第7章拉伸與壓縮工程力學（材料力學）EngineeringMechanics(mechanicsofmaterials)知識點6：低碳鋼與鑄鐵拉伸與壓縮時的力學性能

知識點6：低碳鋼和鑄鐵受拉伸和壓縮時的力學性能1.材料的拉伸和壓縮試驗拉伸試樣（1）圓截面試樣：l=10d或

l=5d（工作段長度）。（2）矩形截面試樣：或。

壓縮試樣（1）圓截面短柱（用于測試金屬材料的力學性能）（2）正方形截面短柱（用于測試非金屬材料的力學性能）實驗設備（萬能試驗機）試驗設備：（1）萬能試驗機：強迫試樣變形并測定試樣的抗力。（2）變形儀：將試樣的微小變形放大后加以顯示的儀器。2.低碳鋼試樣的拉伸圖及低碳鋼的力學性能（1）拉伸圖縱坐標——試樣的抗力F（通常稱為荷載）橫坐標——試樣工作段的伸長量（2）低碳鋼試樣在整個拉伸過程中的四個階段①階段Ⅰ——彈性階段變形完全是彈性的，且Δl與F成線性關系，即此時材料的力學行為符合胡克定律。②階段Ⅱ——屈服階段在此階段伸長變形急劇增大，但抗力只在很小范圍內(nèi)波動。此階段產(chǎn)生的變形是不可恢復的所謂塑性變形；在拋光的試樣表面上可見大約與軸線成45°的滑移線（

，當α=±45°時τa的絕對值最大）。③階段Ⅲ——強化階段卸載及再加載規(guī)律若在強化階段卸載，則卸載過程中F－Δl關系為直線?？梢娫趶娀A段中，Δl=Δle+Δlp。卸載后立即再加載時，F(xiàn)－Δl關系起初基本上仍為直線(cb)，直至當初卸載的荷載——冷作硬化現(xiàn)象。試樣重新受拉時其斷裂前所能產(chǎn)生的塑性變形則減小。④階段Ⅳ——局部變形階段試樣上出現(xiàn)局部收縮——頸縮，并導致斷裂。低碳鋼的應力—應變曲線(s

－e曲線)為消除試件尺寸的影響，將低碳鋼試樣拉伸圖中的縱坐標和橫坐標換算為應力s和應變e，即其中：A——試樣橫截面的原面積，l——試樣工作段的原長。低碳鋼s－e曲線上的特征點：（1）比例極限sp(proportionallimit)（2）彈性極限se(elasticlimit)（3）屈服極限ss(屈服的低限)(yieldlimit)（4）強度極限sb(拉伸強度)(ultimatestrength)Q235鋼的主要強度指標：ss=240MPa，sb=390MPa低碳鋼拉伸試件低碳鋼拉伸破壞演示低碳鋼拉伸破壞斷口低碳鋼的塑性指標：（2）斷面收縮率：式中A1為斷口處最小橫截面面積。Q235鋼：y≈60%。

（通常d

>5%的材料稱為塑性材料）（1）伸長率Q235鋼：注意：（1）低碳鋼的ss，sb都還是以相應的抗力除以試樣橫截面的原面積所得，實際上此時試樣直徑已顯著縮小，因而它們是名義應力。

（2）低碳鋼的強度極限sb是試樣拉伸時最大的名義應力，并非斷裂時的應力。（3）超過屈服階段后的應變還是以試樣工作段的伸長量除以試樣的原長而得，因而是名義應變（工程應變）。（4）伸長率是把拉斷后整個工作段的均勻塑性伸長變形和頸縮部分的局部塑性伸長變形都包括在內(nèi)的一個平均塑性伸長率。標準試樣所以規(guī)定標距與橫截面面積(或直徑)之比，原因在此。3.其他金屬材料在拉伸時的力學性能材料錳鋼強鋁退火球墨鑄鐵彈性階段√√√屈服階段×××強化階段√√√局部變形階段×√√伸長率>5%>5%>5%割線彈性模量:

用于基本上無線彈性階段的脆性材料。脆性材料拉伸時的唯一強度指標：

b基本上就是試樣拉斷時橫截面上的真實應力。鑄鐵拉伸時的應力應變曲線4.金屬材料在壓縮時的力學性能（1）低碳鋼拉、壓時的ss基本相同低碳鋼壓縮時s-e的曲線（2）低碳鋼材料軸向壓縮時的試驗現(xiàn)象（1）鑄鐵壓縮時的sb和d均比拉伸時大得多；（2）不論拉伸和壓縮時在較低應力下其力學行為也只近似符合胡克定律?；铱阼T鐵壓縮時的s-e曲線（1）試樣沿著與橫截面大致成50°~55°的斜截面發(fā)生錯動而破壞。（2）材料依在常溫（室溫）、靜荷載（徐加荷載）下由拉伸試驗所得伸長率區(qū)分為塑性材料和脆性材料。鑄鐵壓縮破壞斷口拉壓破壞試件5.

幾種非金屬材料的力學性能（了解）（1）混凝土壓縮時的力學性能使用標準立方體試塊測定端面潤滑時的破壞形式端面未潤滑時的破壞形式壓縮強度sb及破壞形式與端面潤滑情況有關。以s－e曲線上s

=0.4sb的點與原點的連線確定“割線彈性模量”。混凝土的標號系根據(jù)其壓縮強度標定，如C20混凝土是指經(jīng)28天養(yǎng)護后立方體強度不低于20MPa的混凝土。壓縮強度遠大于拉伸強度。木材的力學性能具有方向性，為各向異性材料。如認為木材任何方面的力學性能均可由順紋和橫紋兩個相互垂直方向的力學性能確定，則又可以認為木材是正交異性材料。松木在順紋拉伸、壓縮和橫紋壓縮是的s

－e曲線如圖。（2）木材拉伸和壓縮時的力學性能木材的橫紋拉伸強度很低（圖中未示），工程中也避免木