材料力學(xué)性能及測試力學(xué)性能準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能動態(tài)力學(xué)性能拉伸性能壓縮性能扭轉(zhuǎn)性能動態(tài)沖擊性能動態(tài)拉伸性能

拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)性能測試中最基本的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中的彈性變形、塑性變形、斷裂等各階段真實(shí)地反映了材料抵抗外力作用的全過程。它具有簡單易行、試樣便于制備等特點(diǎn)。通過這些實(shí)驗(yàn)可以得到描述材料基本力學(xué)性能的各項(xiàng)指標(biāo)。塑性材料和脆性材料力學(xué)性能比較:塑性材料斷裂前有很大塑性變形抗壓能力與抗拉能力相近延伸率δ>5%可承受沖擊載荷，適合于鍛壓和冷加工脆性材料斷裂前變形很小抗壓能力遠(yuǎn)大于抗拉能力延伸率δ<5%適合于做基礎(chǔ)構(gòu)件或外殼金屬材料的室溫拉伸國標(biāo)G/T228-2002

要反映同試件幾何尺寸無關(guān)的特性要標(biāo)準(zhǔn)化——

形狀尺寸試件的加工精度

試驗(yàn)條件

基本定義1、標(biāo)距（gaugelength）：測量伸長用的試樣圓柱或棱柱部分的長度。原始標(biāo)距(L0)：施力前的試樣標(biāo)距。斷后標(biāo)距(Lu)：試樣斷裂后的標(biāo)距2、平行長度(Lc)（parallellength）試樣兩頭部或兩夾持部分(不帶頭試樣)之間平行部分的長度3、伸長（elongation）試驗(yàn)期間任一時(shí)刻原始標(biāo)距(L0)的增量。原始標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距(L0)之比的百分率。斷后伸長率(A)：斷后標(biāo)距的殘余伸長(Lu-L0)與原始標(biāo)距(L0)之比的百分率。斷裂總伸長率(At)：斷裂時(shí)刻原始標(biāo)距的總伸長(彈性伸長加塑性伸長)與原始標(biāo)距(L0)之比的百分率。最大力伸長率：最大力時(shí)原始標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距(L0)之比的百分率。應(yīng)區(qū)分最大力總伸長率(Agt)和最大力非比例伸長率(Ag)。4、伸長率（percentageelongation）5、引伸計(jì)標(biāo)距(L,)（extensometergaugelength）用引伸計(jì)測量試樣延伸時(shí)所使用試樣平行長度部分的長度。測定屈服強(qiáng)度和規(guī)定強(qiáng)度性能時(shí)推薦人)7o/20測定屈服點(diǎn)延伸率和最大力時(shí)或在最大力之后的性能，推薦L，等于La或近似等于.6、延伸（extension）試驗(yàn)期間任一給定時(shí)刻引伸計(jì)標(biāo)距(L,)的增量。殘余延伸率：試樣施加并卸除應(yīng)力后引伸計(jì)標(biāo)距的延伸與引伸計(jì)標(biāo)距(L,)之比的a分率。非比例延伸率：試驗(yàn)中任一給定時(shí)刻引伸計(jì)標(biāo)距的非比例延伸與引伸計(jì)標(biāo)距(I,)之比的百分率總延伸率：試驗(yàn)中任一時(shí)刻引伸計(jì)標(biāo)距的總延伸(彈性延伸加塑性延伸)與引伸計(jì)標(biāo)距(I,)之比的百分率。屈服點(diǎn)延伸率(A,)：呈現(xiàn)明顯屈服(不連續(xù)屈服)現(xiàn)象的金屬材料，屈服開始至均勻加工硬化開始之間引伸計(jì)標(biāo)距的延伸與引伸計(jì)標(biāo)距(L)之比的百分率。7、斷面收縮率(Z)（percentagereductionofarea）斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量(S-S.)與原始橫截面積(So)之比的百分率8、最大力(Fm)（maximumforce）試樣在屈服階段之后所能抵抗的最大力。對于無明顯屈服(連續(xù)屈服)的金屬材料，為試驗(yàn)期間的最大力。9、應(yīng)力（stress）試驗(yàn)期間任一時(shí)刻的力除以試樣原始橫截面積(Se)之商?？估瓘?qiáng)度(Rm)：相應(yīng)最大力(Fm)的應(yīng)力。屈服強(qiáng)度：當(dāng)金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)，在試驗(yàn)期間達(dá)到塑性變形發(fā)生而力不增加的應(yīng)力點(diǎn)，應(yīng)區(qū)分上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。上屈服強(qiáng)度(R,H)：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。下屈服強(qiáng)度(R,_)：在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力。規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Rp):非比例延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。使用的符號應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率，例如Rp0.2，表示規(guī)定非比例延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。規(guī)定總延伸強(qiáng)度(Rt):總延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距百分率時(shí)的應(yīng)力。使用的符號應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率，例如Rt0.5，表示規(guī)定總延伸率為0.5%時(shí)的應(yīng)力。規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度(Rr):卸除應(yīng)力后殘余延伸率等于規(guī)定的引伸計(jì)標(biāo)距(Le)百分率時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力。使用的符號應(yīng)附以下腳注說明所規(guī)定的百分率。例如Rr0.2，表示規(guī)定殘余延伸率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。拉伸試樣1)圓形截面2)矩形截面l0=10d0l0=5d0l0tb或原始標(biāo)距(L0)的標(biāo)記應(yīng)用小標(biāo)記、細(xì)劃線或細(xì)墨線標(biāo)記原始標(biāo)距，但不得用引起過早斷裂的缺口作標(biāo)記。對于比例試樣，應(yīng)將原始標(biāo)距的計(jì)算值修約至最接近5mm的倍數(shù)，中間數(shù)值向較大一方修約。原始標(biāo)距的標(biāo)記應(yīng)準(zhǔn)確到土1%。如平行長度比原始標(biāo)距長許多，例如不經(jīng)機(jī)加工的試樣，可以標(biāo)記一系列套疊的原始標(biāo)距。有時(shí)，可以在試樣表面劃一條平行于試樣縱軸的線，并在此線上標(biāo)記原始標(biāo)距。試驗(yàn)速率上屈服強(qiáng)度：在彈性范圍和直至上屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)機(jī)夾頭的分離速率應(yīng)盡可能保持恒定并在規(guī)定的應(yīng)力速率的范圍內(nèi)。下屈服強(qiáng)度：若僅測定下屈服強(qiáng)度，在試樣平行長度的屈服期間應(yīng)變速率應(yīng)在0.00025/s--0.0025/s之間。平行長度內(nèi)的應(yīng)變速率應(yīng)盡可能保持恒定如不能直接調(diào)節(jié)這一應(yīng)變速率，應(yīng)通過調(diào)節(jié)屈服即將開始前的應(yīng)力速率來調(diào)整，在屈服完成之前不再調(diào)節(jié)試驗(yàn)機(jī)的控制。任何情況下，彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力速率不得超過規(guī)定的最大速率。測定抗拉強(qiáng)度Rm的試驗(yàn)速率塑性范圍：平行長度的應(yīng)變速率不應(yīng)超過0.008/s彈性范圍:如試驗(yàn)不包括屈服強(qiáng)度或規(guī)定強(qiáng)度的測定，試驗(yàn)機(jī)的速率可以達(dá)到塑性范圍內(nèi)允許的最大速率。低碳鋼拉伸力學(xué)性能線彈性階段冷作硬化頸縮階段強(qiáng)化階段屈服階段兩個(gè)塑性指標(biāo):伸長率:斷面收縮率:為塑性材料為脆性材料低碳鋼拉伸試驗(yàn)現(xiàn)象：屈服：頸縮：斷裂：tmax引起屈服點(diǎn)延伸率(Ae)的測定試驗(yàn)時(shí)記錄力-延伸曲線，直至達(dá)到均勻加工硬化階段。在曲線圖上，經(jīng)過屈服階段結(jié)束點(diǎn)劃一條平行于曲線的彈性直線段的平行線，此平行線在曲線圖的延伸軸上的截距即為屈服點(diǎn)延伸，屈服點(diǎn)延伸除以引伸計(jì)標(biāo)距得到屈服點(diǎn)延伸率。斷面收縮率(Z)的測定測量時(shí)，如需要，將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，使其軸線處于同一直線上。對于圓形橫截面試樣，在縮頸最小處相互垂直方向測量直徑，取其算術(shù)平均值計(jì)算最小橫截面積;對于矩形橫截面試樣，測量縮頸處的最大寬度和最小厚度，兩者之乘積為斷后最小橫截面積。原始橫截面積(S0)與斷后最小橫截面積(Su)之差除以原始橫截面積的百分率得到斷面收縮率。薄板和薄帶試樣、管材全截面試樣、圓管縱向弧形試樣和其他復(fù)雜橫截面試樣及直徑小于3mm試樣，一般不測定斷面收縮率。移位方法測定斷后伸長率原則上只有斷裂處與最接近的標(biāo)距標(biāo)記的距離不小于原始標(biāo)距的三分之一情況方為有效。為了避免由于試樣斷裂置位不符合上述規(guī)定的條件而必須報(bào)廢試樣，可以使用如下方法：a)試驗(yàn)前將原始標(biāo)距(La)細(xì)分為N等分。b)試驗(yàn)后，以符號X表示斷裂后試樣短段的標(biāo)距標(biāo)記，以符號Y表示斷裂試樣長段的等分標(biāo)記，此標(biāo)記與斷裂處的距離最接近于斷裂處至標(biāo)距標(biāo)記X的距離。如X與Y之間的分格數(shù)為n，按如下測定斷后伸長率:1)如N-n為偶數(shù),測量X與Y之間的距離和測量從Y至距離為?(N-n)個(gè)分格的Z標(biāo)記之間的距離。按照下式計(jì)算斷后伸長率:

2)如N-n為奇數(shù),測量X與Y之間的距離，和測量從Y至距離分別為?（N-n-1)和?(N-n+1)個(gè)分格的Z’和Z’’標(biāo)記之間的距離。按照下式計(jì)算斷后伸長率：

對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，用名義屈服極限Rp0.2來表示。塑性材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能：鑄鐵拉伸力學(xué)性能測定

對于脆性材料（鑄鐵），拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線為微彎的曲線，沒有屈服和徑縮現(xiàn)象，試件突然拉斷。為典型的脆性材料?！鞆?qiáng)度極限。它是衡量脆性材料（鑄鐵）拉伸的唯一強(qiáng)度指標(biāo)。鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能:金屬材料的室溫壓縮國標(biāo)G/T7314-2005aE=tgaO1O2f1(f)低碳鋼拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線D(ss下)(se)BC(ss上)A(sp)E(sb)gas(MPa)200400e0.10.2O低碳鋼壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線seOsb灰鑄鐵的拉伸曲線sb灰鑄鐵的壓縮曲線a=45o剪應(yīng)力引起斷裂引起破壞的有關(guān)因素：1)塑性材料拉伸:沿45°滑移線、屈服,與

max有關(guān)。2)脆性材料拉伸:沿橫截面拉斷，與

max有關(guān)。3)脆性材料壓縮:沿45°錯(cuò)開，與

max有關(guān)。

試件圓柱、正方形柱體、矩形板、帶凸耳板狀試件試樣尺寸測量

板狀及正方形柱體試樣厚度和寬度，須在試樣原始標(biāo)距中點(diǎn)處測量圓柱體試樣須在原始標(biāo)距中點(diǎn)處兩個(gè)相互垂直的方向上測量直徑，取其算術(shù)平均值。板狀試樣實(shí)際壓縮力(F)的測定試驗(yàn)時(shí)自動繪制的力一變形曲線，一般初始部分因受摩擦力影響而并非線性關(guān)系。當(dāng)力足夠大時(shí)，摩擦力達(dá)到一個(gè)定值，此后摩擦力不再進(jìn)一步影響力一變形曲線。用圖解法確定實(shí)際壓縮力(F)。在自動繪制的力一變形曲線圖上，沿彈性直線段，反延直線交原橫坐標(biāo)軸于O‘’，在原橫坐標(biāo)軸原點(diǎn)O’與O”的連線中點(diǎn)上，作垂線交反延的直線于O點(diǎn)，O點(diǎn)即為力一變形曲線的真實(shí)原點(diǎn)。過O點(diǎn)作平行原坐標(biāo)軸的直線，即為修正后的坐標(biāo)軸，實(shí)際壓縮力可在新坐標(biāo)系上直接判讀。金屬材料的室溫扭轉(zhuǎn)國標(biāo)GB10128-88一、試樣1、形狀：圓形或管形2、尺寸：圓形：推薦直徑10mm，標(biāo)距為50mm或100mm,平行長度為70mm或120mm;若采用其他直徑，則平行長度為標(biāo)距加上兩倍直徑管形：平行長度為標(biāo)距加上兩倍外直徑二、試樣尺寸測量三、試驗(yàn)條件圓形試樣在三個(gè)截面（兩端及中間）上，在相互垂直兩個(gè)方向各測量一次直徑，取其算術(shù)平均值表示該處直徑，取三處中算術(shù)平均值的最小值作為試樣計(jì)算直徑。溫度：室溫(10-35oC)扭轉(zhuǎn)速度：屈服前：6o-30o/min屈服后：不大于360o/min金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)TNS-EZ-3金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)TNS-EZ-10

兩種旋轉(zhuǎn)速度30、60轉(zhuǎn)/分可夾持線材長度500-300mm測定直徑為Ф3-Ф10mm旋轉(zhuǎn)速度：60;180;300轉(zhuǎn)/分直徑φ0.1～＜φ1.0mm可夾持線材長度大于200mm低碳鋼扭轉(zhuǎn)：低碳鋼試件在受扭的最初階段，扭矩Mn與扭轉(zhuǎn)角φ成正比關(guān)系，橫截面上剪應(yīng)力沿半徑線性分布。隨著扭矩Mn的增大，橫截面邊緣處的剪應(yīng)力首先達(dá)到剪切屈服極限且塑性區(qū)逐漸向圓心擴(kuò)展，形成環(huán)形塑性區(qū)，但中心部分仍是彈性的。試件繼續(xù)變形，屈服從試件表層向心部擴(kuò)展直到整個(gè)截面幾乎都是塑性區(qū)。在M-φ曲線上出現(xiàn)屈服平臺。試驗(yàn)機(jī)指針基本不動此時(shí)對應(yīng)的扭矩即為屈服扭矩MeL。隨后，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，變形增加，扭矩隨之增加，直到試件破壞為止。因扭轉(zhuǎn)無頸縮現(xiàn)象。所以，扭轉(zhuǎn)曲線一直上升而無下降情況，試件破壞時(shí)的扭矩即為最大扭矩Mm。鑄鐵扭轉(zhuǎn)：鑄鐵受扭時(shí)，在很小的變形下發(fā)生破壞。從扭轉(zhuǎn)開始直到破壞為止，扭矩Mn與扭轉(zhuǎn)角近似成正比關(guān)系，且變形很小。試件破壞時(shí)的扭矩即為最大扭矩Mm，可據(jù)此計(jì)算出扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限τm。斷口低碳鋼圓形試件的破壞斷面與曲線垂直，顯然是沿最大剪應(yīng)力的作用面發(fā)生斷裂，為剪應(yīng)力作用而剪斷。故低碳鋼材料的抗剪能力低于抗拉（壓）能力；鑄鐵圓形試件破壞斷面與軸線成45°螺旋面，破壞斷口垂直于最大拉應(yīng)σ1方向，斷面呈晶粒狀，這是正應(yīng)力作用下形成脆性斷口，故鑄鐵材料是當(dāng)最大拉應(yīng)力首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，在該截面發(fā)生拉斷破壞。動態(tài)力學(xué)及試驗(yàn)方法一、意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，動態(tài)力學(xué)試驗(yàn)方法總是在不斷更新與發(fā)展，無論從實(shí)用的或科學(xué)的觀點(diǎn)而論，它都是最重要的方法之一。動態(tài)數(shù)據(jù)在塑料作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用時(shí)特別重要，因這種方法很易測定性能隨溫度和頻率（或時(shí)間）的變化。在任何結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用中，材料的模量或硬度顯然是很重要的。但是，在塑料的應(yīng)用中，力學(xué)阻尼的重要性還沒有為大家所熟知或理解。在減少不需要的振動的影響中，當(dāng)將共振振幅減少到安全極限以內(nèi)時(shí)，以及在飛機(jī)、建筑等所有類型的結(jié)構(gòu)中阻抑音頻振動和噪音方面，高阻尼是主要的因素。阻尼在減少噪音和振動中的作用，可以用二種不同高聚物制成的桿或其他塑料物體落到硬地板上來作一印象深刻的對比：設(shè)一根桿是用低阻尼高聚物（如聚苯乙烯）制成，而另一根是用高阻尼高聚物（如硝酸纖維素）制成；當(dāng)桿落下時(shí)，低阻尼高聚物的桿將發(fā)出一種尖銳的響聲，而高阻尼高聚物的僅發(fā)出一種遲鈍的聲音。為了增加塑料的韌性和增加輪胎對路面的摩擦，高阻尼也是需要的。但是，高阻尼具有一些不良的作用。例如，高阻尼一般都會使尺寸穩(wěn)定性下降；在很多應(yīng)用中，當(dāng)長時(shí)間受到應(yīng)力時(shí)，高聚物能保持它的大小和形狀是很重要的。在輪胎中，高阻尼會使輪胎的工作溫度升高；這能引起橡膠很快降解并使輪胎過早破損。（高彈性）動態(tài)試驗(yàn)還有超過大多數(shù)其他力學(xué)試驗(yàn)的另一優(yōu)點(diǎn)，即試驗(yàn)可在短