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1、2-7 材料在拉伸和压缩时的力学性能,力学性能,材料受力时在强度和变形方面所表现出来的性能。,力学性能取决于,内部结构,外部环境,由试验方式获得,本节讨论的是常温、静载、轴向拉伸（或压缩）变形条件下的力学性能。,试验条件：常温(20)；静载（及其缓慢地加载）试件：,、材料的拉伸和压缩试验,试验仪器：万能材料试验机,、低碳钢试样的拉伸图及低碳钢的力学性能,1、拉伸图,四个阶段：,(1)弹性阶段,(2)屈服阶段,(3)强化阶段,(4)局部变形阶段,为了消除掉试件尺寸的影响，将试件拉伸图转变为材料的应力应变曲线图。,图中：,A 原始横截面面积 名义应力,l 原始标距 名义应变,2、拉伸过程四个阶段的
2、变形特征及应力特征点：,(1)、弹性阶段OB,此阶段试件变形完全是弹性的，且与成线性关系,E 线段OA的斜率,比例极限p 对应点A,弹性极限e 对应点B,(2)、屈服阶段,此阶段应变显著增加，但应力基本不变屈服现象。,产生的变形主要是塑性的。,抛光的试件表面上可见大约与轴线成45 的滑移线。,屈服极限 对应点D（屈服低限）,(3)、强化阶段,此阶段材料抵抗变形的能力有所增强。,强度极限b 对应点G(拉伸强度)，最大名义应力,此阶段如要增加应变，必须增大应力,材料的强化,强化阶段的卸载及再加载规律,若在强化阶段卸载，则卸载过程 s-e 关系为直线。,立即再加载时，s-e关系起初基本上沿卸载直线(
3、cb)上升直至当初卸载的荷载，然后沿卸载前的曲线断裂冷作硬化现象。,ee_ 弹性应变,ep 残余应变（塑性）,冷作硬化对材料力学性能的影响,p,b,不变,ep,(4)、局部变形阶段,试件上出现急剧局部横截面收缩颈缩，直至试件断裂。,伸长率,断面收缩率：,A1 断口处最小横截面面积。,（平均塑性伸长率）,Q235钢的主要强度指标：,Q235钢的塑性指标：,Q235钢的弹性指标：,通常 的材料称为塑性材料；,的材料称为脆性材料。,3、低碳钢拉伸破坏断面,、其他金属材料在拉伸时的力学性能,锰钢没有屈服和局部变形阶段,强铝、退火球墨铸铁没有明显屈服阶段,共同点：,d 5%，属塑性材料,无屈服阶段的塑性
4、材料，以sp0.2作为其名义屈服极限，称为规定非比例伸长应力或屈服强度。,sp0.2,对应于ep=0.2%时的应力值,灰口铸铁轴向拉伸试验,灰口铸铁在拉伸时的s e 曲线,特点：1、s e 曲线从很低应力水平开始就是曲线；采用割线弹性模量2、没有屈服、强化、局部变形阶段，只有唯一拉伸强度指标sb3、伸长率非常小，拉伸强度sb基本上就是试件拉断时横截面上的真实应力。,典型的脆性材料,铸铁试件在轴向拉伸时的破坏断面：,1、压缩试样,圆截面短柱体,正方形截面短柱体,、金属材料在压缩时的力学性能,2、低碳钢压缩时s e 的曲线,特点：1、低碳钢拉、压时的ss以及弹性模量E基本相同。2、材料延展性很好，
5、不会被压坏。,特点：1、压缩时的sb和d 均比拉伸时大得多，宜做受压构件；2、即使在较低应力下其s e 也只近似符合胡克定律;3、试件最终沿着与横截面大致成 50 55 的斜截面发生错动而破坏。,3、灰口铸铁压缩时的s e 曲线,、几种非金属材料的力学性能,1、混凝土：拉伸强度很小，结构计算时一般不加以考虑;使用标准立方体试块测定其压缩时的力学性能。,特点:(1)、直线段很短，在变形不大时突然断裂；(2)、压缩强度sb及破坏形式与端面润滑情况有关；(3)、以s e 曲线上s=0.4sb的点与原点的连线确定“割线弹性模量”。,2、木材,木材属各向异性材料,其力学性能具有方向性,亦可认为是正交各向
6、异性材料,其力学性能具有三个相互垂直的对称轴,特点：1、顺纹拉伸强度很高，但受木节等缺陷的影响波动；2、顺纹压缩强度稍低于顺纹拉伸强度，但受木节等缺陷的影响小。3、横纹压缩时可以比例极限作为其强度指标。4、横纹拉伸强度很低，工程中应避免木材横纹受拉。,松木顺纹拉伸、压缩和横纹压缩时的s e 曲线,许用应力 s 和弹性模量 E 均应随应力方向与木纹方向倾角不同而取不同数值。,3、玻璃钢,玻璃纤维的不同排列方式,玻璃纤维与热固性树脂粘合而成的复合材料,力学性能,玻璃纤维和树脂的性能,玻璃纤维和树脂的相对量,材料结合的方式,纤维单向排列的玻璃钢沿纤维方向拉伸时的s e曲线,特点：1、直至断裂前s e
7、 基本是线弹性的；2、由于纤维的方向性，玻璃钢的力学性能是各向异性的。,2-8 应力集中的概念,应力集中,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。,截面尺寸变化越剧烈，应力集中就越严重。,理论应力集中因数：,具有小孔的均匀受拉平板,下标ts 表示是对应于正应力的理论应力集中因数,snom 截面突变的横截面上smax作用点处的名义应力；轴向拉压时为横截面上的平均应力。,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,荷载增大进入弹塑性,极限荷载,弹性阶段,均匀的脆性材料或塑性差的材料,非均匀的脆性材料，如铸铁,塑性材料、静荷载,不考虑应力集中的影响,要考虑应力集中的影响,动荷载,
