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1、第一章 材料的拉伸性能1.1前言1、拉伸性能:通過拉伸試驗可測材料的彈性、強度、延性、應(yīng)變硬化和韌度等重要的力學(xué)性能指標，它是材料的基本力學(xué)性能。2、拉伸性能的作用、用途：a.在工程應(yīng)用中，拉伸性能是結(jié)構(gòu)靜強度設(shè)計的主要依據(jù)之一。b.提供預(yù)測材料的其它力學(xué)性能的參量，如抗疲勞、斷裂性能。（研究新材料，或合理使用現(xiàn)有材料和改善其力學(xué)性能時，都要測定材料的拉伸性能）3、本章內(nèi)容實驗條件：光滑試件 室溫大氣介質(zhì)單向單調(diào)拉伸載荷研究內(nèi)容：測定不同變形和硬化特性的材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和拉伸性能參數(shù)。了解不同材料的性質(zhì)1.2拉伸試驗1.
2、拉伸試件的形狀和尺寸常用的拉伸試件:為了比較不同尺寸試樣所測得的延性,要求試樣的幾何相似，l0／A01/2要為一常數(shù)．其中A0為試件的初始橫截面積。光滑圓柱試件:試件的標距長度l0比直徑d0要大得多；通常，l0=5d0或l0=10d0板狀試件:試件的標距長度l0應(yīng)滿足下列關(guān)系式：l0=5.65A01/2或11.3A01/2；具體標準：GB6397－862.拉伸實驗中注意的問題a.拉伸加載速率較低,俗稱靜拉伸試驗。嚴格按照國家標準進行拉伸試驗，其結(jié)果方為有效，由不同的實驗室和工作人員測定的拉伸性能數(shù)據(jù)才可以互相比較。b.拉伸試
3、驗機帶有自動記錄或繪圖裝置，記錄或繪制試件所受的載荷P和伸長量Δl之間的關(guān)系曲線;圖1-2低碳鋼的拉伸圖圖1-2低碳鋼的工程應(yīng)力一工程應(yīng)變曲線拉伸圖拉伸曲線拉伸圖----加載后標距間的長度變化量?l?載荷P關(guān)系曲線拉伸曲線----應(yīng)力?應(yīng)變曲線工程應(yīng)力――載荷除以試件的原始截面積即得工程應(yīng)力，σ=P／A0工程應(yīng)變――伸長量除以原始標距長度即得工程應(yīng)變ε，ε=Δl／l01．3典型的拉伸曲線1、材料分類：按材料在拉伸斷裂前是否發(fā)生塑性變形，將材料分為脆性材料和塑性材料兩大類。脆性材料在拉伸斷裂前不產(chǎn)生塑性變形,只發(fā)生彈性變形；塑
4、性材料在拉伸斷裂前會發(fā)生不可逆塑性變形。高塑性材料在拉伸斷裂前不僅產(chǎn)生均勻的伸長，而且發(fā)生頸縮現(xiàn)象，且塑性變形量大。低塑性材料在拉伸斷裂前只發(fā)生均勻伸長，不發(fā)生頸縮，且塑性變形量較小。2、典型的拉伸曲線??s=?0.2???s?beeeeee1．4拉伸性能彈性模量E:單純彈性變形過程中應(yīng)力與應(yīng)變的比值。屈服強度?s：對于拉伸曲線上有明顯的屈服平臺的材料，塑性變形硬化不連續(xù)，屈服平臺所對應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強度，記為?s?s=Ps/A0對于拉伸曲線上沒有屈服平臺的材料，塑性變形硬化過程是連續(xù)的，此時將屈服強度定義為產(chǎn)生0.2%殘余
5、伸長時的應(yīng)力，記為σ0.2?s=σ0.2=P0.2/A0抗拉強度?b：定義為試件斷裂前所能承受的最大工程應(yīng)力，以前稱為強度極限。取拉伸圖上的最大載荷，即對應(yīng)于b點的載荷除以試件的原始截面積，即得抗拉強度之值，記為σbσb=Pmax／A0延伸率?：材料的塑性常用延伸率表示。測定方法如下：拉伸試驗前測定試件的標距L0，拉伸斷裂后測得標距為Lk，然而按下式算出延伸率斷面收縮率ψ：斷面收縮率ψ是評定材料塑性的主要指標。1．5脆性材料的拉伸力學(xué)行為脆性材料在拉伸載荷下的力學(xué)行為可用虎克定律來描述。在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即?
6、=E·e無機玻璃、陶瓷以及一些處于低溫下的脆性金屬材料，在拉伸斷裂前只發(fā)生彈性變形，而不發(fā)生塑性變形，其拉伸曲線如圖1-3(a)所示。在拉伸時，試件發(fā)生軸向伸長，也同時發(fā)生橫向收縮。將縱向應(yīng)變el與橫(徑)向應(yīng)變er之負比值表示為υ，即υ=-er/el，υ稱為波桑比(Poisson’sratio),它也是材料的彈性常數(shù)。脆性材料在拉伸載荷下的力學(xué)性能可用兩個力學(xué)參數(shù)表征：即彈性模量和脆性斷裂強度。1．6塑性材料的拉伸力學(xué)行為當塑性材料所受的應(yīng)力低于彈性極限，其力學(xué)行為可近似地用虎克定律加以表述。當材料所受的應(yīng)力高于彈性極限，
7、虎克定律不再適用。此時，材料的變形既有彈性變形又有塑性變形，進入彈塑性變形階段，其力學(xué)行為需要用彈-塑性變形階段的數(shù)學(xué)表達式，或稱本構(gòu)方程加以表述。真應(yīng)力—真應(yīng)變的定義：設(shè)L0=100，L=110，則真應(yīng)力：真應(yīng)變：若設(shè)L0=100，L0＝101，L0＝102，……L10=110，則e1=1%,e2=0.99%,e3=0.98%,……e10=0.917%e1+e2+e3＋……＋e10<10%在彈-塑性變形階段，只有真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線才能描述材料的力學(xué)形為。絕大多數(shù)金屬材料在室溫下屈服后，要使塑性變形繼續(xù)進行，必須不斷增大應(yīng)力
8、，所以在真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為流變應(yīng)力不斷上升。這種現(xiàn)象稱為形變強化。Hollomon方程：金屬材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線可用不同的方程表示，但常用的是下列方程S=K·εpn上式也稱為Hollomon方程。式中εp為真應(yīng)變的塑性分量，n為應(yīng)變硬化指數(shù)，K為強度系數(shù)，即εp=1時的其應(yīng)力值
