中职教材直杆的轴向拉伸与压缩PPT

2.1直杆的轴向拉伸和压缩力学性能(机械性能):指材料在外力作用下，在变形和强度方面所表现出来的特性。实验条件：常温(20℃)，静载（均匀缓慢地加载）。拉伸试件：对圆形截面的试样规定:或对于横截面积为A的矩形截面试样，则规定:dh压缩试件：国家标准《金属拉伸试验方法》（如GB228—87）标准试件：实验设备：万能材料试验机。塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢等。脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料。低碳钢：指含碳量0.3%以下的碳素钢。低碳钢Q235的拉伸图（F—△l

曲线

)

一.低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢Q235的拉伸时的应力–应变曲线图（-曲线

）低碳钢Q235的拉伸时的应力–应变曲线图（-曲线

）低碳钢的应力–应变曲线可分成四个阶段：弹性阶段：

oa段(一条直线)称为比例阶段或线弹性阶段。在此阶段内，应力与应变成正比例关系，材料服从胡克定律，即=E

适用，a点所对应的应力值称为材料的比例极限，并以“P

”表示。

ab段（图线微弯）称为非线弹性阶段，只要应力不超过b点，材料的变形仍是弹性变形，所以b点对应的应力称为弹性极限，以“e

”表示。

低碳钢的P=200MPa

P和e非常接近，在工程上常不予区分，并多用P代替e

屈服阶段：

bc段近似水平，应力几乎不再增加，而变形却增加很快，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力。这种现象称为屈服现象或流动现象。bc段最低点对应的应力称为屈服极限或屈服点，以“s

”表示。Q235的屈服点ss=235MPa。材料屈服时，所产生的变形的塑性变形。

在屈服阶段，如果试样表面光滑，试样表面将出现与轴线约成45°的斜线，称为滑移线。这是因为在45°斜面上存在最大切应力，材料内部晶粒沿该截面相互滑移造成的。

工程上一般不允许构件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料失效的标志，所以屈服极限ss是衡量材料强度的重要指标。。强化阶段：过了屈服阶段，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使试件继续变形必须再增加载荷，这种现象称为材料的强化，故-

曲线图中的

ce段称为强化阶段，最高点e点所对应的应力称为材料的拉伸强度极限或抗拉强度，以“b”表示。它是材料所能承受的最大应力，所以b是衡量材料强度的另一个重要指标。Q235的强度极限。颈缩阶段（局部变形阶段）：载荷达到最高值后，可以看到在试件的某一局部范围内的横截面迅速收缩变细，形成颈缩现象。应力应变曲线图中的ef段称为颈缩阶段。由于缩颈处横截面显著减小，使得试件继续变形的拉力反而减小，直至f点试件被拉断。

试件拉断后，弹性变形消失，只剩下残余变形，残余变形标志着材料的塑性。工程中常用延伸率和断面收缩率作为材料的两个塑性指标。分别为材料的两个塑性指标

一般把>5%的材料称为塑性材料，把

<5%的材料称为脆性材料。低碳钢的延伸率

=20％～30%，是典型的塑性材料。铸铁的

<1%，属于脆性材料

断面收缩率也是衡量材料塑性的重要指标，低碳钢的截面收缩率约为60%左右。冷作硬化：在常温下将钢材拉伸超过屈服阶段，卸载后短期内又继续加载，材料的比例极限提高而塑性变形降低的现象。二.铸铁拉伸实验

铸铁是典型的脆性材料，其拉伸-曲线如图所示，图中无明显的直线部分，但应力较小时接近于直线，可近似认为服从胡克定律。工程上有时以曲线的某一割线斜率作为弹性模量。铸铁拉伸时无屈服现象和颈缩现象，断裂是突然发生的。拉伸强度极限（抗拉强度）b是衡量铸铁强度的唯一指标。1.低碳钢的压缩实验三、材料在压缩时的力学性质低碳钢压缩时的弹性模量E、屈服极限s都与拉伸时大致相同。屈服阶段后，试件越压越扁，横截面面积不断增大，试件不可能被压断，因此得不到压缩时的强度极限。其它脆性材料压缩时的力学性质大致同铸铁，工程上一般作为抗压材料。破坏面大约为45°的斜面。2.铸铁的压缩实验应力集中系数Ｋ值取决于截面的几何形状与尺寸，截面尺寸改变越急剧，应力集中的程度就越严重。因此，在杆件上应尽量避免带尖角、槽或小孔，在阶梯轴肩处，过渡圆弧的半径以尽可能大些为好。塑性材料对应力集中不敏感，实际工程计算中可按应力均匀分布计算。脆性材料因无屈服阶段，当应力集