材料力学第二章46机械性质

•材料的机械性质通过试验测定，通常为常温静载试验。试验方法应按照国家标准进行。国家标准规定《金属拉伸试验方法》（GB228—2002)LL=10dL=5d对圆截面试样：对矩形截面试样：0011.3lA005.65lA国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形式也作了详细规定当l=10d时的试件称为长试件，为推荐尺寸当l=5d时的试件称为短试件，为材料尺寸不足时使用标准试件液压式材料试验机材料的力学性能在材料试验机上进行测试。材料试验机的式样有很多，但大多为机械传动或液压传动。电子拉力试验机20kN试验机10kN试验机电子拉力试验机PP拉伸图：P~ΔL曲线应力－应变曲线：s~e曲线L0σεPΔLsP/A0eΔL/L0一、低碳钢拉伸时的力学性能σεO名义应力(Nominalstress)比例极限σP弹性阶段Elasticstage弹性极限σeBA屈服应力σsC真应力(Truestress)F局部化阶段Localizationstage断裂E强化阶段Hardeningstage强度极限σbD屈服阶段YieldingstageOs%eaPsbescSsdbs①弹性阶段ps—比例极限es—弹性极限esE虎克定律tgE弹性摸量Pss（）时成立②屈服阶段ss—屈服极限③强化阶段bs—强度极限④局部变形阶段e塑性材料的卸载(unloading)过程Oσε残余(塑性)应变重新加载(reloading)弹性回复α卸载α卸载加载加载lPspsesssbpeeeeseabcdef's'eeeepe卸载定律冷作硬化材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。称为：卸载定律。在常温下把材料冷拉到强化阶段，然后卸载，当再次加载时，材料的比例极限提高而塑性降低。这种现象称为冷作硬化。延伸率(Percentelongation)1100%LLL截面收缩率(Percentreductioninarea)1100%AAA与表征材料破坏后的塑性变形程度。与试件的原始尺寸L/d有关；与试件的原始尺寸无关。塑性材料脆性材料5%5%在工程中按区分塑性材料和脆性材料韧性指标:L1A1注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变εp应变实质就是延伸率δ按照国家标准规定，取对应于试件产生0.2%的塑性应变(εp=0.2%)的应力作为屈服点,称为“条件屈服点”,用σ0.2表示名义屈服应力。“名义屈服应力”σ0.20.2s有些塑性材料(如:铝合金)没有明显的屈服平台。σε由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。bσε0.2%o与σ－ε曲线相交点对应的应力即为σ0.2.2.0s确定的方法是:在ε轴上按刻度取0.2％（即：0.002）的点,对此点作平行于σ－ε曲线的直线段的直线(斜率亦为E),合金钢20Cr高碳钢T10A螺纹钢16Mn低碳钢A3黄铜H62二、其它塑性金属材料的拉伸曲线特点：无屈服过程无塑性变形无塑性指标σb是衡量脆性材料强度的唯一指标。三、脆性材料的拉伸性能试件：金属材料－短圆柱混凝土、石料－立方体dLbbLL/d(b):1---3国家标准规定《金属压缩试验方法》（GB7314—87)§2–5材料压缩的机械性能低碳钢压缩压缩时由于横截面面积不断增加，试样横截面上的应力很难达到材料的强度极限，因而不会发生颈缩和断裂。塑性材料的压缩强度与拉伸强度相当:(σS)t≈(σS)c脆性材料的压缩强度远大于拉伸强度:(σb)c(σb)t几种非金属材料的力学性能混凝土木材机械性能思考题123三种材料的应力应变曲线如图，用这三种材料制成同尺寸拉杆，请回答如下问题：哪种强度最好？哪种刚度最好？哪种塑性最好？请说明理论依据？se塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。试判断以下结论哪一个是正确的：（A）屈服应力提高，弹性模量降低；（B）屈服应力提高，塑性降低；（C）屈服应力不变，弹性模量不变；（D）屈服应力不变，塑性不变。正确答案是（）低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：（A）比例极限；（B）屈服极限；（C）强度极限；（D）弹性极限。正确答案是（）BB根据图示三种材料拉伸时的应力－应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：（A）强度极限σｂ（1）＝σｂ（2）＞σｂ（3）；弹性模量E（1）＞E（2）＞E（3）；延伸率δ（1）＞δ（2）＞δ（3）；（B）强度极限σｂ（2）＞σｂ（1）＞σｂ（3）；弹性模量E（2）＞E（1）＞E（3）；延伸率δ（1）＞δ（2）＞δ（3）；（C）强度极限σｂ（3）＝σｂ（1）＞σｂ（2）；弹性模量E（3）＞E（1）＞E（2）；延伸率δ（3）＞δ（2）＞δ（1）；（D）强度极限σｂ（1）＝σｂ（2）＞σｂ（3）；弹性模量E（2）＞E（1）＞E（3）；延伸率δ（2）＞δ（1）＞δ（3）；正确答案是（）B关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：（A）应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（B）应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；（C）应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；（D）应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。正确答案是（）C关于有如下四种论述，请判断哪一个是正确的：（A）弹性应变为0.2%时的应力值；（B）总应变为0.2%时的应力值；（C）塑性应变为0.2%时的应力值；（D）塑性应变为0.2时的应力值。正确答案是（）2.0sC低碳钢加载→卸载→再加载路径有以下四种，请判断哪一个是正确的：（A）OAB→BC→COAB；（B）OAB→BD→DOAB；（C）OAB→BAO→ODB；（D）OAB→BD→DB。正确答案是（）D关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的：（A）脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力；（B）脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（C）塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力；（D）脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。正确答案是（）A2、高温、常时工作的构件，会产生蠕变和松弛几个概念：1、高温对材料的力学性能有影响4、松弛(Relaxation)：应变保持不变，应力随时间增加而降低的现象3、蠕变(Creep)：应力保持不变，应变随时间增加而增加的现象§2－6*温度和时间对材料力学性能的影响一、应力速率对材料力学性能的影响2低碳钢Ose1静荷载动荷载020406080100320300280260240220200应力速率与屈服极限的关系ss(MPa)s(MPa/s)·总趋势:温度升高,E、sS、sb下降，、增大温度下降,sb增大、减小0100200300400500216177137700600500400300200100100908070605040302010E温度对低碳钢力学性能的影响二、短期静载下温度对材料力学性能的影响蓝脆点200017501500125010007505002500-200-100010020030040050060070080080706050403020100温度对铬锰合金力学性能的影响温度降低，塑性降低，强度极限提高P(kN)------0510153020100l(mm)纯铁------0510153020100P(kN)l(mm)中碳钢温度降低，sb增大，为什么结构会发生低温脆断？三、高温、长期静载下材料的力学性能金属材料的高温蠕变(Creep)（碳钢350ºC以上）BACDεtO构件的工作段不能超过稳定阶段etOABCDE不稳定阶段稳定阶段加速阶段破坏阶段e0材料的蠕变曲线温度越高蠕变越快应力越高蠕变越快s1s2s3s4温度不变1234ssss应力不变4321TTTTT1T2T3T4三、应力松弛（stressrelaxation）在一定的高温下，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——称为应力松弛温度不变123eeee2e1e3初应力越大松弛的初速率越大初始弹性应变不变321TTTT1T3T2温度越高松弛的初速率越大蠕变示意图P伸长量时间δ0t0随时间增加，伸长量在不变的载荷作用下继续增加的现象。静载P作用下的伸长量：δ0一细金属线预先有应变后保持不变，应力随时间增加而降低的现象。StressTimeσ0t0Wire松弛示意图四、冲击荷载下材料力学性能·冲击韧度·转变温度温度降低，sb增大，结构反而还发生低温脆断原因何在？温度降低，sb增大，但材料的冲击韧性下降且抗断裂能力基本不变，所以，结构易发生低温脆断试件1.冲击试验试件40554055101010102R0.52R1V型切口试样U型切口试样①“U”型口试件的冲击韧性：②“V”型口试件的冲击韧性：③冷脆：温度降低，冲击韧性下降的现象称为冷脆习题2-13，预习“材料力学实验讲义”