轴向变形时材料的力学性能、许用应力

1、轴向变形时材料的力学性能、许用应力轴向变形时材料的力学性能、许用应力 教学目的：教学目的： 1、塑性材料和脆性材料在拉压时的力学性能；、塑性材料和脆性材料在拉压时的力学性能； 2、容许应力；、容许应力； 力学性能的掌握力学性能的掌握。 一、拉伸时材料的力学性能一、拉伸时材料的力学性能 材料的力学性能：（与材料自身性质，加载方式，温度材料的力学性能：（与材料自身性质，加载方式，温度 条件有关）条件有关）是材料在受力过程中表现出的各种物理性是材料在受力过程中表现出的各种物理性 质。质。 在常温、静载条件下，塑性材料和脆性材料在拉伸和压缩时在常温、静载条件下，塑性材料和脆性材料在拉伸和压缩时 的力学

2、性能。的力学性能。 拉伸标准试件：拉伸标准试件： 圆截面圆截面 l=10d l=5d 矩形截面矩形截面 akl k=11.3 k= 5.6 l d r l b r a 1、低碳钢拉伸时的力学性能、低碳钢拉伸时的力学性能 o a b c e f 明显的四个阶段明显的四个阶段 1 1、弹性阶段、弹性阶段obob p 比例极限比例极限 e e 弹性极限弹性极限 tane 2 2、屈服阶段、屈服阶段bcbc（失去抵（失去抵 抗变形的能力）抗变形的能力） s 屈服极限屈服极限 3 3、强化阶段、强化阶段cece（恢复抵抗（恢复抵抗 变形的能力）变形的能力） 强度极限强度极限 b 4 4、局部径缩阶段、局

3、部径缩阶段efef p e s b 两个塑性指标两个塑性指标: : %100 0 01 l ll 断后伸长率断后伸长率 断面收缩率断面收缩率%100 0 10 a aa %5为塑性材料为塑性材料%5为脆性材料为脆性材料 低碳钢的低碳钢的%3020%60为塑性材料为塑性材料 0 卸载定律及冷作硬化卸载定律及冷作硬化 1 1、弹性范围内卸载、再加载、弹性范围内卸载、再加载 o a b c e f p e s b 2 2、过弹性范围卸载、再加载、过弹性范围卸载、再加载 d d g h f 即材料在卸载过程中即材料在卸载过程中 应力和应变是线形关系，应力和应变是线形关系， 这就是这就是卸载定律卸载定律

4、。 材料的比例极限增高，材料的比例极限增高， 延伸率降低，称之为延伸率降低，称之为冷作硬冷作硬 化或加工硬化化或加工硬化。 2 2、其它材料拉伸时的力学性质 、其它材料拉伸时的力学性质 对于没有明显对于没有明显 屈服阶段的塑性材屈服阶段的塑性材 料，用名义屈服极料，用名义屈服极 限限0.2 0.2来表示。 来表示。 o %2 . 0 2 . 0 3 3、铸铁拉伸时的性能曲线、铸铁拉伸时的性能曲线 o bt 对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力应变曲 线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现象，试件突然 拉断。断后伸长率约

5、为拉断。断后伸长率约为0.5%0.5%。为典型的脆性材料。为典型的脆性材料。 bt bt 拉伸强度极限（约为拉伸强度极限（约为140mpa140mpa）。它是衡量脆）。它是衡量脆 性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。 二、二、 材料压缩时的力学性质材料压缩时的力学性质 试件和实验条件 试件和实验条件 常温、静载常温、静载 1 1、 、 塑性材料（低碳钢）的压缩塑性材料（低碳钢）的压缩 屈服极限屈服极限 s 比例极限比例极限 p 弹性极限弹性极限 e 拉伸与压缩在屈服拉伸与压缩在屈服 阶段以前完全相同。阶段以前完全相同。 e e - - 弹性摸量弹性摸量 2 2、

6、 、 脆性材料（铸铁）的压缩脆性材料（铸铁）的压缩 o bt bc 脆性材料的抗拉与抗压性质脆性材料的抗拉与抗压性质 不完全相同不完全相同 压缩时的强度极限远大于拉压缩时的强度极限远大于拉 伸时的强度极限伸时的强度极限 btbc 建筑专业用的混凝土，压缩时的应力建筑专业用的混凝土，压缩时的应力应变应变 图，如图示。图，如图示。 混凝土的抗压强度要比抗拉强度大混凝土的抗压强度要比抗拉强度大1010倍左右。倍左右。 1 1、安全系数和许用应力、安全系数和许用应力 工作应力工作应力 a n n u 极限应力极限应力 塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料 ）（ 2 . 0psu ）（ bcbtu 塑性材

7、料塑性材料的许用应力的许用应力 s p s s nn 2 . 0 脆性材料的许用应力脆性材料的许用应力 b bc b bt nn n n 安全系数安全系数 许用应力许用应力。 三、三、 安全因数、许用应力、强度条件安全因数、许用应力、强度条件 2 2、 强度条件强度条件 根据强度条件，可以解决三类强度计算问题根据强度条件，可以解决三类强度计算问题 1 1、强度校核：、强度校核： 2 2、设计截面：、设计截面： 3 3、确定许可载荷：、确定许可载荷： max 三、三、 安全因数、许用应力、强度条件安全因数、许用应力、强度条件 1 1、 安全因数与许用应力安全因数与许用应力 塑性材料，当应力达到屈

8、服极限时，构件已发塑性材料，当应力达到屈服极限时，构件已发 生明显的塑性变形，影响其正常工作，称之为生明显的塑性变形，影响其正常工作，称之为 失效失效，因此把，因此把屈服极限屈服极限作为塑性材料作为塑性材料极限应力极限应力。 脆性材料，直到断裂也无明显的塑性变形，断脆性材料，直到断裂也无明显的塑性变形，断 裂是失效的唯一标志，因而把裂是失效的唯一标志，因而把强度极限强度极限作为脆作为脆 性材料的性材料的极限应力极限应力。 根据失效的准则，将屈服极限与强度极限通根据失效的准则，将屈服极限与强度极限通 称为称为极限应力极限应力( ) u 工作应力工作应力杆件工作时由荷载引起的应力杆件工作时由荷载引起的应力 极限应力极限应力使材料丧失正常工作能力的应力使材料丧失正常工作能力的应力 把极限应力除以一个大于把极限应力除以一个大于1 1的因数，得到的因数，得到 的应力值称为许用应力的应力值称为许用应力( )( ) n u 大于大于1