了抵抗变形的能力，在曲线上表现为应力随着应变的增加，这种现象称为材料的硬化。最高点e所对应的应力称为材料的强度极限，用σb来表示。4）颈缩阶段（ef段）应力超过σb之后，试件开始出现非均匀变形，可以看到在试件的某一截面开始明显的局部收缩，即形成颈缩现象（如图）。曲线开始下降，最后至f点，试件被拉断。*颈缩现象2.材料的延伸率和截面收缩率延伸率%截面收缩率%工程上常把δ≥5%的材料称为塑性材料，而把δ5%的材料称为脆性材料δ和ψ是衡量材料塑性性能的两个主要指标，δ和ψ值越大，说明材料的塑性越好。＊综上所述，当应力增大到屈服点应力时，材料出现明显的塑性变形；抗拉强度则表示材料抵抗破坏的最大能力，故和是衡量塑性材料强度的两个重要指标。＊需要指出的是，材料的塑性与脆性不是固定不变的。它们随着温度、变形速度、受力状态等条件而变化。例如常温条件下的某些塑性材料，在低温时会发生脆性断裂。实验结果表明:截面尺寸改变得越急剧、角越尖、孔越小,应力集中的程度越严重.因此,零件上应尽可能避免带尖角的孔和槽,在阶梯轴的轴肩处用圆弧过渡,且半径较大。由于塑性材料有屈服阶段,当局部应力达到屈服极限时,该处材料的变形可以继续增加,而应力却不再增大,增加的力就由截面上尚未屈服的材料来承担。因此,用塑性材料制成的零件在静载荷作用下,可以不考虑应力集中的影响。而脆性材料没有屈服阶段,应力集中处的最大应力一直领先,首先达到强度极限,该处将首先出现裂纹。所以对于脆性材料制成的零件,应力集中的危害性显得严重。*3．弹性模量和泊松比弹性材料在受力和变形过程中，其应力和应变成正比关系，这就是虎克定律。弹性模量：应力和应变的比值，叫做弹性模量，用E来表示。泊松比：横向线应变与纵向线应变的比值称为泊松比，用来表示。4．冷作硬化若使材料应力超过屈服阶段并在进入强化阶段后卸载，则当再度加载时，材料的比例极限和屈服极限都将有所提高，同时，其塑性变形能力却有所降低，这种现象称为材料的冷作硬化。工程中常用冷作硬化的方法来提高钢筋和钢丝的屈服强度，并把它们称为冷拉钢筋和冷拔钢丝。3.5.2其它材料在拉伸时的力学性能4.5.4材料压缩时的力学性能＊低碳钢压缩时的曲线§4.5材料在轴向拉压时的力学性能＊下图为铸铁压缩时的曲线。由图可知，其力学性能与拉伸时有显著差异。压缩时的强度极限约为拉伸时的4～5倍，且发生明显的塑性变形。其破坏形式为沿45o左右斜面剪断角。＊塑性材料断裂时延伸率大，塑性性能好。＊多数塑料材料在拉压变形时的抗拉和抗压性能基本相同.＊脆性材料承