拉伸(壓縮)時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì)

1、三、拉伸（壓縮）時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì) 1低碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 試驗(yàn)時(shí)，試件在受到緩慢施加的拉力作用下，試件逐漸被拉長(zhǎng)（伸長(zhǎng)量用來表示），直到試件斷裂為止。這樣得到F與的關(guān)系曲線，稱為拉伸圖或曲線，如圖所示。拉伸圖與試件原始尺寸有關(guān)，受原始尺寸的影響。為了消除原始尺寸的影響，獲得反映材料性質(zhì)的曲線，將F除以試件的原始橫截面積A，得正應(yīng)力，把除以L得應(yīng)變。以為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，于是得到與的關(guān)系曲線，稱為應(yīng)力應(yīng)變圖或曲線。由圖（圖）可見，整個(gè)拉伸變形過程可分為四個(gè)階段。圖圖圖5 （1）彈性階段 在拉伸的初始階段為一直線段，它表示應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，即。直線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱為材料的比例極限。低

2、碳鋼的比例極限。段圖線微彎，說明與不再是正比關(guān)系，而所產(chǎn)生的變形仍為彈性變形。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱為材料的彈性極限。由于與非常接近，因此工程上常不予區(qū)別，并多用代替。 （2）屈服階段 當(dāng)由b點(diǎn)逐漸發(fā)展到c點(diǎn)，然后再由c至c點(diǎn)，表明應(yīng)力幾乎不增加而變形急劇增加，這種現(xiàn)象稱為屈服或流動(dòng)，稱為屈服階段。對(duì)應(yīng)c點(diǎn)的應(yīng)力值稱為材料的屈服點(diǎn)。低碳鋼的240。材料屈服時(shí)，所產(chǎn)生的變形是塑性變形。當(dāng)材料屈服時(shí)，在試件光滑表面上可以看到與桿軸線成的暗紋（圖），這是由于材料最大剪應(yīng)力作用面產(chǎn)生滑移造成的，故稱為滑移線。 （3）強(qiáng)化階段 經(jīng)過屈服后，圖線由上升到d點(diǎn)，這說明材料又恢復(fù)了對(duì)變形的抵抗能力。若繼續(xù)變形，

3、必須增加應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為強(qiáng)化。段稱為強(qiáng)化階段。最高點(diǎn)d所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為材料的強(qiáng)度極限。低碳鋼的強(qiáng)度極限。 （4）局部變形階段 當(dāng)圖線經(jīng)過d點(diǎn)后，試件的變形集中在某一局部范圍內(nèi)，橫截面尺寸急劇縮?。▓D），產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象。由于縮頸處橫截面顯著減小，使得試件繼續(xù)變形的拉力反而減小，直至e點(diǎn)試件被拉斷。段稱為局部變形階段。圖圖 2鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 從灰鑄鐵拉伸時(shí)的曲線（圖）可以看出，從開始至試件拉斷，應(yīng)力和應(yīng)變都很小，沒有屈服階段和縮頸現(xiàn)象，沒有明顯的直線段。在工程實(shí)際中，當(dāng)曲線的曲率很小時(shí)，常以直線代替曲線，近似地認(rèn)為材料服從胡克定律。直線的斜率 ，稱為彈性模量。拉斷時(shí)的最大應(yīng)力為材料的強(qiáng)度極限

4、。由于脆性材料的抗拉強(qiáng)度很低，不易用作受拉桿件的材料。 例 鋼螺栓長(zhǎng) ，擰緊時(shí)伸長(zhǎng) ，已知應(yīng)力未超過比例 極限，求螺栓的應(yīng)變與應(yīng)力。 解： 鋼 MPaE5102410415006. 0llMPaE8010410245mml150mml06. 0 3材料壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 圖3-10為低碳鋼壓縮時(shí)的曲線。將此圖與低碳鋼拉伸的曲線相比較（虛線所示），在屈服階段前，彈性模量E、比例極限、屈服點(diǎn)與拉伸時(shí)基本一致。屈服階段后，試件越壓越扁，曲線上升不到強(qiáng)度極限（圖）。鑄鐵壓縮時(shí)的曲線與鑄鐵拉伸時(shí)的曲線相比（虛線所示），其抗壓強(qiáng)度極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拉強(qiáng)度極限（約倍）。壓壞時(shí)，其斷口與軸線約成，表明鑄鐵壓縮時(shí)沿斜截

5、面相對(duì)錯(cuò)動(dòng)而斷裂。由于脆性材料抗壓強(qiáng)度很高，常用于受壓桿件。 圖圖圖四、許用應(yīng)力和安全系數(shù) 在研究材料的力學(xué)性質(zhì)時(shí)知道，當(dāng)材料受到拉壓作用達(dá)到或超過材料的極限應(yīng)力時(shí)，材料就會(huì)產(chǎn)生塑性變形或斷裂，為了保證桿件的安全，必須使桿件在載荷作用下工作的最大應(yīng)力低于材料的極限應(yīng)力。極限應(yīng)力降低到一定程度，這個(gè)應(yīng)力值稱為材料的許用應(yīng)力。許用應(yīng)力值可由極限應(yīng)力除以一個(gè)大于1的系數(shù)而得到。在強(qiáng)度計(jì)算中，規(guī)定允許的最大應(yīng)力是極限應(yīng)力除以一個(gè)大于1的系數(shù)n。用表示，即 /（） /（） 式中，n安全系數(shù)，它反映了桿件必要的強(qiáng)度儲(chǔ)備。在工程實(shí)際中，靜載時(shí)塑性材料一般取安全系數(shù)n1225，對(duì)脆性材料取。安全系數(shù)也反映了經(jīng)濟(jì)與安全之間的矛盾關(guān)系。取值過大，許用應(yīng)力過低，造成材料浪費(fèi)。反之，取值過小，安全得不到保證。塑性材料一般取屈服點(diǎn)作為極限應(yīng)力；脆性材料取強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力。五、拉伸與壓縮時(shí)的強(qiáng)度校核 為了保證桿件安全可靠地正常工作，必須使用桿件的最大工作應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，即/ （） 若已知桿件尺寸、載荷及材料的許用應(yīng)力，可用式（）檢驗(yàn)桿件強(qiáng)度是否滿足要求。 例例 圖所示的拉桿