第一章 单向静拉伸力学性能

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1、第一章单向静拉伸力学性能单向静拉伸试验特点:1.最广泛使用的力学性能检测手段;2.实验的应力状态、加载速率、试样尺寸、温度等都有规定。（试验方法：GB/T228-2002；试样：GB/T6397-1986）3.最基本的力学性能（弹性、塑性、断裂）4.可测力学性能指标：强度（σ）、塑性（δ、ψ、f）等。（万能拉伸试验机介绍：油压式、传感器式、高温式等）§1.1应力-应变曲线（视频演示：拉伸试验）一、拉伸力—伸长曲线图1-1低碳钢拉伸力—伸长曲线二、应力-应变曲线应力σ=F/A应力ε=△l/L图1-2低碳钢应力-应变曲线如果按拉伸时试样的真实断面A和真实长度L，则可得到真实应力-应变曲线：图

2、1-3真实应力-应变曲线与常见的应力-应变曲线比较，材料强化→F↑；而面积A↓，要保持ε不变，则F↓。∴σ～ε出现峰值。三、几种常见材料的应力-应变曲线15图1-4某些金属与合金的p—Δι曲线1—铝青铜；2—低碳钢（c：0.35）；3—硬铝；4—铜§1.2弹性变形与弹性不完整性一、弹性变形及其实质1.弹性变形及其实质定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或尺寸的变形，叫弹性变形。特点：力的作用方式：拉、压、推单调、可逆、变形量很小（＜0.5～1.0%）2.弹性的物理本质（双原子模型）金属的弹性性质是金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。二、虎克定律1.弹性理论简介⑴基本假设⑵弹性力场微分方程

3、单元体受力分析平衡微分方程fi——作用力，i、j=x,y,z；ρ——密度；位移：x轴——u；y轴——v；z轴——w几何方程i，j=x,y,z；位移：x轴—u；y轴—v；z轴—w2.广义虎克定律15在弹性极限内，物体内任一点的应力状态和应变状态均可以由六个应力分量和六个应变分量来描述，虎克定律的物理方程为：式中C11、C12……Cij为常数，称为弹性刚度系数。当以应力为自变量时，广义虎克定律也可以写成下式：式中S11、S12……Sij为常数，称为弹性顺度系数。在晶体物理中存在Cij=Cji，Sij=Sji（i、j=1、2、3……）的关系，因此Cij与Sij中只有21个独立的，即15各向同性

4、体的广义虎克定律可用下式表达：式中E——正弹性模量，又称杨氏模量；G——切变弹性模量。广义虎克定律物理方程3.狭义虎克定律三、弹性模量1.弹性模量的物理意义和作用⑴物理意义：材料对弹性变形的抗力。⑵用途：工程上亦称为刚度；15计算梁或其他构件挠度时必须用之。弹性模量是材料重要的力学性能之一．2.影响弹性模量的因素⑴金属原子的种类和晶体学特性；非过渡族，原子半径↑、E↓；过渡族，原子半径↑、E↑，且E一般都比较大。原子密排向的E大。⑵溶质原子与其强化；晶格畸变能增大，E↓；⑶显微组织（指热处理后）；⑷温度；⑸加载速率；一般影响不大。⑹其他。四、弹性极限、弹性比功1.比例极限2.弹性极限3.

5、弹性比功又称为弹性比能、应变比能。物理意义：吸收弹性变形功的能力。几何意义：应力-应变曲线上弹性阶段下的面积。用途：制造弹簧的材料，要求弹性比功大。五、滞弹性（弹性后效）1.滞弹性及其影响因素实际金属材料，弹性变形不仅是应力的函数，而且还是时间的函数。⑴定义在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。⑵影响因素：a.晶体中的点缺陷；显微组织的不均匀性。b切应力越大，影响越大。c.温度升高，变形量增加。⑶危害：长期承载的传感器，影响精度。2.循环韧性⑴弹性滞后环由于应变滞后于应力，使加载曲线与卸载曲线不重合而形成的闭合曲线，称为弹性滞后环。物理意义：15加载时消耗的变形

6、功大于卸载时释放的变形功。或，回线面积为一个循环所消耗的不可逆功。这部分被金属吸收的功，称为内耗。⑵循环韧性若交变载荷中的最大应力超过金属的弹性极限，则可得到塑性滞后环。金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫循环韧性。循环韧性又称为消振性。循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来表示循环韧性的大小。　⑶循环韧性的应用减振材料（机床床身、缸体等）；乐器要求循环韧性小。六、包申格效应1.现象定义：材料经过预先加载并产生少量塑性变形，卸载后，再同相加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。2.微观本质预塑性变形，位错增殖、运动、缠结；同相加载

7、，位错运动受阻，残余伸长应力增加；反向加载，位错被迫作反向运动，运动容易残余伸长应力降低。3.包申格效应的危害及防止方法交变载荷情况下，显示循环软化（强度极限下降）。预先进行较大的塑性变形，可不产生包申格效应。第二次反向受力前，先使金属材料回复或再结晶退火。§1.3塑性变形与应变硬化定义：外载荷卸去后，不能恢复的变形。塑性：材料受力，应力超过屈服点后，仍能继续变形而不发生断裂的性质。“δ”—伸长率，“ψ”—断面收缩率。δ≈190%，