轴向拉伸与压缩2(材料的力学性能)

第二章轴向拉伸与压缩§2-4材料拉伸时的力学性能§2-5材料压缩时的力学性能§2-6温度和时间对材料力学性能的影响***试验条件及试验仪器常温(20℃)；静载（缓慢加载）；标准试件。外力作用下材料在强度（应力）与变形方面所表现出来的种种特性。基本试验，常温、静载下的试验§2–4材料拉伸时的力学性能*材料的力学性能：**性能的测试：I)试验条件：长试件：l=10d短试件：l=5dAdlII、试验仪器：万能材料试验机；变形仪（常用引伸仪）。一、低碳钢试件的拉伸图(P--L图)(试验全过程）低碳钢含碳0.3%以下P△LPsPbsssbs1）低碳钢试件的拉伸图(P--L图)2）低碳钢试件的s～图低碳钢试件的应力--应变曲线(s--图)sababcdepsesssbs（1）、弹性阶段(oa′段)1）oa--比例段:ssEE1tgE)(sf一般情况下，sp与se相差很小，可视为一个极限，用sp表示，材料使用时一般要求构件的应力不能超过sp。2）aa′--曲线段:sababcdsp---比例极限se--弹性极限esps（2）屈服(流动）阶段(a′b′段)1）a′b′--屈服阶段:3）滑移线：45o2）在屈服阶段，材料有明显的塑性变形变形量很大，载荷波动sss---屈服极限（对应c点的应力）外力P不增加的情况下，材料的变形在不断增大，材料暂时失去了对载荷的抵抗能力，称为屈服。4）塑性材料的使用极限：ssb---上屈服极限c---下屈服极限ssababcd1）sｂ---强度极限（断裂极限）（3）强化阶段(ｂ′d段)变形量很大，载荷增加2）弹性应变、塑性应变s★b′d------过了屈服阶段后，随着外力P不断增加，材料的变形在不断增大，即材料又恢复了对载荷的抵抗能力，但此时，材料已有了明显的不可恢复的变形（塑性变形）------材料被强化了-----强化阶段★d点后材料即将发生断裂，其所对应的应力为材料的断裂极限bsababcd（4）颈缩（断裂）阶段(de段)esababcdbsssps1）延伸率:001100-LLL２）截面收缩率：001100-AAA3）脆性、塑性指标为界以005塑性材料：δ5%明显的变形脆性材料：δ5%几乎看不到变形（5）弹塑性指标（6）卸载定律及冷作硬化fh1）卸载定律：在强化阶段的某一点f，卸去载荷，则表现为：（A）线性规律（B）不可恢复的变形（在h点）2）冷作硬化：卸载后在h点，若再次加载，则s~关系是h→g→d→e，hg成为新的弹性阶段，g点对应的应力成为新的比例极限，材料的强度提高了,但变脆了。----冷作硬化gpssababcds二、无明显屈服现象的塑性材料0.2%名义屈服应力:三、铸铁拉伸时的机械性能sｂ---铸铁拉伸强度极限（失效应力）2.0ss0.2即此类材料的失效应力。ssbs(Mpa)0.050.100.150.200.25050100150200250300350400450拉伸压缩§2–5材料压缩时的机械性能一、试件：二、试验过程短试件h/d在1—3之间，太长有失去稳定性的可能常温(20℃)；静载（缓慢加载）；标准试件。P1、塑性材料如低碳钢，铝及铝合金等，如右图1）弹性阶段、屈服阶段与拉伸时一样（基本重合）2）无强度极限塑性材料拉压性能基本一致，抗拉与抗压能力基本一样，测试材料性能时一般只测其拉伸性能。2、脆性材料如铸铁、玻璃等，压缩图如右图E、σp、σS一样(%)s(Mpa)0.020.040.060.080.1001002003004005006000.12PP铸铁的压缩图铸铁压缩约50度破坏面1）破坏时σb远大于拉伸时,压缩时的σb＞拉伸时的σb一般为4---5倍2）试件在较小的变形下突然破坏断面与轴线约成45°～55°倾角3）σb在600MPa左右脆性材料的抗压能力远大于抗拉能力，因而一般在承受压力时使用脆性材料。材料失效时未产生明显的塑性变形而突然断裂。脆性材料如铸铁等以脆断为失效标志。（1）塑性屈服指材料失效时产生明显的塑性变形，并伴有屈服现象。塑性材料如低碳钢等以塑性屈服为标志。（2）脆性断裂三、讨论：1、材料的两种失效形式塑性材料：脆性材料：2）强度塑性材料—---抗拉、抗压能力差不多3、几种常用材料的主要力学性能（书P27）脆性材料—---抗压能力远大于抗拉能力δ5%明显的变形δ5%几乎看不到变形2、塑性材料与脆性材料的比较1）变形（δ）不同1）优质钢材料的强度高；2）所有钢材E相差不大，约为200GPa。四、极限应力、安全系数、许用应力)(2.0ssssjx1）塑性破坏的极限应力∶2）脆性破坏的极限应力∶bjxss3、安全系数：杆件发生失效时的应力称之---由实验测得1、极限应力：构件工作时所许可的最大应力。------由实验测出极限应力，打一折扣，除以一个大于一的数值所得到的应力。2、许用应力[s]：sssnsbbns-------塑性材料-------脆性材料一个大于１的常数------ns,nb*§2–6温度和时间对材料力学性能的影响s(Mpa)(oC)1002003004005000100200300400500137600177700216E(Gpa)、(%)102030405060708090100sssbE一、温度对材料力学性能的影响（以低碳钢为例）1、温度升高,E、sS下降2、在2500C—3000C之前，温度升高,、降低，而sb增加3、在2500C—3000C之后，温度升高,、增加，而sb下降s(kg/cm2)(oC)-200-100010020002500500075001000017500125002000015000(%)10203040506070800300400500600700800s0.2sb温度对铬锰合金力学性能的影响△L510150+20oC-195oC-253oCP(kg)100020003000纯铁温度降低，塑性降低，强度极限提高△L510150P(kg)100020003000中碳钢+20oC-195oC-253oC二、温度和时间的影响蠕变与应力松弛1、蠕变：加静载PP经过较长时间后哇！载荷没增加，杆自己在长长！构件上的载荷不变，构件在一定的温度下，随时间而缓慢发生塑性变形，直至破坏。这种现象称为蠕变。构件的工作段不能超过稳定阶段！t不稳定阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段材料的蠕变曲线ABCDEo温度越高，蠕变越快应力不变，T1T2T3T4tT1T3T4T2ts1s2s3s4温度不变，s1s2s3s4应力越高，蠕变越快高温下工作的零件，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。这种现象称为应力松弛。哇！这次是杆自己短了一段！经过较长时间后卸去约束P弹性变形应力σ2、应力松弛：sELEAPLLLLEs温度不变，321初应力越大，松弛的初速率越大初始弹性应变不变，T1T2T3温度越高，松弛的初速率越大st321stT1T2T3Sunday,January26,2020MechanicsofMaterials31