材料力学-金属弹塑性力学

1、进入网络实验室 第一章 材料的拉伸性能 进入网络实验室 1.1 前言 1、拉伸性能: 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变 硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力 学性能。 2、拉伸性能的作用、用途： a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依 据之一。 b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断 裂性能。 （研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能 时，都要测定材料的拉伸性能） 进入网络实验室 3、本章内容 实验条件： 光滑试件室温大气介质 单向单调 拉伸载荷 研究内容： 测定不同变形和硬化特性的材料的应 力-应变曲线和拉伸性能参数。了解不同 材料的性

2、质 进入网络实验室 1.2 1.2 拉伸试验拉伸试验 1. 拉伸 试件的形状和尺寸 常用的拉伸试件:为了比较不同尺寸试样所测得的延 性,要求试样的几何相似，l0A01/2要为一常数其 中A0为试件的初始横截面积。 光滑圆柱试件:试件的标距长度l0比直径d0要大得多； 通常，l0=5d0或l0=10d0 板状试件:试件的标距长度l0应满足下列关系式： l0=5.65A01/2或11.3A0 1/2 ； 具体标准：GB 639786 进入网络实验室 进入网络实验室 2.拉伸实验中注意的问题 a. 拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。 严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为 有效，由不同的实验室和工

3、作人员测定的拉伸 性能数据才可以互相比较。 b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录或 绘制试件所受的载荷P和伸长量l之间的关系曲 线; sMPadtd/101/ 进入网络实验室 图图1-2 1-2 低碳钢的拉伸图低碳钢的拉伸图 0.00.51.01.52.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 PbPm b Ps Pp Pe Load / KN Distance/ mm 进入网络实验室 图图1-2 1-2 低碳钢的工程应力一工程应变曲线低碳钢的工程应力一工程应变曲线 0.00.51.01.52.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 true strain-stress line

4、 PbPm Stress / MPa Strain 进入网络实验室 拉伸图拉伸图 拉伸曲线拉伸曲线 拉伸图-加载后标距间的长度变化量l 载荷P关系曲线 拉伸曲线-应力应变曲线 工程应力载荷除以试件的原始截面积 即得工程应力，=PA0 工程应变伸长量除以原始标距长度即 得工程应变，=ll0 进入网络实验室 13 典型的拉伸曲线 1、材料分类： 按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形， 将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。脆 性材料在拉伸断裂前不产生塑性变形, 只发生 弹性变形；塑性材料在拉伸断裂前会发生不 可逆塑性变形。 高塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀 的伸长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量 大

5、。低塑性材料在拉伸断裂前只发生均匀伸 长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。 进入网络实验室 2、典型的拉伸曲线 s= 0.2 s b e e e ee e 进入网络实验室 14 拉伸性能 弹性模量E: 单纯弹性变形过程中应力与应变 的比值。 eE/ eE 进入网络实验室 屈服强度s： 对于拉伸曲线上有明显的屈服平台的材料，塑性 变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力即为屈服强度， 记为s s = Ps / A0 对于拉伸曲线上没有屈服平台的材料，塑性变形 硬化过程是连续的，此时将屈服强度定义为产生0.2% 残余伸长时的应力，记为0.2 s = 0.2 = P0.2 / A0 进入网络实验室 抗拉强

6、度b： 定义为试件断裂前所能承受的最大工程应力，以前 称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即对应于b点的 载荷除以试件的原始截面积，即得抗拉强度之值，记为 b b = PmaxA0 延伸率： 材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸 试验前测定试件的标距L0，拉伸断裂后测得标距为Lk， 然而按下式算出延伸率 %100 0 0 L LLK 进入网络实验室 断面收缩率： 断面收缩率是评定材料塑性的主要指标。 %100 0 0 A AAK 进入网络实验室 15 脆性材料的拉伸力学行为 脆性材料在拉伸载荷下的力学行为可用虎 克定律来描述。在弹性变形阶段，应力与应变 成正比，即 =Ee 无机玻璃、陶

7、瓷以及一些处于低温下的 脆性金属材料，在拉伸断裂前只发生弹性变形， 而不发生塑性变形，其拉伸曲线如图1-3(a)所示。 进入网络实验室 在拉伸时，试件发生轴向伸长，也 同时发生横向收缩。将纵向应变el 与横 (径)向应变e r之负比值表示为，即 =-er/el，称为波桑比(Poissons ratio), 它也是材料的弹性常数。 脆性材料在拉伸载荷下的力学性能 可用两个力学参数表征：即弹性模量 和脆性断裂强度。 进入网络实验室 16 塑性材料的拉伸力学行为 当塑性材料所受的应力低于弹性极限， 其力学行为可近似地用虎克定律加以表述。 当材料所受的应力高于弹性极限，虎克定律 不再适用。此时，材料的

8、变形既有弹性变形 又有塑性变形，进入弹塑性变形阶段，其力 学行为需要用弹-塑性变形阶段的数学表达 式，或称本构方程加以表述。 进入网络实验室 真应力真应变的定义： 1A A A P A P S o o 设L0=100，L=110，则 %10%100 100 100110 e 真应力： 真应变： 进入网络实验室 ) 1 1 ln()1ln(ln 0 e L L L dL o L 若设L0=100，L0101，L0102， L10=110， 则e1=1%, e2=0.99%, e3=0.98%, e10=0.917% e1+ e2+ e3 e10 10% 进入网络实验室 在弹-塑性变形阶段，只有真

9、应力-真 应变曲线才能描述材料的力学形为。 绝大多数金属材料在室温下屈服后， 要使塑性变形继续进行，必须不断增 大应力，所以在真应力-真应变曲线上 表现为流变应力不断上升。这种现象 称为形变强化。 进入网络实验室 进入网络实验室 Hollomon方程： 金属材料的真应力-真应变曲线可用 不同的方程表示，但常用的是下列方程 S = Kpn 上式也称为Hollomon方程。式中p为 真应变的塑性分量，n为应变硬化指数， K为强度系数，即p=1时的其应力值。 进入网络实验室 断裂强度： 拉伸断裂时的真应力称为断裂强度，记为f 。 试验时测出断裂点的截荷Pf，试件的最小截面积Af， 则断裂时的平均真应力，即平均断裂强度值，f 表示如下 f = Pf / Af 通常在拉伸试验中，不测定断裂强度。在这 种