應力應變曲線材料力學.ppt
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第五節(jié) 應力——應變曲線,,,,,力學性質(zhì):在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的力學性能,試件和實驗條件,常溫、靜載,§9-4,一、拉伸時的應力——應變曲線,1、 試件,,(1)材料類型: 低碳鋼: 灰鑄鐵:,2.標準試件:,塑性材料的典型代表; 脆性材料的典型代表;,(2)標準試件:,標距: 用于測試的等截面部分長度;,尺寸符合國標的試件;,圓截面試件標距:L0=10d0或5d0,,,,2、試驗機,,,,,,,3、低碳鋼拉伸曲線,,,,明顯的四個階段,1、彈性階段ob,比例極限,彈性極限,2、屈服階段bc(失去抵抗變形的能力),屈服極限,3、強化階段ce(恢復抵抗變形的能力),強度極限,4、局部徑縮階段ef,(1)彈性階段 比例極限σp oa段是直線,應力與應變在此段成正比關(guān)系,材料符合虎克定律,直線oa的斜率 就是材料的彈性模量,直線部分最高點所對應的應力值記作σp,稱為材料的比例極限。曲線超過a點,圖上ab段已不再是直線,說明材料已不符合虎克定律。但在ab段內(nèi)卸載,變形也隨之消失,說明ab段也發(fā)生彈性變形,所以ab段稱為彈性階段。b點所對應的應力值記作σe ,稱為材料的彈性極限。 彈性極限與比例極限非常接近,工程實際中通常對二者不作嚴格區(qū)分,而近似地用比例極限代替彈性極限。,,,,(2)屈服階段 屈服點 曲線超過b點后,出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線,這—階段應力沒有增加,而應變依然在增加,材料好像失去了抵抗變形的能力,把這種應力不增加而應變顯著增加的現(xiàn)象稱作屈服,bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點所對應的應力 稱為屈服點(或屈服極限)。在屈服階段卸載,將出現(xiàn)不能消失的塑性變形。工程上一般不允許構(gòu)件發(fā)生塑性變形,并把塑性變形作為塑性材料破壞的標志,所以屈服點 是衡量材料強度的一個重要指標。,,,(3)強化階段 抗拉強度 經(jīng)過屈服階段后,曲線從c點又開始逐漸上升,說明要使應變增加,必須增加應力,材料又恢復了抵抗變形的能力,這種現(xiàn)象稱作強化,ce段稱為強化階段。曲線最高點所對應的應力值記作 ,稱為材料的抗拉強度(或強度極限),它是衡量材料強度的又一個重要指標。,(4)縮頸斷裂階段 曲線到達e點前,試件的變形是均勻發(fā)生的,曲線到達e點,在試件比較薄弱的某一局部(材質(zhì)不均勻或有缺陷處),變形顯著增加,有效橫截面急劇減小,出現(xiàn)了縮頸現(xiàn)象,試件很快被拉斷,所以ef段稱為縮頸斷裂階段。,,4.塑性指標 試件拉斷后,彈性變形消失,但塑性變形仍保 留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形 表示材料的塑性指標。常用的塑性指標有兩個:,,伸長率:,%,斷面收縮率 :,,,%,L1 —試件拉斷后的標距 L —是原標距 A1 —試件斷口處的最小橫截面面積 A —原橫截面面積。,、 值越大,其塑性越好。一般把 ≥5%的材料稱為塑性材料,如鋼材、銅、鋁等;把 5%的材料稱為脆性材料,如鑄鐵、混凝土、石料等。,,,,工程應用:冷作硬化,1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載,,,,,,,,,2、過彈性范圍卸載、再加載,,,,,,即材料在卸載過程中應力和應變是線形關(guān)系,這就是卸載定律。,材料的比例極限增高,延伸率降低,稱之為冷作硬化或加工硬化。,,,,,對于脆性材料(鑄鐵),拉伸時的應力應變曲線為微彎的曲線,沒有屈服和徑縮現(xiàn)象,試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。,σbt—拉伸強度極限(約為140MPa)。它是衡量脆性材料(鑄鐵)拉伸的唯一強度指標。,5、灰鑄鐵,,,,常溫、靜載,§9-5,二、壓縮時的應力——應變曲線,1、試樣及試驗條件,2、低碳鋼壓縮實驗,金屬材料的壓縮試樣,一般制成短圓柱形,柱的高度約為直徑的1.5 ~ 3倍,試樣的上下平面有平行度和光潔度的要求非金屬材料,如混凝土、石料等通常制成正方形。,低碳鋼是塑性材料,壓縮時的應力–應變圖, 如圖示。,在屈服以前,壓縮時的曲線和拉伸時的曲線基本重合,屈服以后隨著壓力的增大,試樣被壓成“鼓形”,最后被壓成“薄餅”而不發(fā)生斷裂,所以低碳鋼壓縮時無強度極限。,3、灰鑄鐵,曲線沒有明顯的直線部分,應力較小時,近似認為符合虎克定律。曲線沒有屈服階段,變形很小時沿與軸線大約成45°的斜截面發(fā)生破裂破壞。曲線最高點的應力值 稱為抗壓強度。,,鑄鐵材料抗壓性能遠好于抗拉性能,這也是脆性材料共有的屬性。因此,工程中常用鑄鐵等脆性材料作受壓構(gòu)件,而不用作受拉構(gòu)件。,,,,塑性材料和脆性材料力學性能比較,塑性材料,脆性材料,斷裂前有很大塑性變形,斷裂前變形很小,抗壓能力與抗拉能力相近,抗壓能力遠大于抗拉能力,延伸率 δ 5%,延伸率 δ 5%,可承受沖擊載荷,適合于鍛壓和冷加工,適合于做基礎構(gòu)件或外殼,材料的塑性和脆性會因為制造方法工藝條件的改變而改變,,- 配套講稿:
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- 應力 應變 曲線 材料力學
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