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第五節(jié) 應(yīng)力——應(yīng)變曲線,,,,,力學(xué)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(xué)性能,試件和實(shí)驗(yàn)條件,常溫、靜載,§9-4,一、拉伸時(shí)的應(yīng)力——應(yīng)變曲線,1、 試件,,（1）材料類(lèi)型： 低碳鋼： 灰鑄鐵：,2．標(biāo)準(zhǔn)試件：,塑性材料的典型代表； 脆性材料的典型代表；,（2）標(biāo)準(zhǔn)試件：,標(biāo)距： 用于測(cè)試的等截面部分長(zhǎng)度；,尺寸符合國(guó)標(biāo)的試件；,圓截面試件標(biāo)距：L0=10d0或5d0,,,,2、試驗(yàn)機(jī),,,,,,,3、低碳鋼拉伸曲線,,,,明顯的四個(gè)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(qiáng)化階段ce（恢復(fù)抵抗變形的能力）,強(qiáng)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(yīng)力與應(yīng)變?cè)诖硕纬烧汝P(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(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值記作σp，稱(chēng)為材料的比例極限。曲線超過(guò)a點(diǎn)，圖上ab段已不再是直線，說(shuō)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(shuō)明ab段也發(fā)生彈性變形，所以ab段稱(chēng)為彈性階段。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值記作σe ，稱(chēng)為材料的彈性極限。 彈性極限與比例極限非常接近，工程實(shí)際中通常對(duì)二者不作嚴(yán)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(diǎn) 曲線超過(guò)b點(diǎn)后，出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線，這—階段應(yīng)力沒(méi)有增加，而應(yīng)變依然在增加，材料好像失去了抵抗變形的能力，把這種應(yīng)力不增加而應(yīng)變顯著增加的現(xiàn)象稱(chēng)作屈服，bc段稱(chēng)為屈服階段。屈服階段曲線最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 稱(chēng)為屈服點(diǎn)(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(biāo)志，所以屈服點(diǎn) 是衡量材料強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)。,,,(3)強(qiáng)化階段 抗拉強(qiáng)度 經(jīng)過(guò)屈服階段后，曲線從c點(diǎn)又開(kāi)始逐漸上升，說(shuō)明要使應(yīng)變?cè)黾?，必須增加?yīng)力，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱(chēng)作強(qiáng)化，ce段稱(chēng)為強(qiáng)化階段。曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值記作 ，稱(chēng)為材料的抗拉強(qiáng)度(或強(qiáng)度極限)，它是衡量材料強(qiáng)度的又一個(gè)重要指標(biāo)。,(4)縮頸斷裂階段 曲線到達(dá)e點(diǎn)前，試件的變形是均勻發(fā)生的，曲線到達(dá)e點(diǎn)，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(chēng)為縮頸斷裂階段。,,4.塑性指標(biāo) 試件拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形仍保 留下來(lái)。工程上用試件拉斷后遺留下來(lái)的變形 表示材料的塑性指標(biāo)。常用的塑性指標(biāo)有兩個(gè):,,伸長(zhǎng)率:,%,斷面收縮率 :,,,%,L1 —試件拉斷后的標(biāo)距 L —是原標(biāo)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(chēng)為塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把 5％的材料稱(chēng)為脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。,,,,工程應(yīng)用：冷作硬化,1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載,,,,,,,,,2、過(guò)彈性范圍卸載、再加載,,,,,,即材料在卸載過(guò)程中應(yīng)力和應(yīng)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(chēng)之為冷作硬化或加工硬化。,,,,,對(duì)于脆性材料（鑄鐵），拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒(méi)有屈服和徑縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。斷后伸長(zhǎng)率約為0.5%。為典型的脆性材料。,σbt—拉伸強(qiáng)度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強(qiáng)度指標(biāo)。,5、灰鑄鐵,,,,常溫、靜載,§9-5,二、壓縮時(shí)的應(yīng)力——應(yīng)變曲線,1、試樣及試驗(yàn)條件,2、低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn),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(shí)的應(yīng)力–應(yīng)變圖， 如圖示。,在屈服以前，壓縮時(shí)的曲線和拉伸時(shí)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(shí)無(wú)強(qiáng)度極限。,3、灰鑄鐵,曲線沒(méi)有明顯的直線部分，應(yīng)力較小時(shí)，近似認(rèn)為符合虎克定律。曲線沒(méi)有屈服階段，變形很小時(shí)沿與軸線大約成45°的斜截面發(fā)生破裂破壞。曲線最高點(diǎn)的應(yīng)力值 稱(chēng)為抗壓強(qiáng)度。,,鑄鐵材料抗壓性能遠(yuǎn)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(xué)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(yuǎn)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(chǔ)構(gòu)件或外殼,材料的塑性和脆性會(huì)因?yàn)橹圃旆椒üに嚄l件的改變而改變,,