土木工程力学基础-模块四 构件强度计算70课件讲解.pptx

模块四构件强度计算主讲人：张弦波时间：2020.02土木工程力学基础任务3材料在拉压时的力学性能认知

目录/CONTENT01材料在拉压时的力学性能

材料在拉压时的力学性能PART01

材料在拉压时的力学性能工程中使用的材料种类很多，通常根据试件在拉断时塑性变形的大小而分为塑性材料和脆性材料两类。塑性材料拉断时具有较大的塑性变形，如低碳钢、合金钢、铜等；脆性材料拉断时塑性变形很小，如铸铁、混凝土、石料等。这两类材料的力学性能具有显著的差异。低碳钢是典型的塑性材料，而铸铁是典型的脆性材料，因此它们的试验及其所反映出的力学性能对这两类材料具有代表性。一、低碳钢拉伸试验

材料在拉压时的力学性能低碳钢在拉伸时的力学性能通过试验方法测定，该试验是在常温、静载下在万能实验机上对低碳钢进行单向拉伸试验。

材料在拉压时的力学性能为了便于比较不同材料的试验结果，必须将试验材料按照国家标推制成。对圆形截面，中部工作段的直径为d0，工作段的长度为l0(称为标距)，且l0=10d0或l0=5d0。对矩形截面，中部工作段的截面面积A，且或的标准试样。..l0d0..l0A0

材料在拉压时的力学性能将低碳钢的标准试件夹在万能试验机上，开动试验机后，试件受到由零开始缓慢增加的拉力F作用，同时试件逐渐伸长，直至拉断为止。以拉力F为纵坐标，以纵向伸长量?l为横坐标，将F和?l的关系按一定的比例绘制的曲线，称为拉伸图（或F-?l图）。一般试验机上都有自动绘图装置，试件拉伸过程中能自动绘出拉伸图。为了消除试件尺寸的影响，反映材料本身的性质，将纵坐标除以试件横截面的原始面积A，得到应力?；将横坐标Δl除以原标距l0，得到线应变?，这样绘制的曲线称为应力-应变图（?-?图）。二、拉伸图与应力应变图

1）线弹性阶段?P比例极限2）屈服阶段?s屈服极限是衡量材料强度的重要指标3）强化阶段?b强度极限4）颈缩破坏阶段σε?P?e?s?b?e弹性极限材料在拉压时的力学性能三、拉伸过程的四个阶段

低碳钢的应力应变图反映出试验过程可分为四个阶段，各阶段有其不同的力学性能指标。（1）弹性阶段：在试件的应力不超过b点所对应的应力时，材料的变形全部是弹性的，即缓慢卸除荷载时，试件的变形将全部消失。弹性阶段最高点b相对应的应力值?e称为材料的弹性极限。在弹性阶段内，初始Oa一段是直线，它表明应力与应变成正比，材料服从虎克定律。过a点后，应力应变图开始微弯，表示应力与应变不再成正比。应力与应变成正比关系的最高点a所对应的应力值?p称为材料的比例极限。建筑中最常用的Q235钢，比例极限约为200MPa。（5-4）材料在拉压时的力学性能

（2）屈服阶段：当应力超过b点所对应的应力后，应变增加很快，应力仅在很小范围内波动，在?-?图上呈现出接近于水平的“锯齿”形段。此阶段应力基本不变.应变显著增加，称为屈服阶段（也称流动阶段）。屈服阶段中的最低应力称为屈服强度，用?s表示。Q235钢的屈服强度约为240MPa。材料到达屈服阶段时，如果试件表面光滑，则在试件表面上可以看到大约与试件轴线成的斜裂纹线，这种斜裂纹线称为滑移线。这是由于在面上存在最大切应力，造成材料内部晶粒之间相互滑移所致。材料在拉压时的力学性能

（3）强化阶段：屈服阶段以后，材料重新获得抵抗变形的能力，体现在?-?图中曲线开始向上凸，它表明若要试件继续变形，必须增加应力，这一阶段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力称为强度极限，以?b表示。Q235钢的强度极限约为400MPa。材料在拉压时的力学性能

（4）颈缩阶段：当应力到达强度极限之后，在试件薄弱处将发生急剧的局部收缩，出现“颈缩”现象。由于颈缩处截面面积迅速减小，试件继续变形所需的拉力F也相应减少，用原始截面面积A算出的应力值也随之下降，曲线出现了de段形状。至e点试件被拉断。上述低碳钢拉伸的四个阶段中，有两个有关强度性质的指标，即屈服极限?s和强度极限?b，?s是衡量材料强度的一个重要指标，当应力达到?s时，杆件产生显著的塑性变形，使得杆件无法正常使用；?b是衡量材料强度的另一个重要指标，当应力达到?b时，杆件出现颈缩并很快被拉断。材料在拉压时的力学性能

试样拉断后，由于弹性变形自动消失，只保留了塑性变形，试样标距长度由原来的l0变为l1。用百分比表示比值（5-5）