材料拉伸的机械性

力学性能,指材料受力时在强度和变形方面表现出来的性能。,塑性变形,又称永久变形或残余变形,塑性材料,：,断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢,脆性材料,：,断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料,24,材料拉伸的机械性能,材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。,国家标准规定,金属拉伸试验方法,（GB228,2002),L,L=10d L=5d,对圆截面试样：,对矩形截面试样：,国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定,当,l,=10,d,时的试件称为,长试件,，为,推荐尺寸,当,l,=5,d,时的试件称为,短试件,，为材料尺寸不足时使用,标准试件,液压式材料,试验机,材料的力学性能在材料试验机上进行测试。材料试验机的式样有很多，但大多为机械传动或液压传动。,电子拉力试验机,20kN,试验机,10kN,试验机,电子拉力试验机,P,P,拉伸图：,P L,曲线,应力应变曲线：,s,e,曲线,L,0,P,L,s =,P,/A,0,e =,L,/,L,0,一、低碳钢拉伸时的力学性能,O,名义应力,(Nominal stress),比例极限,P,弹性阶段,Elastic stage,弹性极限,e,B,A,屈服应力,s,C,真应力,(True stress),F,局部化阶段,Localization stage,断裂,E,强化阶段,Hardening stage,强度极限,b,D,屈服阶段,Yielding stage,O,a,b,c,d,弹性阶段,比例极限,弹性极限,虎克,定律,弹性摸量,屈服阶段,屈服极限,强化阶段,强度极限,局部变形阶段,e,塑性材料的卸载,(unloading),过程,O,残余,(,塑性,),应变,重新加载,(reloading),弹性回复,卸载,卸载,加载,加载,P,a,b,c,d,e,f,卸载定律 冷作硬化,材料在,卸载过程中,应力与应变成线形关系。称为：,卸载定律 。,在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现象称为,冷作硬化,。,延伸率,(Percent elongation),截面收缩率,(Percent reduction in area),与,表征材料破坏后的塑性变形程度,。,与试件的原始尺寸,L/d,有关；,与,试件的原始尺寸无关。,塑性材料,脆性材料,5%, (,b,),t,几种非金属材料的力学性能,混凝土,木材,机械性能思考题,1,2,3,三种材料的应力,应变曲线如图，,用这三种材料制成同尺寸拉杆，,请回答如下问题：,哪种强度最好？,哪种刚度最好？,哪种塑性最好？,请说明理论依据？,s,e,塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的：,（,A,）,屈服应力提高，弹性模量降低；,（,B,）,屈服应力提高，塑性降低；,（,C,）,屈服应力不变，弹性模量不变；,（,D,）,屈服应力不变，塑性不变。,正确答案是（ ）,低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下,4,种答案，请判断哪一个是正确的：,（,A,）,比例极限；,（,B,）,屈服极限；,（,C,）,强度极限；,（,D,）,弹性极限。,正确答案是（ ）,B,B,根据图示三种材料拉伸时的应力应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：,（,A,）,强度极限,（,1,）,（,2,）,（,3,）；,弹性模量,E,（,1,） ,E,（,2,） ,E,（,3,）；,延伸率,（,1,）,（,2,）,（,3,） ；,（,B,）,强度极限,（,2,）,（,1,）,（,3,）；,弹性模量,E,（,2,） ,E,（,1,） ,E,（,3,）；,延伸率,（,1,）,（,2,）,（,3,） ；,（,C,）,强度极限,（,3,）,（,1,）,（,2,）；,弹性模量,E,（,3,） ,E,（,1,） ,E,（,2,）；,延伸率,（,3,）,（,2,）,（,1,） ；,（,D,）,强度极限,（,1,）,（,2,）,（,3,）；,弹性模量,E,（,2,） ,E,（,1,） ,E,（,3,）；,延伸率,（,2,）,（,1,）,（,3,）；,正确答案是（ ）,B,关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：,（,A,）,应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；,（,B,）,应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；,（,C,）,应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；,（,D,）,应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。,正确答案是（ ）,C,关于 有如下四种论述，请判断哪一个是正确的：,（,A,）,弹性应变为,0.2%,时的应力值；,（,B,）,总应变为,0.2%,时的应力值；,（,C,）,塑性应变为,0.2%,时的应力值；,（,D,）,塑性应变为,0.2,时的应力值。,正确答案是（ ）,C,低碳钢加载,卸载,再加载路径有以下四种，请判断哪一个是正确的：,（,A,）,OAB BC COAB,；,（,B,）,OAB BD DOAB,；,（,C,）,OAB BAOODB,；,（,D,）,OAB BD DB,。,正确答案是（ ）,D,关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的,：,（,A,）,脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力；,（,B,）,脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力；,（,C,）,塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力；,（,D,）,脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。,正确答案是（ ）,A,2,、 高温、常时工作的构件，会产生,蠕变,和,松弛,几个概念：,1,、 高温对材料的力学性能有影响,4,、松弛,(Relaxation),：,应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象,3,、蠕变,(Creep),：,应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象,2,6,*,温度和时间对材料力学性能的影响,一、应力速率对材料力学性能的影响,2,低碳钢,O,s,e,1,静荷载,动荷载,0 20 40 60 80 100,320300280260240220200,应力速率与屈服极限的关系,s,s,(,MPa,),s,(,MPa/s,),总趋势,:,温度升高,E,、,S,、,b,下降，,、,增大,温度下降,b,增大,、,减小,0 100 200 300 400 500,216177137700600500400300200100,10090,80,70,60,50,40,30,20,10,E,d,温度对低碳钢力学性能的影响,二、短期静载下温度对材料力学性能的影响,蓝脆点,20001750150012501000,750,500,250,0,-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800,d,80,70,60,50,40,30,20,10,0,温度对铬锰合金力学性能的影响,温度降低，塑性降低，强度极限提高,P,(kN,),-,-,-,-,-,-,0 5 10 15,302010,0,D,l,(mm),纯铁,-,-,-,-,-,-,0 5 10 15,302010,0,P,(kN,),D,l,(mm),中碳钢,温度降低，,b,增大，为什么结构会发生低温脆断？,三、高温、长期静载下材料的力学性能,金属材料的高温蠕变,(Creep),（,碳钢,350C,以上）,B,A,C,D,t,O,构件的工作段不能超过稳定阶段,e,t,O,A,B,C,D,E,不稳定阶段,稳定阶段,加速阶段,破坏阶段,e,0,材料的蠕变曲线,温度越高蠕变越快,应力越高蠕变越快,s,1,s,2,s,3,s,4,温度不变,应力不变,T,1,T,2,T,3,T,4,三、,应力松弛（,stress relaxation,）,在一定的高温下，构件上的总变形不变时，弹性变形会随时间而转变为塑性变形，从而使构件内的应力变小,称为应力松弛,温度不变,e,2,e,1,e,3,初应力越大,松弛的初速率越大,初始弹性应变不变,T,1,T,3,T,2,温度越高,松弛的初速率越大,蠕变示意图,P,伸长量,时间,0,t,0,随时间增加，,伸长量在不变的载荷作用下继续,增加的现象,。,静载,P,作用下的伸长量：,0,一细金属线预先有应变后保持不变，应力随时间增加而降低的现象。,Stress,Time,0,t,0,Wire,松弛示意图,四、冲击荷载下材料力学性能,冲击韧度,转变温度,温度降低，,b,增大，结构反而还发生低温脆断,原因何在？,温度降低，,b,增大， 但材料的冲击韧性下降,且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温,脆断,试件,1.,冲击试验试件,40,55,40,55,10,10,10,10,2,R,0.5,2,R,1,V,型切口试样,U,型切口试样,“,U,”,型口试件的冲击韧性：,“,V,”,型口试件的冲击韧性：,冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆,习 题,2-13,，预习“材料力学实验讲义”,