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第五節(jié) 應力——應變曲線,,,,,力學性質(zhì)：在外力作用下材料在變形和破壞方面所表現(xiàn)出的力學性能,試件和實驗條件,常溫、靜載,§9-4,一、拉伸時的應力——應變曲線,1、 試件,,（1）材料類型： 低碳鋼： 灰鑄鐵：,2．標準試件：,塑性材料的典型代表； 脆性材料的典型代表；,（2）標準試件：,標距： 用于測試的等截面部分長度；,尺寸符合國標的試件；,圓截面試件標距：L0=10d0或5d0,,,,2、試驗機,,,,,,,3、低碳鋼拉伸曲線,,,,明顯的四個階段,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、強化階段ce（恢復抵抗變形的能力）,強度極限,4、局部徑縮階段ef,(1)彈性階段 比例極限σp oa段是直線，應力與應變在此段成正比關(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，直線部分最高點所對應的應力值記作σp，稱為材料的比例極限。曲線超過a點，圖上ab段已不再是直線，說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，說明ab段也發(fā)生彈性變形，所以ab段稱為彈性階段。b點所對應的應力值記作σe ，稱為材料的彈性極限。 彈性極限與比例極限非常接近，工程實際中通常對二者不作嚴格區(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 曲線超過b點后，出現(xiàn)了一段鋸齒形曲線，這—階段應力沒有增加，而應變依然在增加，材料好像失去了抵抗變形的能力，把這種應力不增加而應變顯著增加的現(xiàn)象稱作屈服，bc段稱為屈服階段。屈服階段曲線最低點所對應的應力 稱為屈服點(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志，所以屈服點 是衡量材料強度的一個重要指標。,,,(3)強化階段 抗拉強度 經(jīng)過屈服階段后，曲線從c點又開始逐漸上升，說明要使應變增加，必須增加應力，材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱作強化，ce段稱為強化階段。曲線最高點所對應的應力值記作 ，稱為材料的抗拉強度(或強度極限)，它是衡量材料強度的又一個重要指標。,(4)縮頸斷裂階段 曲線到達e點前，試件的變形是均勻發(fā)生的，曲線到達e點，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段稱為縮頸斷裂階段。,,4.塑性指標 試件拉斷后，彈性變形消失，但塑性變形仍保 留下來。工程上用試件拉斷后遺留下來的變形 表示材料的塑性指標。常用的塑性指標有兩個:,,伸長率:,%,斷面收縮率 :,,,%,L1 —試件拉斷后的標距 L —是原標距 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％的材料稱為塑性材料，如鋼材、銅、鋁等；把 5％的材料稱為脆性材料，如鑄鐵、混凝土、石料等。,,,,工程應用：冷作硬化,1、彈性范圍內(nèi)卸載、再加載,,,,,,,,,2、過彈性范圍卸載、再加載,,,,,,即材料在卸載過程中應力和應變是線形關(guān)系，這就是卸載定律。,材料的比例極限增高，延伸率降低，稱之為冷作硬化或加工硬化。,,,,,對于脆性材料（鑄鐵），拉伸時的應力應變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和徑縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。斷后伸長率約為0.5%。為典型的脆性材料。,σbt—拉伸強度極限（約為140MPa）。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強度指標。,5、灰鑄鐵,,,,常溫、靜載,§9-5,二、壓縮時的應力——應變曲線,1、試樣及試驗條件,2、低碳鋼壓縮實驗,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，壓縮時的應力–應變圖， 如圖示。,在屈服以前，壓縮時的曲線和拉伸時的曲線基本重合，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，所以低碳鋼壓縮時無強度極限。,3、灰鑄鐵,曲線沒有明顯的直線部分，應力較小時，近似認為符合虎克定律。曲線沒有屈服階段，變形很小時沿與軸線大約成45°的斜截面發(fā)生破裂破壞。曲線最高點的應力值 稱為抗壓強度。,,鑄鐵材料抗壓性能遠好于抗拉性能，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因為制造方法工藝條件的改變而改變,,