工程力学C 第6章 材料拉伸和压缩时的力学性能

DEPARTMENTOFENGINEERINGMECHANICSKUST第六章

材料拉伸和压缩时的力学性能MechanicalPropertiesofMaterialsunderAxialLoading本章介绍材料拉伸时的力学性能应力集中失效与许用应力6.1引言材料压缩时的力学性能材料的力学性能（机械性能）：材料受力时，在强度和变形方面表现出来的性质。

实验的外部条件：常温、静载（缓慢平稳加载）。材料的力学性能取决于材料的内部结构实验的外部条件6.2.1

低碳钢拉伸时的力学性能标准试件（GB）标距l0

，通常取l0=5d0

或l0=10d0低碳钢：含碳量＜0.3%

的碳素钢。夹头夹头

6.2

材料拉伸时的力学性能FF电子万能试验机液压式万能试验机底座活动试验台活塞油管固定横头固定立柱活动立柱液压式万能试验机工作原理低碳钢试件的拉伸图：低碳钢的应力-应变图或σ-ε曲线低碳钢的应力-应变图或σ-ε曲线。1.σ-ε曲线的四个阶段：

1）弹性阶段oab2）屈服阶段bc4）缩颈阶段ef3）强(硬)化阶段ce1）弹性阶段

oab：这一阶段可分为，斜直线Oa和微弯曲线ab；该段范围内，试件变形是弹性的，卸载后变形可完全恢复。Oa段：变形是线弹性的，应力与应变成正比。比例极限弹性极限E：弹性模量（杨氏模量）；E几何意义：oa直线段的斜率。=屈服极限σs2）屈服阶段

bc：上屈服极限下屈服极限应力微小波动,产生显著的塑性变形，此现象称为屈服。屈服极限σs对表面磨光的试件，屈服时可在试件表面看见与轴线大致成45°倾角的条纹。这是由于材料内部晶格之间相对滑移而形成的，称为滑移线，如图。这是由45°斜截面上的最大剪应力引起的。（3）强（硬）化阶段

ce强度极限在此阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力。要使应变增大必须增加应力，这种现象称为材料的强(硬)化。强化阶段的变形绝大部分是塑性变形，很小部分是弹性变形。（4）缩颈阶段

ef:为什么断裂时的σ＜

b?实际应力f试件的变形发生在某一局部范围内，横截面显著收缩，叫缩颈现象；直至断裂。∵σ=F/A是名义应力。

A是原始横截面积。

（1）弹性指标：注意：σs和σb是衡量材料强度的重要指标2.

低碳钢的主要力学性能指标

（2）强度指标：（3）塑性指标:

σp，σe，

s，

b

；延伸率δ:截面收缩率ψ

:d0受力前d1断裂后当≥5％时，为塑性（延性）材料；当＜5％时，为脆性材料。

3.卸载定律：冷作硬化现象:材料在卸载时应力与应变成直线（平行oa）关系。残余应变（塑性应变）冷作硬化现象经过退火后可消除材料经塑性变形并卸载后，其σp(σs)提高，δ降低的现象。

弹性应变将低碳钢的力学性能标示在应力-应变图上：铸铁是典型的脆性材料1.

铸铁拉伸时的力学性能1）断裂时的延伸率很小：铸铁拉伸时的3个特点：6.2.2其它材料拉伸时的力学性能沿横截面断：是σmax的作用结果（拉断）2）σ-ε曲线没有屈服阶段和缩颈阶段；只能测出其拉伸强度极限。强度极限σb

是铸铁唯一的强度指标。割线弹性模量E：σ-ε曲线的原点至终点割线的斜率。割线3）σ-ε曲线没有明显的直线部分，是一段微弯的曲线；2.其他塑性材料拉伸时的力学性能锰钢没有屈服和缩颈阶段。硬铝和退火球墨铸铁没有明显的屈服阶段。以上材料：

≥5%,属于塑性材料;且均没有明显的屈服阶段。对于在拉伸过程中没有明显屈服阶段的塑性材料：规定：产生0.2％塑性应变所对应的应力作为屈服极限，称为名义屈服极限，用σ0.2来表示。3.新型材料拉伸时的力学性能（自学）6.3材料压缩时的力学性能一般金属材料的压缩试件都做成圆柱形状1.

低碳钢压缩时的σ-ε曲线压缩测不出拉伸压缩拉伸2.

铸铁压缩时的σ-ε曲线压缩拉伸1）断口沿45°方向：是τmax的作用结果（剪断）。

2）常用材料的力学性能见表6.1，P137

。

约3～4倍

6.4

应力集中前面我们介绍过拉压杆横截面上的应力是均匀分布的，但是当杆上有孔或裂纹时，横截面上的应力不再均匀分布，靠近孔边或裂纹处的应力急剧增大。这种现象称为应力集中。即：应力集中：因截面尺寸的突然变化而引起局部应力急剧增大的现象。FF如开有圆孔的板条F如阶梯轴的轴肩处如带有切口的板条应力集中系数：σmax:σn: 发生应力集中的截面上的最大应力。截面上按净面积算出的平均应力。式中:注意：塑性材料对应力集中不敏感；∴可不考虑应力集中的影响。FF1F2即当达到时，该处首先产生破坏。动载荷作用下：无论是塑性材料还是脆性材料都必须要考虑应力集中的影响。F脆性材料所制成的构件必须要考虑应力集中的