《材料力学》第二章-轴向拉伸和压缩-第6节课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材 料 力 学,第二章 轴向拉伸和压缩,(,Ch2.Axial Tension and Compression),材 料 力 学第二章 轴向拉伸和压缩,1,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,Mechanical Property of Materials,材料在外力作用下所呈现的有关强度和变形方面的特性,，称为,材料的力学性能,。,材料力学性能是构件强度、刚度和稳定计算的重要组成部分，也是合理选用材料和从事新材料研究的重要依据。,材料的力学性能都要通过试验来测定。,本节主要介绍工程中常用材料在拉伸和压缩时的力学性能。,材料的力学性能除因材料不同而不同以外，还受试验条件,、,加力方式等很多因素的影响,。同一材料在,常温,、,高温和低温,的不同条件下测得的力学性能各不相同；在,快速加载下,测得的力学性能与,缓慢加载条件下,测得的力学性能也有显著差别；同一材料在拉、压、扭转和弯曲不同变形形式下表现出不同的力学性能。因此应针对不同情况，分别试验，以确定不同情况下的力学性能。,为了使测得的材料力学性能可以互相对比，应严格按照有关试验规范的要求进行测定,。,6材料在拉伸和压缩时的力学性能Mechanical,2,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,Mechanical Property of Materials,.,材料的拉伸和压缩试验,(,Tensile Test and Compression Test of Materials),.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,(,Load deflection diagram in tension about mild steel),.,其它金属材料在拉伸时的力学性能,(,Mechanical property of others metal materials in tension,),.,金属材料在压缩时的力学性能,(,Mechanical property of metal materials in,Compression),.,几种非金属材料的力学性能,(,Mechanical property of some nonmetal materials),6材料在拉伸和压缩时的力学性能Mechanical,3,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,材料的拉伸和压缩试验,试验条件,:,常温、静载(,under gradually,applied lood at room temperature),试验标准,:,GB228,87。,标准,试件(,Standard specimen),:,如图，圆形试件，板形试件,使用,Standard specimen,便于相互比较,圆形试件又分,长试件,(,l,10,d,),和,短试件,(,l,5,d,),两种,标距(,Gage Length),l,压缩试件,:,短圆柱体，短棱柱体,试验,设备,:,万能试验机,变形仪,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.材料的拉伸和压,4,mild steel（,软钢）低碳钢,(,low-carbon steel),如,Q235,号钢,Characteristic:,1,弹性阶段,Elastic range,;,2,屈服阶段,Yield range,;,3,强化阶段,Hardening range,;,4,颈缩阶段,Necking range,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,l,l,A,P,D,=,=,e,s,1,Load deflection diagram in tension about mild steel:,tensile diagram,(,P,L,),diagram:,mild steel（软钢）低碳钢6材料在拉伸和压,5,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,Pl ,=E,(),1,弹性阶段,Elastic range,s,p,:,比例极限,proportional limit,s,e,:,弹性极限,elastic limit,e,p,=,0(),工程上常认为为同一点,2,屈服阶段,Yield range,(,流动阶段,Slip range,),P,基本不变,L,却不断增加,对抛光的试件,可以看到与杆轴线约成45度方向上的条纹(,滑移,线,slip lines),表明材料此时的塑性变形由剪应力,(,t,max,=s/,2,),引起。,Yieldpoint (,以下屈服点为准),s,s,:,屈服极限,Yielding limit,或,流动,极限,Silde limit,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.低碳钢试样的拉,6,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,4,颈缩阶段,Necking range,(,局部变形阶段,Localized deformation range,),此时在某一较弱的横截面,及其附近横向尺寸显著缩小,出,现所谓“颈缩”现象。,breaking point(f):,在,F,点拉断后,弹性变形,e,e,部分恢复，剩下,塑,性变形,e,p,(,plastic strain),物体进入塑性阶段后，总变形,e,e,e,e,p,3,强化阶段,Hardening range,s,b,:,强度极限(抗拉强度）,Ultimate strength,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.低碳钢试样的拉,7,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,在强化阶段后期和颈缩阶段,由于变形较大,故,P/A,和,e,=,l,/,l,并不能表示试件的真实应力（,true stress）,和,真实应变（,true strain),故：,常称为,名义应力,Nominal stress,(Conventional stress),e,=,l,/,l,常称为,名义应变,Nominal strain,(Conventional strain),6材料在拉伸和压缩时的力学性能.低碳钢试样的拉,8,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,卸载规律,:,卸载时荷载与,试样,伸长量之间遵循直,线关系的规律称为,材料的卸载规律.,在卸载过程中，,弹性变形逐渐消失,只留下塑性变形。,如果卸载后立即再加荷载，则荷载与伸长量间基本上仍遵循,着卸载时的同一直线关系，一直到开始卸载时的荷载为止.,冷作硬化,cold hardening,实质：,strain hardening,冷作,时效,age hardening,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.低碳钢试样的拉,9,材料分类：,塑性材料,Ductile materials,:d,脆性材料,Brittle materials,:d,对,Q235,钢:,s,s,240,MPa,s,b,390,MPa,d,2030%,60%,材料的强度指标(,The strength index of materials,):,s,p,:,比例极限,s,e,:,弹性极限,s,s,:,屈服极限,s,b,:,强度极限,（,s,p,s,e,s,s,）,材料的塑性指标,(,The plastic index of materials,):,1,伸长率,(,Percentage Elongation,),:,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,低碳钢试样的拉伸图及其力学性能,psi,2,断面收缩率,(,Percentage of Cross-section,),:,材料分类：材料的强度指标(The strength inde,10,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,其它金属材料在拉伸时的力学性能,常用,塑性金属,材料在拉伸时的力学性能,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.其它金属材料在,11,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,其它金属材料在拉伸时的力学性能,有些材料例如铝合金和退火球墨铸铁,没有屈服阶段,，而其它三个阶段却很,明显；另外一些材料例如锰钢则仅有,弹性阶段和强化阶段，而,没有屈服阶,段,和,局部变形阶段,。这些材料的共同,特点是伸长率,d,均较大,它们和低碳钢一样都属,于塑性材料。,对,没有屈服阶段,的,塑性,材料，通常以塑性应变,e,p,e,s,0.2%,所对应的应力,确定为,屈服极限,强度，并称之为,名义,屈服极限,，,标记为,s,0.2,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.其它金属材料在,12,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,其它金属材料在拉伸时的力学性能,典型脆性金属材料,铸铁(,Cast Iron,),在拉伸时的力学性能:,值很小，无屈服和“颈缩”现象。,无直线段，断裂时变形很小,强度指标只有,强度极限,s,b,；,通常用规定某一总,应变时,s,e,曲线的,割线（图2-21中的,虚线）来代替此曲,线在开始部分的直线，从而确定其弹性,模量，并称之为,割线弹性模量,。,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.其它金属材料在,13,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,金属材料在压缩时的力学性能,低碳钢在压缩时的力学性能:,弹性,屈服初期与拉伸时相同，,E,c,=E,t,s,pc,=,s,pt,s,sc,=,s,st,压 拉,m,c,=,m,t,因,A(P),故测不出,s,bc,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.金属材料在压缩,14,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,金属材料在压缩时的力学性能,铸铁在压缩时的,力学性能:,变形很小就突然,破坏，无,s,S,c,s,b,c,s,b,t,为经济的抗压材料。,破坏面与试件轴线,成大约35,o,39,o,角,表,明是因为抗剪能力不,够而断裂。,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.金属材料在压缩,15,铸铁在压缩时的力学性能:,为了对比，图中示出了灰口铸,铁受压(实线)和受拉(虚线)的,s,e,曲线。从图可知，铸铁压缩,s,e,曲,线也无严格的直线部分，破坏时的,应变较拉伸大,约为5。破坏面与,试件轴线大约成35,o,39,o,，,表明试,件主要是剪断的。由于斜面上同时,存在正压力引起的摩擦力的影响，,所以破坏面并不在最大剪应力方向(45,o,)。,铸铁的抗压强度比抗拉强,度高得多,约为35倍，加之价格较低廉、便于成型，因此广泛用于,制造机座、机床床身、轴承座等承压构件。,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,金属材料在压缩时的力学性能,铸铁在压缩时的力学性能:6材料在拉伸和压缩时的力学性能,16,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,几种非金属材料的力学性能,混凝土,和,天 然,石 料,压缩：,试件的破坏,形式与两端,面受到的摩擦力的大小有关。(,a),(b),分别表示试件两端面不加润滑剂和加润滑剂的破坏形式。前者由于两端面横向变形受到摩擦力的阻碍,使试件中部逐渐剥落,形成两个相连的截锥体。后者由于润滑使摩擦力减小,产生纵向开裂破坏,其抗压强度也较前者小。在规范中,取立方体的边长为150,mm,按前者测出的抗压强度称为标准立方体抗压强度,并用以确定混凝土或石料的等级。,s,b,c,10,s,b,t,混凝土的弹性模量规定以,s,0.4,s,b,时的割线斜率来确定。,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.几种非金属材料,17,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,几种非金属材料的力学性能,混凝土压缩,:,混凝土是一种多相材料,内部细小裂缝多,随着受力增大,裂缝经历,稳定阶段、稳定扩展阶段和裂缝贯通非稳定扩展阶段,表现出加载曲线有明显的非,线性。由于内部硬骨料使沿裂缝滑移受阻,故其破坏也有一个渐变过程。,混凝土加载到某一点,a(,即使应力不大)卸载,将有塑性应变,e,ap,(,图(,b),但多次重复加载,和卸载后,塑性变形逐步减小。因此,工程上常以割线,oa(,虚线)的斜率来定义弹性模量,6材料在拉伸和压缩时的力学性能.几种非金属材料,18,6,材料在拉伸和压缩时的力学性能,.,几种非金属材料的力学性能,木材的力学性能:,木材的顺纹抗拉