材料在拉伸、压缩时的机械性能

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1、材料在拉伸、压缩时的机械性能5．4材料在拉伸、压缩时的机械性能分析拉、压杆件的强度和变形问题时，除了计算应力之外，还因了解材料机械性能。如：危险应力、弹性模量E、泊松比材料的机械性能都是由实验测定材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性本节主要介绍材料拉伸时的机械性能．并对材料压缩时的机械性能作简单说明。5.4.1材料拉伸时的机械性能常温静载拉伸试验是研究材料(尤其是金属材料)机械性质最常用和最基本的试验。室温缓慢加载按规定（GB228-76），对圆试件：对板试件：为了便于比较各种材料在拉伸时的机

2、械性质，试验时将材料制成标准圆试件；当试验材料为板材时，则采用标准板试件。其中do——圆试件直径；b、h——板试件的横截面尺寸。l0——试件的有效长度，称为标距；实验前在中部标出的一段工作长度A0为板试件的初始横截面积应力一应变曲线与应力特征值1一般试验机均可将试验过程中的轴力P和对应的伸长量△l自动地绘成P-△l曲线，称为“拉伸曲线”在进行拉伸试验时：将标准試件安装在试验机的夹具中开动机器缓慢加载直至试件拉断为止A3钢的拉伸曲线A3钢的拉伸曲线对于同样的材料，这种以纵坐标表示拉力P，以横坐标表示绝对伸

3、长△l的图线，将随着试件的尺寸而改变。为了消除尺寸的影响，获得反映材料性能的曲线，将纵坐标P和横坐标△l分别除以试件的初始截面积A0和标距l0，得到材料拉伸时的应力一应变曲线，即σ-ε曲线。A3钢的σ-ε曲线A3钢的σ-ε曲线低碳钢（如A3钢）是工程上使用较广泛的材料，同时，它在拉伸过程中所表现的机械性质具有一定的代表性，所以常常把它作为重点研究。从A3钢的σ-ε曲线可以看出材料的一些特性。低碳钢拉伸实验的整个过程，大致可分为四个阶段：l）弹性阶段2）屈服阶段3）强化阶段4）颈缩阶段l）弹性阶段(oa`

4、段)在此阶段内，可以认为变形全部是弹性的。如果在试件上加载，使其应力不超过a`点，然后再卸载，则试件能恢复原状。与这一阶段的最高点a`相对应的应力最高限称为材料的“弹性极限”，用σe表示。弹性极限σe是卸载后试件上不留塑性变形的应力最高限！l）弹性阶段(oa`段)在弹性阶段(oa`段)内，oa段可以认为是直线的部分，这段直线的最高点a对应的应力值σp，称为材料的比例极限，它是纵应变ε与正应力σ成正比的应力最高限。σ=Eε在比例阶段内，试件的应力应变关系符合虎克定律。胡克定律l）弹性阶段(oa`段)弹性极

5、限与比例极限二者的意义不同，但由试验求得的数值却很接近，以致在实际应用中常认为二者的数值相同，有时甚至把这两个名词也相互通用。可以认为，在弹性范围内，材料基本符合胡克定律2）屈服阶段过了a`点，曲线坡度弯缓，这时应力先是下降，然后在很小的范围内波动，而应变却迅速增长。这种现象称为“屈服”或“流动”。这一阶段曲线的最高点称为“上屈服点”，这一阶段曲线的最低点称为“下屈服点”。工程上通常将下屈服点b’的应力值称为“屈服极限”或“流动极限”，用σs表示。在屈服阶段内，材料几乎失去了抵抗变形的能力。2）屈服阶段

6、在屈服阶段内，如试件表面光滑，则当应力达到屈服极限时，就会在其表面上出现许多倾斜条纹（与试件的轴线约成45°），这种条纹称为滑移线。它是由于材料内部晶格间发生滑移所引起的，一般认为，晶格间的滑移是产生塑性变形的根本原因。3）强化阶段（cd）过了屈服阶段，曲线又继续上升，即材料又恢复了抵抗变形的能力。这说明当材料晶格滑移到一定程度后，产生了抵抗滑移的能力。为使应变增加，必须继续增加应力。这一阶段称为“强化阶段”这一阶段的应力最高限，也是σ-ε曲线上应力的最高限．称为“强度极限”，用σp表示。4）颈缩阶段（

7、de段）载荷到达最高值后，可以看到试件在某一小段内的横截面急剧收缩，产生所谓颈缩现象。由于局部的横截面急剧收缩，使试件继续变形所需的拉力就越来越小，因此，应力应变曲线就开始下降，最后当曲线到达e点时，试件就断裂。铸铁和玻璃钢的σ-ε曲线从上述分析知低碳钢拉断时会有较大量的塑性变形。从开始加载一直到拉断，试件的变形都很小，且几乎没有塑性变形，断口处的横截面面积也几乎没有变化。这种断裂称为脆性断裂。这些材料没有屈服阶段，不存在屈服应力，所以它们只有一个应力持征值σb。灰口铸铁拉伸时的σ-ε曲线没有明显的直线

8、部分。对于这类材料，由于工程实际中使用时均控制在较小的应力范围．所以可近似认为应力、应变仍成线性关系，如虚线所示，这时胡克定律近似成立。16Mn钢与A3钢两条曲线十分相似，16Mn钢的屈服极限和强度极限均比A3钢高。可见前者的机械性能显著地优于后者。16Mn钢是一种低合金钢（合金元素总含量＜5％的合金钢），是结合我国资源情况（锰是我国富产元素）发展起来的，现已被广泛使用。这些材料的拉伸曲线都没有明显的屈服阶段，而由直线部分直接过渡到曲线部分