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材料的力學(xué)性能知識解讀

材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學(xué)性能,是確定各種工程設(shè)計(jì)參數(shù)的主要依據(jù)。這些力學(xué)性能均需用標(biāo)準(zhǔn)試樣在材料試驗(yàn)機(jī)上按照規(guī)定的試驗(yàn)方法和程序測定,并可同時測定材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 


 低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線

 韌性材料

韌性材料:有彈性和塑性兩個階段。

 1、彈性階段的力學(xué)性能

 比例極限

應(yīng)力與應(yīng)變保持成正比關(guān)系的應(yīng)力最高限。當(dāng)應(yīng)力小于或等于比例極限時,應(yīng)力與應(yīng)變滿足胡克定律,即應(yīng)力與應(yīng)變成正比。

彈性極限

彈性階段的應(yīng)力最高限。在彈性階段內(nèi),載荷除去后,變形全部消失。這一階段內(nèi)的變形稱為彈性變形。絕大多數(shù)工程材料的比例極限與彈性極限極為接近,因而可近似認(rèn)為在全部彈性階段內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變均滿足胡克定律。

 彈性模量

彈性階段內(nèi),法應(yīng)力與線應(yīng)變的比例常數(shù)(E)。

 剪切彈性模量

彈性階段內(nèi),剪應(yīng)力與剪應(yīng)變的比例常數(shù)(G)。

 泊松比

垂直于加載方向的線應(yīng)變與沿加載方向線應(yīng)變之比(ν)。

 上述3種彈性常數(shù)之間滿足:

G=E/2(1+v)

 2、塑性階段的力學(xué)性能

 屈服強(qiáng)度

材料發(fā)生屈服時的應(yīng)力值。又稱屈服極限。屈服時應(yīng)力不增加但應(yīng)變會繼續(xù)增加。

 條件屈服強(qiáng)度

某些無明顯屈服階段的材料,規(guī)定產(chǎn)生一定塑性應(yīng)變量(例如0.2%)時的應(yīng)力值,作為條件屈服強(qiáng)度。應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度后再卸載,彈性變形將全部消失,但仍殘留部分不可消失的變形,稱為永久變形或塑性變形。

 強(qiáng)化與強(qiáng)度極限

應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度后,材料由于塑性變形而產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化,即增加應(yīng)變需繼續(xù)增加應(yīng)力。這一階段稱為應(yīng)變強(qiáng)化階段。強(qiáng)化階段的應(yīng)力最高限,即為強(qiáng)度極限。應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限后,試樣會產(chǎn)生局部收縮變形,稱為頸縮。

 延伸率(δ)與截面收縮率(ψ)

試樣拉斷后長度與橫截面積的改變量與加載前比值的百分?jǐn)?shù),即:

=(lb-l0)/l0×100%

ψ=(A0-Ab)/A0×100%

式中l(wèi)0、A0分別為試樣的標(biāo)距和標(biāo)距內(nèi)的面積;lb、Ab分別為拉斷后的標(biāo)距長度和斷口處的最小橫截面積。 

 脆性材料

對于脆性材料(δ≤5%),沒有明顯的屈服與塑性變形階段,試樣在變形很小時即被拉斷,這時的應(yīng)力值稱為強(qiáng)度極限。某些脆性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上也無明顯的直線階段,這時,胡克定律是近似的。彈性模量由應(yīng)力-應(yīng)變曲線的割線的斜率確定。 

 壓縮時,大多數(shù)工程韌性材料具有與拉伸時相同的屈服強(qiáng)度與彈性模量,但不存在強(qiáng)度極限。大多數(shù)脆性材料,壓縮時的力學(xué)性能與拉伸時有較大差異。例如鑄鐵壓縮時會表現(xiàn)出明顯的韌性,試樣破壞時有明顯的塑性變形,斷口沿約45°斜面剪斷,而不是沿橫截面斷裂;強(qiáng)度極限比拉伸時高4~5倍。 

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