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1、材料在拉伸和压缩 时的力学性能,第25讲,材料在拉伸和压缩时的力学性能,不同材料在受力时表现出的力学性能各不相同。材料的力学性能由试验测定。低碳钢(含碳量不大于0.25的碳素钢)和铸铁是在力学性能上具有代表性的材料,本节主要介绍这两种材料在常温、静载条件下轴向拉伸和压缩时的力学性能。,一、材料在拉伸时的力学性能,按照国家标准金属拉伸试验试样(GB639786)制成标准试件(图6-7)。试件的几何形状和受力条件都符合轴向拉伸的要求。两端加粗是便于夹装和避免在装夹部位发生破坏。在试件的等直部分划上两条相距为l的横线,横线之间的部分作为测量变形的工作段,称为标距。规定圆截面试件的l 10d(长试件)
2、,或l=5d(短试件),d为工作段的直径。,1、拉伸试验,标准试件和试验设备,拉伸试验一般在万能试验机上进行,它可以对试件加载,可以测力并自动记录力与变形的关系曲线。,一、材料在拉伸时的力学性能,1、拉伸试验,将低碳钢试件装在试验机上,缓慢加载,由测力装置随时可以读出试件所承受的拉力,自动记录装置绘出试件受力和试件伸长量关系的曲线(图6-8a),该曲线称为试件的拉伸图。将拉力除以试件横截面的原面积A,作为试件工作段的正应力,将试件的伸长量除以工作段的原长,代表试件工作段的轴向线应变。按一定的比例将拉伸图转换为与关系的曲线(图6-8b),该曲线称为应力应变曲线或 曲线。,低碳钢试件的拉伸图和应力
3、应变曲线,一、材料在拉伸时的力学性能,1、拉伸试验,图6-11绘出了灰铸铁在拉伸时的 曲线,没有直线部分,无屈服和颈缩现象,试件拉断时的变形极小。断裂时的应力为强度极限,它是灰铸铁唯一的强度指标。一般可近似地将 曲线的绝大部分看作直线,并认为在这个范围内材料符合胡克定律。,(2)铸铁,二、材料在压缩时的力学性能,金属材料压缩试验用圆柱形试件,试件的高为直径的1.53倍。非金属材料(如混凝土、石料等)试件为立方块。,压缩试验,1低碳钢的压缩试验,图6-12绘出了低碳钢压缩试验的 曲线,与拉伸试验的 曲线比较,在屈服阶段以前,两条线基本重合。即低碳钢压缩时的比例极限、屈服极限、弹性模量均与拉伸时相
4、同。过了屈服极限之后,试件越压越扁,压力增加,受压面积也增加,试件不会被压裂,测不出强度极限。因此,低碳钢的力学性能指标通过拉伸试验都可以测定。,二、材料在压缩时的力学性能,铸铁压缩破坏时,破坏面大致与轴线成45角。铸铁压缩破坏是被剪断的。,1低碳钢的压缩试验,2铸铁的压缩试验,图6-11绘出了铸铁压缩试验时的 曲线,与拉伸试验的 曲线比较,曲线相似,但压缩时的强度极限及塑性应变都比拉伸时大得多。故脆性材料宜作受压构件。,三、材料的力学性能指标,图6-13(a)所示试件的原始形状和尺寸l(标距),图6-13(b)被拉断之后拼合在一起的形状和尺寸l1。标距范围内残留的塑性变形量与标距的百分比称为断后伸长率,用表示。,1.弹性指标,弹性模量E。反映材料抵抗拉、压弹性变形的能力。,泊松比(横向变形系数)。反映材料弹性范围内变形时,横向变形程度与纵向变形程度的关系。,2.塑性指标,%,三、材料的力学性能指标,1.弹性指标:,2.塑性指标:,弹性模量E、,泊松比,断后伸长率,断面收缩率,工程上一般将5的材料称为塑性材科,将5的材料称为脆性材料。,屈服极限s:塑性材料的极限应力,3.强度指标,强度极限b:脆性材料的极限应力,%,%,