材料在拉伸和压缩时的力学性能

材料在拉伸和压缩时的力学性能第25讲授课日期班级章节及课题材料在拉伸和压缩时的力学性能复习旧课要点斜截面上的应力本讲教学目的与要求区分低碳钢和铸铁的力学性能。教学设计（方法、教具、手段、内容）运用多媒体讲授。教学重点和难点低碳钢的拉伸图的区分。课外作业6.16，6.17课后记录低碳钢的拉压性能和铸铁的性能比较模糊。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》(GB6397—86)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)，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。Ad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σ与ε关系的曲线(图6-8b)，该曲线称为应力~应变曲线或σ~ε曲线。⑴低碳钢试件的拉伸图和应力~应变曲线FΔOO1F1ABCFDEσpσeσsσbσε3530252015105o50010001500黄铜铝合金A3钢45号钢35CrMnSiOO1F1ABCFDEσpσeσsσbσεσ(MPa)ε(%)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σ~ε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σ~ε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1.5~3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σ~ε曲线，与拉伸试验的σ~ε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。压缩拉伸FPFPεσ低碳钢o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σ~ε曲线，与拉伸试验的σ~ε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。10020030040012345FPFPσ(MPa)ε(%)压缩拉伸铸铁o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δ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μ(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1001lll%dAA1(a)(b)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μ断后伸长率δ断面收缩率ψ工程上一般将δ＞5％的材料称为塑性材科，将δ＜5％的材料称为脆性材料。屈服极限σs:塑性材料的极限应力3.强度指标强度极限σb：脆性材料的极限应力1001lll%1001AAA%