72拉压材料力学性能1203冯露资料.ppt

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1、Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系拉伸和压缩时材料拉伸和压缩时材料拉伸和压缩时材料拉伸和压缩时材料的力学性能的力学性能的力学性能的力学性能 Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系p为什么要研究力学性质？为什么要研究力学性质？设计和使用构件时合理地选用材料p什么是材料的力学性质？什么是材料的力学性质？材料的力与变形关系，材料破坏时的应材料的力与变形关系，材料破坏时的应力极限值、弹性模量力极限值、弹性模量E、泊松比泊松比 都属于材都属于材料的力学性质料的力学性质.。Mechanics of Ma

2、terials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系研究方法研究方法需通过试验方法获得需通过试验方法获得弹性变形与塑性变形弹性变形与塑性变形塑性材料与脆性材料塑性材料与脆性材料Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系1 低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验一、试验方法一、试验方法常温、静载、标准试件或比例试件，常温、静载、标准试件或比例试件，l05d0 或 l010d0Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系一、拉伸试验和压缩试验一、拉伸试验和压缩试验4.4.加载方式和记录：加载方式和记录：渐加静载荷

3、渐加静载荷由零开始，由零开始，缓慢增加，至终值后数值不再变化或变化很小。缓慢增加，至终值后数值不再变化或变化很小。记录载荷记录载荷F F 与伸长与伸长l 的关系。的关系。1.1.目的：目的：测定材料拉压时的力学性能测定材料拉压时的力学性能2.2.设备：设备：全能试验机全能试验机3.3.试件：试件：标距标距标距标距 l ,l=l ,l=1010d,l=d,l=5 5d d（圆（圆（圆（圆)标点标点标点标点F FF Fdl二、低碳钢拉伸时的力学性质二、低碳钢拉伸时的力学性质低碳钢：含碳量低于低碳钢：含碳量低于0.3 1.1.1.1.拉伸图拉伸图 ll lF FF F低碳钢拉伸试验低碳钢拉伸试验拉伸

4、图拉伸图拉伸图拉伸图F F2.2.应力应力-应变图（应变图（-图）图）克服拉伸图的尺寸效应克服拉伸图的尺寸效应克服拉伸图的尺寸效应克服拉伸图的尺寸效应 l 原长原长名义应力名义应力名义应变名义应变A初始横截面面积初始横截面面积弹性阶段弹性阶段 elastic stageelastic stage比例阶段比例阶段proportional limit：p 几何意义：几何意义：几何意义：几何意义：-图比例阶段斜率。图比例阶段斜率。图比例阶段斜率。图比例阶段斜率。特征应力：特征应力：特征应力：特征应力：比例极限比例极限比例极限比例极限 p p proportional limitproportiona

5、l limit物理意义：材料抵抗弹性变形的能力。物理意义：材料抵抗弹性变形的能力。物理意义：材料抵抗弹性变形的能力。物理意义：材料抵抗弹性变形的能力。特点：变形是完全弹性的特点：变形是完全弹性的特点：变形是完全弹性的特点：变形是完全弹性的 e=E胡克定律胡克定律胡克定律胡克定律 HookesHookes Law Law p弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限 e e elastic limitelastic limitE E弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量Young,modulus of elasticity Young,modulus of elasticity 单位：单位：单位：单位：Pa,P

6、a,1 1 GPaGPa=10=109 9 Pa Pa 弹性阶段弹性阶段屈服阶段屈服阶段 yield stageyield stage 特点：材料失去抵抗变形的能力特点：材料失去抵抗变形的能力 屈服屈服(流动）流动）yield 特征应力：特征应力：屈服极限屈服极限s yield limit Q235钢钢 s=235MPa 滑移线滑移线滑移线滑移线 slip liensslip liens：方位方位方位方位与轴线成与轴线成与轴线成与轴线成4545原因原因原因原因最大切应力最大切应力最大切应力最大切应力 机理机理机理机理晶格滑移晶格滑移晶格滑移晶格滑移45 s s屈服阶段屈服阶段强化阶段强化阶段

7、strengthingstrengthing stage stage特点：特点：应变硬化应变硬化 strain hardening 材料恢复变形抗力，材料恢复变形抗力，-关系非线性，关系非线性，滑移线消失，滑移线消失，试件明显变细。试件明显变细。b b特征应力：特征应力：特征应力：特征应力：强度极限强度极限强度极限强度极限 b b ultimate strength ultimate strength 强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段（局部变形阶段）局部变形阶段）stage of local deformation特征：颈缩现象特征：颈缩现象 necking断口：杯口状断口：杯口状 有磁性有磁

8、性思考原因为何？思考原因为何？颈缩阶段颈缩阶段3.3.特征应力特征应力 强度极限强度极限 b b屈服极限屈服极限 s s弹性极限弹性极限 e e比例极限比例极限 p p4.4.4.4.卸载定律卸载定律卸载定律卸载定律 拉伸过程中拉伸过程中在某点卸载，在某点卸载，-将按照比例将按照比例阶段的规律变化，阶段的规律变化，直到完全卸载。直到完全卸载。卸载卸载卸载卸载 卸载后重新加载，卸载后重新加载，卸载后重新加载，卸载后重新加载，-则按卸载路径则按卸载路径则按卸载路径则按卸载路径 化，化，化，化，至卸载点附近后则至卸载点附近后则至卸载点附近后则至卸载点附近后则回到未经卸载的曲线。回到未经卸载的曲线。回

9、到未经卸载的曲线。回到未经卸载的曲线。卸载再加载规律：卸载再加载规律：再加载再加载冷拉时效冷拉时效 卸载后过几天再卸载后过几天再卸载后过几天再卸载后过几天再重新加载，重新加载，重新加载，重新加载，-则按则按则按则按卸载路径变化，高于卸载路径变化，高于卸载路径变化，高于卸载路径变化，高于卸载点的曲线，获得卸载点的曲线，获得卸载点的曲线，获得卸载点的曲线，获得更高的强度指标。更高的强度指标。更高的强度指标。更高的强度指标。冷作硬化冷作硬化 cold hardeningcold hardening 在强化阶段卸载，材料的在强化阶段卸载，材料的 比例极限提高，塑性降低。比例极限提高，塑性降低。原比例极

10、限原比例极限现比例极限现比例极限原残余应变原残余应变现残余应变现残余应变5.塑性指标塑性指标 断后伸长率（延伸率）断后伸长率（延伸率）塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料ductile materials ductile materials 5 5 断面收缩率断面收缩率 Q235Q235钢钢钢钢 =6060 percent elongationpercent elongationpercentage reduction of areapercentage reduction of area脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料brittle materialsbrittle materials 5 5

11、Q235Q235钢钢钢钢=20203030 铸铁铸铁铸铁铸铁 0.50.5 材料的力学性质材料的力学性质材料的力学性质材料的力学性质真应力应变图真应力t为纵坐标，真应变t为横坐标真应力应变图 低碳钢拉伸时的力学性能的两个讨论问题?1616锰钢锰钢三、其他塑性材料拉伸三、其他塑性材料拉伸退火球墨铸铁退火球墨铸铁锰钢锰钢玻璃钢玻璃钢 塑性材料的共同塑性材料的共同特点只有一个，那特点只有一个，那就是断后伸长率大就是断后伸长率大于于5.问题：问题：对无明显屈对无明显屈服阶段的塑性材料服阶段的塑性材料如何确定强度指标？如何确定强度指标？锰钢锰钢16锰钢锰钢退火球墨铸铁退火球墨铸铁玻璃钢玻璃钢塑性应变塑性

12、应变等于等于0.20.2时的应力值时的应力值名义屈服极限名义屈服极限 0.20.2 0.20.2拉延拉延拉延拉延(drawndrawn)现象现象现象现象 颈缩颈缩颈缩颈缩聚合物聚合物 s s b b（MPa）（%）100500.45b四、铸铁拉伸四、铸铁拉伸四、铸铁拉伸四、铸铁拉伸不宜受拉！不宜受拉！1.强度极限低强度极限低;b=110160MPa2.非线性；非线性；近似用割线代替近似用割线代替3.无屈服，无颈缩；无屈服，无颈缩；4.；平断口。平断口。压缩压缩(MPa)0.200.10200400五、压缩五、压缩五、压缩五、压缩，p p，与拉伸相同与拉伸相同；测不出测不出；试件呈鼓状。试件呈鼓

13、状。低碳钢低碳钢压缩试验无意义压缩试验无意义压缩试验无意义压缩试验无意义拉伸拉伸400(MPa)3006000.100.05压缩压缩铸铁铸铁铸铁铸铁高于拉伸；高于拉伸；（接近接近4倍）倍）大于拉伸；大于拉伸；（接近（接近）与拉伸不同；与拉伸不同；斜断口斜断口可制成受压构件可制成受压构件拉伸拉伸结论与讨论结论与讨论3工程材料按其断后伸长率大小分成两大类：工程材料按其断后伸长率大小分成两大类：塑性材料和脆性材料；塑性材料和脆性材料；塑性材料塑性材料 脆性材料脆性材料 4塑性材料和脆性材料的强度指标不同：塑性材料和脆性材料的强度指标不同：塑性材料取塑性材料取或或，脆性材料取脆性材料取强度、变形计算必

14、须了解材料的力学性能；强度、变形计算必须了解材料的力学性能；了解材料的力学性能主要是分析了解材料的力学性能主要是分析-曲线；曲线；问题问题1：如何得到：如何得到-曲线？曲线？问题问题2：如何分析：如何分析-曲线？曲线？5根据卸载定律，一般地一点线应变根据卸载定律，一般地一点线应变由两由两部部分组成：弹性应变分组成：弹性应变和塑性应变和塑性应变；e e p p 6 6 6 6三种拉伸应力应变曲线三种拉伸应力应变曲线三种拉伸应力应变曲线三种拉伸应力应变曲线（MPa）（%）100500.45b脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料 聚合物聚合物聚合物聚合物 s s b b塑性金属材料塑性金属材料塑性金属材

15、料塑性金属材料sbMaterial PropertiesMechanics of MaterialsStress-Strain Diagram:Ductile Materials变形过程：变形过程：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段重要指标：重要指标：比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限实验现象：实验现象：滑移、卸载、冷作硬化滑移、卸载、冷作硬化变形类型：变形类型：弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形Material PropertiesMechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天

16、津大学力学系1-8 1-8 应力集中的概念应力集中的概念应力集中应力集中由于杆件横截面突然变化而引起的应由于杆件横截面突然变化而引起的应力局部骤然增大的现象。力局部骤然增大的现象。截面尺寸截面尺寸变化越剧变化越剧烈，应力烈，应力集中就越集中就越严重。严重。Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系理论应力集中因数理论应力集中因数：具有小孔的均匀受拉平板具有小孔的均匀受拉平板下标下标t 表示是对应于正应表示是对应于正应力的理论应力集中因数力的理论应力集中因数nom 截面突变的横截面上截面突变的横截面上max作用点处的作用点处的名义应力；轴向拉压时为横

17、截面上的平均应力。名义应力；轴向拉压时为横截面上的平均应力。Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系应力集中对强度的影响：应力集中对强度的影响：理想弹塑性材料制成的杆件受静荷载时理想弹塑性材料制成的杆件受静荷载时荷载增大进荷载增大进入弹塑性入弹塑性极限荷载极限荷载弹性阶段弹性阶段Mechanics of Materials材料力学材料力学天津大学力学系天津大学力学系均匀的脆性材料均匀的脆性材料或塑性差的材料或塑性差的材料非均匀的脆性材非均匀的脆性材料，如铸铁料，如铸铁塑性材料、静荷载塑性材料、静荷载不考虑应力集中的影响不考虑应力集中的影响要考虑应力集中的影响要考虑应力集中的影响动荷载动荷载Tianjin University应变能杆件的应变能UW(Pl)/2 能密度 变形能（应变能）变形能（应变能）:弹性体在外力作用弹性体在外力作用下产生变形而储存的能量，以下产生变形而储存的能量，以 表示表示。Tianjin University铅锤力铅锤力F，在小变形的前提下，试，在小变形的前提下，试求求C点的位移及结构的应变能。点的位移及结构的应变能。