材料在拉伸和压缩时的力学性能概要课件

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1、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,*,*,1.,试验条件,(Test conditions,）,2-4,材料在拉伸和压缩时的力学性能,(,Mechanical properties of materials in axial tension and compression),一、实验方法,(Test method),（,1,）常温,:,室内温度,（,2,）静载,:,以缓慢平稳的方式加载,（,3,）标准试件：采用国家标准统一规定的试件,1.试验条件(Test conditions）2-4,1,作业：,习题,2-3/6/13,作业：,习题,2-7/

2、11/14/,/29,作业：,习题,2-45/52,作业：,习题,2-58/63/,/68,2,作业：习题2-3/6/13作业：习题2-7/11/14/作业,2.,试验设备,(Test instruments),（,1,）微机控制电子万能试验机,（,2,）游标卡尺,2.试验设备(Test instruments),3,4,4,二、拉伸试验,(Tensile tests),先在试样中间等直部分上划两条横线这一段杆称为,标距,l,(original gage length).,l,=10,d,或,l,=5,d,1.,低碳钢拉伸时的力学性质,(Mechanical properties for a

3、low-carbon steel in tension),（,1,）拉伸试样,d,l,标距,二、拉伸试验(Tensile tests)先,5,（,2,）拉伸图,(,F,-,l,曲线),拉伸图与试样的尺寸有关,.,为了消除试样尺寸的影响，把,拉力,F,除以试样的原始面积,A,，,得正应力；同时把,l,除以标距,的原始长度,l,，得到应变,.,表示,F,和,l,关系的曲线，,称为,拉伸图,(tension,diagram),F,O,l,e,f,h,a,b,c,d,d,g,f,l,0,（2）拉伸图(F-l 曲线)拉伸,6,p,（,3,）应力应变图,表示应力和应变关系的曲线，称为,应力,-,应变图,(

4、stress-strain diagram),（,a,）弹性阶段,试样的变形完全弹性的,.,此阶段内的直线段材料满足,胡克定律,(Hookes law),比例极限,(proportional limit),f,O,f,h,a,弹性阶段是构件正常工作应力的范围,。,弹性阶段的应变范围在千分之几，弹性阶段的变形并不明显。是小变形理论的一个基础。,p（3）应力应变图（a）弹性阶段 试样的变,7,b,点是弹性阶段的最高点,.,弹性极限,(elastic limit),p,f,O,f,h,a,b,e,b点是弹性阶段的最高点.弹性极限 pfOfhab,8,s,e,p,f,O,f,h,a,b,c,当应力超过

5、,b,点后，试样的荷载基本不变而变形却急剧增加，流动阶段的应变范围是弹性阶段应变的,10,到,15,倍，所以，流动阶段的应变可达百分之十，流动阶段的变形比较明显。变形不可恢复，是塑性变形。这种现象称为,屈服,(yiel,ding).,c,点为屈服低限,屈服极限,(yielding strength),（,b,）屈服阶段,s e pfOfhabc 当应力超过b点,9,s,b,（,c,）强化阶段,过屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力,.,这种现象称为材料的,强化,(,hardening),e,点是强化阶段的最高点,强度极限,(ultimate Strength),e

6、,p,f,O,f,h,a,b,c,e,s b（c）强化阶段 过屈服阶段后，材料,10,（,d,）局部变形阶段,过,e,点后，试样在某一段内的横截面面积显箸地收缩，出现,颈缩,(necking),现象，一直到试样被拉断,.,s,b,e,p,f,O,f,h,a,b,c,e,（d）局部变形阶段 过e点后，试样在某一段,11,试样拉断后，弹性变形消失，塑性变形保留，试样的长度由,l,变为,l,1,，横截面积原为,A,，断口处的最小横截面积为,A,1,.,断面收缩率,(percent reduction in area),伸长率,(percent elongation),5%,的材料，称作,塑性材料,(

7、ductile materials),5%,的材料，称作,脆性材料,(brittle materials),（,4,）伸长率和端面收缩率,试样拉断后，弹性变形消失，塑性变形保留，试样的,12,（,5,）卸载定律及冷作硬化,卸载定律,(unloading,law),若加栽到强化阶段的某一点,d,停止加载,并逐渐卸载,在卸载,过程中,荷载与试样伸长量之间,遵循直线关系的规律称为材料的,卸载定律,(unloading,law),.,a,b,c,e,f,O,g,f,h,d,d,（5）卸载定律及冷作硬化卸载定律 (unloading l,13,在常温下把材料预拉到强化阶段然后卸载,当再次加载时,试样在线

8、弹性范围内所能承受的最大荷载将增大,.,这种现象称为冷作硬化,冷作硬化,e,-,弹性应变,(elastic strain),p,-,塑性应变,(plastic strain),a,b,c,d,e,f,O,d,g,f,h,e,p,d,在常温下把材料预拉到强化阶段然后卸载,当再次加载时,14,Yield Strength and Ultimate Strength,Yield Strength and Ultimate St,15,2.,无明显屈服极限的塑性材料,(Ductile materials without clearing defined yield point),s,0.2,e,0.2

9、,%,s,名义屈服应力用,表示,.,铝、锰钢等。,2.无明显屈服极限的塑性材料(Ductile materi,16,1,）应力,应变关系微弯曲线，没有直线阶段,2,）只有一个强度指标,3,）和低碳钢相比,拉断时的应力、变形较小,结论,脆性材料,3.,铸铁拉伸时的机械性能,(Mechanical properties for,a cast iron in tension),17,1）应力应变关系微弯曲线，没有直线阶段3）和低碳钢相比,O,/,MPa,/%,e,处理,以,O-A,割线的斜率作为弹性模量,A,为曲线上,1/4,点,18,O/MPa/%e 处理 以 O-A 割线,三、材料压缩时的力学性

10、能,(Mechanical properties of materials in axial compression),1.,实验试样,(Test specimen),2.,低碳钢压缩时的,s,-,e,曲线,(Stress-strain curve for a low-carbon steel in compression),d,h,F,F,F,F,19,三、材料压缩时的力学性能(Mechanical proper,s,O,e,压缩的实验结果表明,低碳钢压缩时的弹性,模量,E,屈服极限,s,都与拉,伸时大致相同,.,屈服阶段后,试样越,压越扁,横截面面积不,断增大,试样不可能被,压断,因此得不

11、到压缩,时的强度极限,.,sOe 压缩的实验结果表明 低碳钢压缩时,20,3.铸铁压缩时的,s,-,e,曲线,(Stress-strain curve for cast iron in compression),O,/%,e,铸铁压缩时破坏端面与横截面大致成,45,55,倾角,表明这类试样主要因剪切而破坏,铸铁的抗压强度极限是抗拉强度极限的,4,5,倍,.,3.铸铁压缩时的s-e曲线O/%e,21,22,22,以大于,1,的因数除极限应力,并将所得结果称为许用应力,用,表示,.,2.,许用应力,(Allowable stress),1.,极限应力,(Ultimate stress),四、安全因

12、数和许用应力,(Factor of safety&allowable stress),n,安全因数,(factor of safety),塑性材料,(ductile materials),脆性材料,(brittle materials),材料的两个强度指标,s,和,b,称作极限应力或危险应力,并用,u,表示,.,23,以大于1的因数除极限应力,并将所得结果称为,五、应力集中,(Stress concentrations),因杆件外形突然变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为,应力集中,(stress concentrations).,带有切口的板条,五、应力集中(Stress concentr

13、ations),24,五、应力集中,(Stress concentrations),开有圆孔的板条,因杆件外形突然变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为,应力集中,(stress concentrations).,F,F,F,带有切口的板条,F,F,F,五、应力集中(Stress concentrations),25,动车轮对,(,单,)-,动车轴,动车轮对(单)-动车轴,26,阶梯轴的过渡圆角,以避免应力集中,.,阶梯轴的过渡圆角,以避免应力集中.,27,应力集中因数,(stress-concentration factor),F,同一截面上按净面积算出的平均应力,发生应力集中的截面上的最大

14、应力,应力集中因数(stress-concentration f,28,材料在拉伸和压缩时的力学性能概要课件,29,六、蠕变及松弛,(creeping&relaxation),固体材料在保持应力不变的情况下，应变随时间缓慢增长的现象称为,蠕变,(creeping),粘弹性材料在总应变不变的条件下,变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象称为,松弛,(relaxation),六、蠕变及松弛(creeping&relaxation),30,午夜，动车段的车间里灯火通明。运营结束后的动车组每天都要返回这里进行检修，以确保动车组,“,零故障,”,运行。,一位年轻工人负责检查动车的底部情况，包括,螺丝是否有松动、车体是否有开裂等情况，每个螺丝都要用工具重新紧一遍。,确保每列动车零故障行驶在祖国大地上。,粘弹性材料在总应变不变的条件下,变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象称为,松弛,(relaxation),午夜，动车段的车间里灯火通明。运营结束后的动,31,