材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能

1、材料在拉伸和壓縮 時的力學(xué)性能,,第25講,材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能,不同材料在受力時表現(xiàn)出的力學(xué)性能各不相同。材料的力學(xué)性能由試驗測定。低碳鋼(含碳量不大于0.25％的碳素鋼)和鑄鐵是在力學(xué)性能上具有代表性的材料，本節(jié)主要介紹這兩種材料在常溫、靜載條件下軸向拉伸和壓縮時的力學(xué)性能。,一、材料在拉伸時的力學(xué)性能,按照國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗試樣》(GB6397—86)制成標(biāo)準(zhǔn)試件(圖6-7)。試件的幾何形狀和受

2、力條件都符合軸向拉伸的要求。兩端加粗是便于夾裝和避免在裝夾部位發(fā)生破壞。在試件的等直部分劃上兩條相距為l的橫線，橫線之間的部分作為測量變形的工作段，稱為標(biāo)距。規(guī)定圓截面試件的l ＝10d(長試件)，或l =5d(短試件)，d為工作段的直徑。,1、拉伸試驗,標(biāo)準(zhǔn)試件和試驗設(shè)備,拉伸試驗一般在萬能試驗機上進(jìn)行，它可以對試件加載，可以測力并自動記錄力與變形的關(guān)系曲線。,一、材料在拉伸時的力學(xué)性能,1、拉伸試驗,將低碳鋼試件裝在試驗機上，緩慢加

3、載，由測力裝置隨時可以讀出試件所承受的拉力，自動記錄裝置繪出試件受力和試件伸長量關(guān)系的曲線(圖6-8a)，該曲線稱為試件的拉伸圖。將拉力除以試件橫截面的原面積A，作為試件工作段的正應(yīng)力，將試件的伸長量除以工作段的原長，代表試件工作段的軸向線應(yīng)變。按一定的比例將拉伸圖轉(zhuǎn)換為σ與ε關(guān)系的曲線(圖6-8b)，該曲線稱為應(yīng)力~應(yīng)變曲線或σ ~ ε曲線。,⑴低碳鋼試件的拉伸圖和應(yīng)力~應(yīng)變曲線,,,,一、材料在拉伸時的力學(xué)性能,1、拉伸試驗,圖6-

4、11繪出了灰鑄鐵在拉伸時的σ ~ ε曲線，沒有直線部分，無屈服和頸縮現(xiàn)象，試件拉斷時的變形極小。斷裂時的應(yīng)力為強度極限，它是灰鑄鐵唯一的強度指標(biāo)。一般可近似地將σ ~ ε曲線的絕大部分看作直線，并認(rèn)為在這個范圍內(nèi)材料符合胡克定律。,(2)鑄鐵,二、材料在壓縮時的力學(xué)性能,金屬材料壓縮試驗用圓柱形試件，試件的高為直徑的1.5~3倍。非金屬材料(如混凝土、石料等)試件為立方塊。,壓縮試驗,1．低碳鋼的壓縮試驗,圖6-12繪出了低碳鋼壓縮試驗

5、的σ ~ ε曲線，與拉伸試驗的σ ~ ε曲線比較，在屈服階段以前，兩條線基本重合。即低碳鋼壓縮時的比例極限、屈服極限、彈性模量均與拉伸時相同。過了屈服極限之后，試件越壓越扁，壓力增加，受壓面積也增加，試件不會被壓裂，測不出強度極限。因此，低碳鋼的力學(xué)性能指標(biāo)通過拉伸試驗都可以測定。,,二、材料在壓縮時的力學(xué)性能,鑄鐵壓縮破壞時，破壞面大致與軸線成45°角。鑄鐵壓縮破壞是被剪斷的。,1．低碳鋼的壓縮試驗,2．鑄鐵的壓縮試驗,圖6

6、-11繪出了鑄鐵壓縮試驗時的σ ~ ε曲線，與拉伸試驗的σ ~ ε曲線比較，曲線相似，但壓縮時的強度極限及塑性應(yīng)變都比拉伸時大得多。故脆性材料宜作受壓構(gòu)件。,,三、 材料的力學(xué)性能指標(biāo),圖6-13（a）所示試件的原始形狀和尺寸l（標(biāo)距），圖6-13(b)被拉斷之后拼合在一起的形狀和尺寸l1。標(biāo)距范圍內(nèi)殘留的塑性變形量與標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率，用δ表示。,1.彈性指標(biāo),彈性模量E。反映材料抵抗拉、壓彈性變形的能力。,泊松比μ(橫向變形