低碳钢、铸铁的拉伸试验
低碳钢和铸铁的拉伸实验
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的要求１．测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。
２．低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（L F ∆-曲线）。
３．比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。
图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。
为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即d l 5=或d l 10=。
对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。
其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=，A 为标距段内的截面积。
低碳钢拉伸铸铁拉伸图1-2 拉伸试件四、实验原理和方法1．低碳钢拉伸实验低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，如图1—3所示。
用准确的拉σ-曲线。
首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓伸曲线可直接换算出应力应变ε慢加载(加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高)，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。
图1-3 低碳钢拉伸曲线OA段，没有任何残留变形。
在弹性阶段，载荷与变形(1) 弹性阶段是指拉伸图上的'是同时存在的，当载荷卸去后变形也就恢复。
在弹性阶段，存在一比例极限点A，对应的应σ，此部分载荷与变形是成比例的。
力为比例极限p(2) 屈服阶段对应拉伸图上的BC段。
金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，是由切应力引起的。
在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。
这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。
实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验
第一部分基本实验实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的：1、测定低碳钢在拉伸时屈服极限σs 、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率Ψ。
2、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化、颈缩等现象）,及拉伸图（P-ΔL曲线）。
3、测定铸铁拉伸时的强度极限σb。
4、比较低碳钢与铸铁抗拉性能的特点，并进行断口分析。
二、实验设备：1、万能材料实验机2、游标卡尺三、试件：由于试件的形状和尺寸对实验结果有一定的影响。
为了便于互相比较应按统一规定加工成标准试件。
试件加工须按《金属拉伸实验试样》（GB6397-86）的有关要求进行。
本实验的试件采用国家标准（GB6397-86）所规定的圆棒试件，尺寸为d=10mm，标距长度L=100mm，见图1-1。
为测定低碳钢的断后延伸率δ，须用刻线机在试样标距范围内刻划圆周线，将标距L分为等长的10格。
图1-1 圆形拉伸试件四、实验原理和方法拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。
材料的力学性能如：屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率等均是由拉伸破坏实验确定的。
1、低碳钢（1）力-伸长曲线的绘制：通过实验机绘图装置可自动绘成以轴向力P为纵坐标、试件伸长量ΔL为横坐标的力-伸长曲线（P-ΔL图），如图1-2所示。
低碳钢的力-伸长曲线是一种典型的形式，整个拉伸变形分四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。
应当指出，绘图仪所绘出的拉伸变形ΔL是整个试件（不只是标距部分）的伸长，而且还包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动等。
试件开始受力时，头部夹头中的滑动很大，故绘出的拉伸图最初一般是曲线。
图1-2 低碳钢拉伸图（2）屈服极限的测定：随着荷载的增加，变形也与荷载呈正比增加，P-ΔL图上为一直线，此即直线弹性段。
过了直线弹性段，尚有一极小的非直线弹性段。
弹性阶段包括直线弹性段和非直线弹性段。
当荷载增加到一定程度，测力指针往回偏转，继而缓慢的来回摆动，相应地在P-ΔL图上画出一段锯齿形曲线，此段即屈服阶段。
低碳钢和铸铁拉伸实验报告
低碳钢和铸铁拉伸实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过对低碳钢和铸铁的拉伸实验，了解两种材料的机械性能，探究它们在受力过程中的表现及性能差异。
二、实验原理。
拉伸实验是通过对材料施加拉力，观察其受力变形情况，从而得出材料的拉伸性能参数。
在实验中，我们将对低碳钢和铸铁进行拉伸实验，通过拉伸试验机施加拉力，测量其应力-应变曲线，得出材料的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等参数，从而对两种材料的性能进行比较分析。
三、实验步骤。
1. 将低碳钢和铸铁试样分别固定在拉伸试验机上；2. 施加拉力，记录应力-应变曲线；3. 测量材料的屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等参数；4. 对实验结果进行分析和比较。
四、实验数据及分析。
经过拉伸实验，我们得到了低碳钢和铸铁的应力-应变曲线，通过对曲线的分析，得出了以下数据：低碳钢：屈服强度，250MPa。
抗拉强度，400MPa。
断裂伸长率，25%。
铸铁：屈服强度，150MPa。
抗拉强度，300MPa。
断裂伸长率，5%。
通过对比两种材料的拉伸性能参数，可以得出以下分析：1. 低碳钢的屈服强度和抗拉强度均高于铸铁，表明低碳钢具有更好的抗拉性能；2. 低碳钢的断裂伸长率远高于铸铁，表明低碳钢具有更好的延展性，更适合用于受力较大、需要一定延展性的场合；3. 铸铁的屈服强度和抗拉强度较低，但硬度较高，适合用于一些对硬度要求较高的场合。
五、实验结论。
通过本次实验，我们对低碳钢和铸铁的拉伸性能进行了比较分析，得出了以下结论：1. 低碳钢具有较好的抗拉性能和延展性，适合用于需要抗拉性能和延展性的场合；2. 铸铁具有较高的硬度，适合用于对硬度要求较高的场合；3. 不同材料具有不同的机械性能，需要根据具体使用场合选择合适的材料。
六、实验总结。
本次拉伸实验使我们更加深入地了解了低碳钢和铸铁的机械性能，对于工程材料的选择和应用具有一定的指导意义。
在今后的工程实践中，我们应根据具体的使用场合和要求，选择合适的材料，以确保工程质量和安全。
低碳钢、铸铁的拉伸和压缩实验
实验一：低碳钢、铸铁的拉伸和压缩实验一、实验目的1.测定低碳钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率。
2.测定铸铁的抗拉强度。
3.测定铸铁压缩时的抗压强度。
4.观察上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图。
5.分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征。
二、实验内容1.铸铁拉伸实验；2.铸铁压缩实验；3.低碳钢拉伸实验。
三、实验原理、方法和手段常温、静载下的轴向拉伸实验是材料力学试验中最基本、应用最广泛的试验。
通过拉伸试验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。
这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有及其重要的作用。
实验表明，工程中常用的塑性材料，其受压与受拉时所表现出的强度、刚度和塑性等力学性能是大致相同的。
但广泛使用的脆性材料，其抗压强度很高，抗拉强度却很低。
为便于合理选用工程材料，以及满足金属成型工艺的需要，测定材料受压时的力学性能是十分重要的。
因此，压缩实验同拉伸实验一样，也是测定材料在常温、静载、单向受力下的力学性能的最常用、最基本的实验之一。
依据国标GB/T 228－2002《金属室温拉伸实验方法》分别叙述如下：1.低碳钢试样。
在拉伸实验时，利用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢的拉伸曲线，见图1-1所示的F—ΔL曲线。
图中最初阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等原因造成的。
分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原l图1-1点。
拉伸曲线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由该图形的状态来判断材料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变形下的承载能力。
但同一种材料的拉伸曲线会因试样尺寸不同而各异。
为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（力P）除以试样原始横截面面积A,并将横坐标（伸长ΔL）除以试样的原始标距L0得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力－应变曲线，它与拉伸图曲线相似，也同样表征了材料力学性能。
低碳钢和铸铁拉伸试验.doc
低碳钢和铸铁拉伸试验.doc
低碳钢是指含碳量低于0.25%的普通碳钢。
其具有良好的冷加工性能和焊接效果，易
于表面处理，易于抛光，有一定的韧性，可磨粒性佳，成型性能优良，但是强度和韧性较差，铸态强度低，尤其是高温拉伸性能更差，因此不适合制作高强度的零件。
铸铁是指含碳量在2%以上的铁碳合金，比普通铁具有更佳的耐热性，机械性能优良，适应性强，易于铸造，但是强度、塑性和韧性都相对较差，成型性能一般性不佳，而且容
易脆性断裂，外表面还容易有灰渣和腐蚀。
拉伸试验是指向一定的外力将金属拉变形，使原有样品经受形变后与析出面形成夹角，通过对应变形程度测试金属材料的断裂强度、断面拉伸率等性能。
一是检验材料的性能，包括断裂强度、断面拉伸率、冷脆性、冷韧性等，即确定该材
料的抗拉应力、断裂应力和断裂延伸率等数据。
二是研究拉伸条件对材料性能的影响，它能反映出该材料在不同温度下的拉伸性能、
机械性能和疲劳性能。
三是用拉伸试验确定塑性变形临界点参数，这个参数它可以帮助确定材料具体加工工艺。
根据低碳钢和铸铁拉伸性能的不同所使用的拉伸加工方法也有所不同：
低碳钢的拉伸处理中，一般以温度在400~450℃的富碳钢为主，它通常采用冷拉伸加
工或轧制加工，温度较高的钢可以采用热拉伸加工，但要达到抗张强度较高的要求，则必
须采用淬火处理。
铸铁拉伸处理应尽量选择低温拉伸，常采用温度一般在150~200℃之间，并且采用回
火处理可以提高拉伸强度。
因此，对于低碳钢和铸铁来说，拉伸处理的温度也有不同的要求。
低碳钢铸铁拉伸试验
延长率： δ = 〔L1-L〕/L=1% 低碳钢:屈服极限： σs = Ｐs/A= 400 MPa
强度极限: σb = Ｐb/A= 540 MPa 延长率： δ = 〔L1-L〕2 /L2=302 % 截面收缩率：φ = (d -d1 )/d =79%
提纲
1、试验目的
√ 2、仪器设备
3、原理 4、试验方法及步骤 5、成果整理 6、思考题目
2、仪器设备
一) 硬件
试件
拉伸装置
德国ＤＯＬＩ掌握器
主机
１、电子万能材料试验机
2、仪器设备
１、主机承受高 刚度负荷框架、 双试验空间、全 行程导向构造。
２、用试件的 变形、应力及 应力应变综合 掌握试件变形；
３、试验原理
1、低碳钢拉伸试验
试验前，用游标卡尺测定试件的直径d，标距L。〔标距为100mm〕
低碳钢的拉伸过程分为四个阶段：
弹性阶段
屈服阶段
强化阶段
颈缩阶段
力和位移示意图
在屈服阶段，记录屈服荷载Ｐs 在屈服阶段，记录屈服荷载Ｐb
３、试验原理
当试件断裂后，测量试件断口处的最小直径d1和标距L1 依据所测的试验数据，计算低碳钢的强度指标和塑性指标
提纲
1、试验目的 2、仪器设备 3、试验原理 4、试验方法及步骤
√ 5、成果整理
6、思考题目
6、思考题目
1、比较低碳钢和铸铁在拉伸时的力学性能。 2、说明低碳钢和铸铁断口的特点. 3、低碳钢和铸铁在压缩时，要测得那些数据？ 观看那些现象？ 4、材料一样,直径相等的长试样为L=5d 和 L=10d 两种试样,其断后伸长率是否一样?
低碳钢和铸铁的拉伸实验
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的要求１．测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。
２．低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（L F ∆-曲线）。
３．比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。
图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。
为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即d l 5=或d l 10=。
对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。
其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=，A 为标距段内的截面积。
低碳钢拉伸铸铁拉伸图1-2 拉伸试件四、实验原理和方法1．低碳钢拉伸实验低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，如图1—3所示。
用准确的拉σ-曲线。
首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓伸曲线可直接换算出应力应变ε慢加载(加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高)，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。
图1-3 低碳钢拉伸曲线OA段，没有任何残留变形。
在弹性阶段，载荷与变形(1) 弹性阶段是指拉伸图上的'是同时存在的，当载荷卸去后变形也就恢复。
在弹性阶段，存在一比例极限点A，对应的应σ，此部分载荷与变形是成比例的。
力为比例极限p(2) 屈服阶段对应拉伸图上的BC段。
金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，是由切应力引起的。
在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。
这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。
低碳钢和铸铁的拉伸实验
低碳钢和铸铁的拉伸实验材料科学是一门研究材料性质和应用的学科，其中材料的力学性质是其中一个重要方面。
拉伸实验是研究材料力学性质的一种有效手段，能够通过实验获得材料的力学参数，并对其中的力学行为进行深入分析。
本次实验选取了两种常见的材料，低碳钢和铸铁，对其进行拉伸实验，以便对材料的力学性质有更深入的了解。
下面将对实验设计、实验步骤、实验结果和实验结论进行详细描述。
一、实验设计1. 实验目的本次实验旨在通过拉伸实验研究低碳钢和铸铁的力学性质，了解它们的力学参数和力学行为。
2. 实验原理拉伸实验是材料力学性质研究的一种基本手段。
在拉伸实验中，材料试样在外力作用下逐渐变形，变形过程中采集材料的力学参数（如应力、应变、模量等），并绘制应力与应变曲线，以反映材料的力学特征。
3. 实验流程本次拉伸实验的流程主要包括以下步骤：（1）准备试样：从低碳钢和铸铁的坯料中分别制作薄板试样，切割成符合标准要求的尺寸，并进行加工处理。
（2）装置拉伸实验机：将试样安装在拉伸实验机中。
（3）进行拉伸实验：通过拉伸实验机对试样进行正常拉伸，控制拉伸速度并采集实验数据。
（4）处理实验数据：计算得到应力-应变曲线，分析材料的力学参数和力学行为。
二、实验步骤拉伸实验机、低碳钢试样、铸铁试样、卡尺、万能试验机。
（3）进行拉伸实验：控制万能试验机的拉伸速度，逐渐地对低碳钢和铸铁试样进行拉伸，同时利用卡尺来测量试样的伸长量。
三、实验结果1. 低碳钢的应力-应变曲线拉伸前长度L0：100mm原始截面积S0：100mm^2最大载荷Fmax：5000N施力断口长度：70mm根据实验数据，使用公式计算得到低碳钢的应力-应变曲线如下图所示：铸铁的拉伸实验数据如下所示：从低碳钢的应力-应变曲线可以看出，低碳钢的强度和延展性都较好。
在拉伸过程中，低碳钢的应力随着应变的增加而逐渐增加，直至达到最大值。
此时，低碳钢已经进入了屈服区，继续施加外力，其应力开始下降。
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工程力学实验报告
实验名称：
试验班级：
实验组号：
试验成员：
实验日期：
一、试验目的
1、测定低碳钢的屈服点
σ，强度极限bσ，延伸率δ，断面收缩率ψ。
s
2、测定铸铁的强度极限
σ。
b
3、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。
4、熟悉试验机和其它有关仪器的使用。
二、实验设备
1．液压式万能实验机；
2．游标卡尺
三、设备简介
万能试验机简介
具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；
1、加载部分：利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。
2、测控部分：指示试件所受载荷大小及变形情况。
四、实验原理
低碳钢和铸铁是工程上最广泛使用的材料，同时，低碳钢试样在拉伸试验中所表现出的变形与抗力间的关系也比较典型。
低碳钢的整个试验过程中工作段的伸长量与荷载的关系由拉伸图表示。
做实验时，可利用万能材料试验机的自动绘图装置绘出低碳钢试样的拉伸图即下图中拉力F与伸长量△L的关系曲线。
需要说明的是途中起始阶段呈曲线是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙造成的。
大致可分为四个阶段：
σe
（1）弹性阶段（Ob段）
在拉伸的初始阶段，σ-ε曲线（oa段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。
线性段的最高点则称为材料的比例极限（σ
p
），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。
线性阶段后，σ-ε曲线不为直线（ab段），应力应变不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全
消失。
卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σ
e
），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。
（2）屈服阶段（bc段）
超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。
使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极
限（σ
s
）。
当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。
这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。
（3）强化阶段（ce段）
经过屈服阶段后，应力应变曲线呈现曲线上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。
若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。
当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。
卸载完之后，立即再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。
因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。
在硬化阶段应力应变曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的
强度极限（σ
b ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷F
b。
（4）局部变形阶段（ef段）
试样拉伸达到强度极限σ
b
之前，在标距范围内的变形是均匀的。
当应力增
大至强度极限σ
b
之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。
颈缩出现
后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。
试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。
（5）伸长率和断面收缩率
试样拉断后，由于保留了塑性变形，标距由原来的L
0变为L
1。
用百分比表
示的比值 A=（L
1- L
）/ L
*100%
称为伸长率。
试样的塑性变形越大，δ也越大。
因此，伸长率是衡量材料塑性的指标。
原始横截面面积为A
的试样，拉断后缩颈处的最小横截面面积变为A1，用
百分比表示的比值 Z=（A
0-A
1
）/A
*100%
称为断面收缩率。
Z也是衡量材料塑性的指标。
所以，低碳钢拉伸破坏变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，由于该方向上存在最大剪应力τ造成的，属于剪切破坏力。
五、实验内容及数据处理
1、实验前测低碳钢和铸铁的直径和
分三段测低碳钢和铸铁的直径d
0、标距L
以及截面积A。
2、进行低碳钢拉伸试验
（1）将低碳钢按要求放于万能试验机上，并一步一步按照实验要求进行试验。
试验完成后将拉伸曲线打印出来。
（2）记录试验后低碳钢式样的断口直径d
1、断裂后的标距长度L
1
、断口处
横截面积A
1
以及断面形状。
抗拉强度бб= F
M /A
= 36.75*103/75.39 = 487.47 MP
上屈服强度б
S1 б
S1
= F
S1
/A
=25.75*103/75.39 = 341.56 MP
下屈服强度б
S2 б
S1
= F
S2
/A
=23.00*103/75.39 = 305.08 MP
断后伸长率A A = (L
1- L
)/ L
*100% =(125-98)/98*100% = 27.55%
断面收缩率Z Z = (A
0- A
1
)/ A
*100% =(75.39-19.63)/75.39*100% =73.96%
3、进行铸铁拉伸试验
（1）将低碳钢按要求放于万能试验机上，并一步一步按照实验要求进行试验。
试验完成后将拉伸曲线打印出来。
（2）铸铁断后观察断面形状。
(3)计算应力值(强度)并填写下表。
抗拉强度бб=б= F
M /A
=17.96*103/76.94 = 233.43 MP
六、思考题
1．根据实验时发生的现象和实验结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有什么不同?
答：低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹状，而铸铁拉伸时没有屈服现象，变形也不明显，拉断后断口基本沿横截面，较粗糙。
2．低碳钢试样在最大载荷D点不断裂，在载荷下降至E点时反而断裂，为什么？
答：低碳钢在载荷下降至E点时反而断裂，是因为此时实际受载截面已经大大减小，实际应力达到材料所能承受的极限，在最大载荷D点实际应力比E点时小。