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 (Ch2. Axial Tension and Compression)
§2-6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写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。 判的力学性能除因料不同而不同以外,还受过验条件 加力方式等很多因索的。同一材料在常温、高温和温的不同 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 得的料力学性能可以互相对比,应严格按照有关过验规范的要求 进行测定
§２－6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
§2-6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Property of Materials I.材料的拉伸和压缩试验 Tensile Test and Compression Test of Materials) Ⅱ.低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 Load---deflection diagram in tension about mild steel) Ⅲ其它金属材料在拉伸时的力学性能 (Mechanical property of others metal materials in tension Ⅳ金属材料在压缩时的力学性能 (Mechanical property of metal materials in Compression) V.几种非金属材料的力学性能 (Mechanical property of some nonmetal materials)
§２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Mechanical Property of Materials Ⅰ. 材料的拉伸和压缩试验 (Tensile Test and Compression Test of Materials) Ⅱ. 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 (Load ——deflection diagram in tension about mild steel) Ⅲ. 其它金属材料在拉伸时的力学性能 (Mechanical property of others metal materials in tension ) Ⅳ. 金属材料在压缩时的力学性能 (Mechanical property of metal materials in Compression) Ⅴ. 几种非金属材料的力学性能 (Mechanical property of some nonmetal materials)
§2-6材料在拉伸和压缩时的力学性能 I.材料的拉伸和压缩试验 试验条件:常温、静载( under gradually ca,= 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 图4.1 使用 Standard specimen便于相互比较 圆形试件又分长试件(=10d和短试件(=5)两种 标距( Gage Length)压缩试件短圆柱体,短棱柱体 试验设备 日丰—设干日 万能试验机 工作段长度 面积A 变形仪 工作段长度L
§２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅰ. 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＝10d)和短试件(l＝5d)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
§2—6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 1, Load-deflection diagram in tension about mild steel mild steel(软钢)=低碳钢P (ow-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 tensile diagram(P△L) △l o—- diagram 8 P=AM
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 §２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ. 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) s −−e diagram:
§2-6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 1,弹性阶段 Elastic range P△1=>0∝eo=EB(osan) on:比例极限 proportional limit k f G:弹性极限 elastic limit n=0(≤o) on≈o.:,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(rm=0/2)引起。 Yieldpoint(以下屈服点为准) G:屈服极限 Yielding limit或流动极限 Silde limi
§２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ. 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 P∝Δl σ∝ε σ= Eε( ) s s p 1,弹性阶段Elastic range sp:比例极限proportional limit se:弹性极限 elastic limit e s s e p = 0 ( ) s p s e 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,ΔL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(tmax =s/2)引起。 Yieldpoint (以下屈服点为准) ss:屈服极限 Yielding limit 或 流动极限 Silde limit
§2-6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ.低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 3,强化阶段H ardening range σb:强度极限抗拉强度) Ultimate strength f 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 oo opll 及其附近横向尺寸显著缩小出 现所谓“颈缩”现象。 h g breaking point(f)在F点拉断后 O 弹性变形部分恢复,剩下塑P 性变形Ep( plastic strain) 物体进入塑性阶段后,总变形=6+6
§２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ. 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 ee 部分恢复，剩下塑 性变形 ep (plastic strain) 物体进入塑性阶段后，总变形 e＝ ee ＋ ep 3,强化阶段Hardening range sb :强度极限(抗拉强度） Ultimate strength
§2—6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ.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6=PA 和E=△l/并不能表示试件的真实应力( true stress)和 真实应变( true strain)故: 6=P/A常称为名义应力“4 Nominal stress (Conventional stress) e=△l//常称为名义应变 Nominal strain Conventional strain)
§２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ. 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б＝P/A 和e = Δl / l 并不能表示试件的真实应力（true stress）和 真实应变（true strain) 故： б＝Ｐ／Ａ常称为名义应力 Nominal stress (Conventional stress) e = Δl / l 常称为名义应变 Nominal strain (Conventional strain)
§2-6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ.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 L 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
§２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ. 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
§2-6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ.低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 材料的强度指标( The strength index of materials)): op:比例极限σ:弹性极限σs:屈服极限 b:强度极限(op0c03) 材料的塑性指标( The plastic index of materials) 1,伸长率( Percentage Elongation):=4-1x109%=81×0% 2断面收缩率 Percentage of Cross-section):y=△=△×00 △ 材料分类 pSI 塑性材料 Ductile materials:8>5% 脆性材料 Brittle materials:δ<5% 对Q235钢:≈240MPa,o~390MPa,δ≈20~30%,≈60%
材料分类： 塑性材料 Ductile materials: d＞５％ 脆性材料 Brittle materials: d＜５％ 对Q235钢:ss≈240MPa,sb≈390MPa,d≈20～30%,ψ≈60% 材料的强度指标(The strength index of materials): sp :比例极限 se:弹性极限 ss:屈服极限 sb :强度极限 （sp ≈se ≈ss） 材料的塑性指标(The plastic index of materials): 1,伸长率 (Percentage Elongation): §２－6材料在拉伸和压缩时的力学性能 Ⅱ. 低碳钢试样的拉伸图及其力学性能 1 100% = 100% − = p l l l d e 1 100% D D − D = psi 2,断面收缩率(Percentage of Cross-section ):