应力应变曲线材料力学
材料力学性能-第一章-应力应变曲线和弹性变形
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 纯弹性型
大多数玻璃、陶瓷、 岩石、低温下的金属
弹性－均匀塑性型
许多金属和合金、部 分陶瓷和非晶态高聚物
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
低温和高应变 速率下的fcc金属。 其塑性变形常常是 通过孪生实现的。 当孪生速率超过夹 头运动速率时出现 此种类型曲线。
弹性－不均匀塑性型
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
弹性－不均匀塑 性－均匀塑性型
弹性－不均匀塑 性－均匀塑性型
一些bcc的铁基合金 和若干有色合金。
一些结晶态的高聚 物和未经拉伸的非晶 态高聚物
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 同一种材料在不同拉伸条件下其应 力－应变曲线也会不同。比如，退火低 碳钢在低温下脆性大大增加，其拉伸曲 线就只有弹性变形部分。
表1-2 几种常用材料的比弹性模量
材料
铜 钼 铁 钛 铝 铍 氧化铝 碳化硅
比弹性模量/×108cm 1.3 2.7 2.6 2.7 2.7 16.8 10.5 17.5
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 三、弹性比功 表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
用金属材料开始塑性 σ
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
影响因素
弹性变形是原子间距在外力作用
下可逆变化的结果，因而弹性模量E与
原子间作用力和原子间距都有关系。原 子间作用力取决于原子本性和晶格类
型，故E也取决于原子本性与晶格类
型。
2021年10月24日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
名义应力应变曲线和真实应力应变曲线
名义应力应变曲线和真实应力应变曲线一、名义应力应变曲线和真实应力应变曲线的基本概念名义应力应变曲线和真实应力应变曲线是材料力学中常见的两个概念，它们分别描述了材料在外部受到载荷时的变形情况。
其中，名义应力指的是外部载荷与截面积之比，即σ=F/A；而真实应力则指的是在考虑材料内部各种因素（如材料微观结构、晶粒大小等）影响后得到的载荷与截面积之比，即σ'=F/A。
二、名义应力应变曲线和真实应力应变曲线的区别1. 名义应力-应变曲线名义应力-应变曲线通常是指在不考虑材料内部各种因素对其性能影响时得到的载荷与截面积之比随着材料受到外界作用而发生的相对伸长量（即形变）之间的关系图。
该图通常呈现出一个典型的S型弯曲形状，其中包含了四个主要阶段：弹性阶段、屈服阶段、塑性流动阶段和断裂阶段。
其中，弹性阶段是指材料在受到外界作用时，其形变量与载荷之间呈线性关系的阶段；屈服阶段则是指当材料的应力达到一定值时，其形变量不再随载荷增加而线性增长，而是开始出现非线性变化的阶段；塑性流动阶段则是指当材料的应力继续增大时，其形变量将会进一步增加，并逐渐呈现出一个稳定的流动状态；断裂阶段则是指当材料无法承受更大的应力时，其形变量将会突然增加并最终导致材料破裂。
2. 真实应力-应变曲线真实应力-应变曲线通常是指在考虑了材料内部各种因素对其性能影响后得到的载荷与截面积之比随着材料受到外界作用而发生的相对伸长量之间的关系图。
该图通常呈现出一个相对平缓、光滑且无明显弯曲点的形态。
这主要是因为在考虑了各种因素影响后，真实应力与名义应力之间存在一定程度上的差异。
具体来说，在弹性阶段，真实应力与名义应力之间的差异较小，但随着载荷的增加，该差异将会逐渐增大，并在材料进入屈服阶段时达到最大值。
此后，在塑性流动阶段中，真实应力与名义应力之间的差异将会逐渐减小，并最终趋于一致。
三、两种曲线的意义和应用1. 名义应力-应变曲线的意义和应用名义应力-应变曲线是描述材料在外部受到载荷时变形情况的重要工具。
应力-应变循环曲线
应力-应变循环曲线应力-应变曲线是材料力学性能测试中的一项重要指标。
它描述了材料在受力过程中的应变响应，可以用来评估材料的强度、韧性以及疲劳性能等。
在实际应用中，材料通常会经历多次的力加载和卸载过程，这就形成了应力-应变循环曲线。
本文将介绍应力-应变循环曲线的基本特征，以及其在工程中的应用。
1. 应力-应变循环曲线的基本概念与特征应力-应变循环曲线是通过在材料上施加周期性载荷而形成的。
曲线的一条完整循环包括载荷逐渐增大的上拉过程、最大载荷保持的保持过程，以及载荷逐渐减小的下拉过程。
该曲线通常以应力和应变之间的关系表示。
2. 循环应力-应变曲线的形态循环应力-应变曲线的形态因材料不同而异，常见的有弹性形态和塑性形态。
弹性形态的曲线表明材料在循环载荷作用下完全恢复其初始状态，而塑性形态则表明材料在应力加载后存在塑性变形。
3. 应力-应变循环曲线的主要特征应力-应变循环曲线有几个主要特征值得关注。
首先是弹性区，即曲线起点到塑性区的转折点，它表示了材料的弹性性能。
接下来是塑性区，表示了材料的塑性变形特性。
还有屈服点、极限点和断裂点等特征，它们反映了材料的强度、韧性以及断裂特性。
4. 应力-应变循环曲线的应用应力-应变循环曲线在工程实践中具有广泛的应用。
首先，循环曲线可以用来评估材料的疲劳寿命，通过对曲线形态和参数的分析，可以预测材料在循环载荷下的寿命。
其次，循环曲线也可以用于设计材料的使用安全范围，根据曲线的特征，可以确定材料的工作载荷范围。
此外，循环曲线还可以用于评估材料的韧性和断裂特性，为构件设计和工程材料选择提供依据。
5. 应力-应变循环曲线的测量方法应力-应变循环曲线的测量方法有很多种，其中最常用的是拉伸试验和循环试验。
拉伸试验可以获得材料的初始弹性特性和屈服点等参数，而循环试验则可以得到完整的循环曲线。
总结：应力-应变循环曲线是材料力学性能测试中的重要指标，可以评估材料的强度、韧性和疲劳性能等。
解释应力应变曲线
解释应力应变曲线
应力应变曲线是用来描述材料在受力时表现出的变形情况的一种图示方式。
一般来说，这种曲线是由一系列连续的曲线段组成的，每一个曲线段都代表了材料受到不同应力状态下的不同变形情况。
在这种曲线中，横坐标表示材料的应变程度，即它在受力后发生的变形程度；而纵坐标则表示材料所承受的应力程度，即它在受力时所受到的压力或拉力。
根据这些数据，我们可以通过绘制曲线来直观地看出材料在受力时的表现。
应力应变曲线中的曲线段一般可以分为四个阶段：
- 弹性阶段：在受力开始的时候，材料会根据胡克定律产生弹性变形，这个阶段的曲线段呈现出一个直线斜率，并且与应变轴相切。
这个斜率被称为杨氏模量，而这个阶段的结果被称为弹性极限，它描述了材料的弹性强度。
- 屈服阶段：当材料受到一定程度的应力时，它将进入一个屈服阶段。
在这个阶段，材料的应变程度将会加大，但它的应力却没有了增加，这个现象被称为“流动”。
在这个阶段中，曲线段将呈现出一个弧线状，因为材料的应变速率将逐渐减缓。
- 加工硬化阶段：当材料的应力增加到一定程度时，它将会进入一个加工硬化阶段。
在这个阶段中，材料的应变程度将会随着应力的
增加而快速增加，这个现象被称为“冷捏”。
在这个阶段中，曲线将会再次呈现出一个弯曲的形态，直到材料再次达到一个极限点。
- 断裂阶段：当材料的应力继续增加到一定程度时，它将不可避免地出现断裂。
在这个阶段中，曲线将会迅速下降，直到最终达到材料的破断点。
总体来说，应力应变曲线是材料力学中非常重要的一种工具，它可以用来描述材料在受力时的表现，并且还可以帮助我们分析材料的物理性质和结构，从而进一步提高材料的强度和耐用性。
应力应变曲线材料力学
谢谢观赏
圆截面试件标距：L0=10d0或5d0
2、试验机
0
3、低碳钢拉伸曲线
e
b
b
e P
a c s
o
f
2、屈从阶段bc〔失去抵 抗变形的才能〕
s — 屈服极限
3、强化阶段ce〔恢复抵抗 变形的才能〕
b — 强度极限
4、部分径缩阶段ef
明显的四个阶段 1、弹性阶段ob P — 比例极限 e — 弹性极限
3、灰铸铁
by
灰铸铁的 压缩曲线 bL
灰铸铁的 拉伸曲线 O
= 45o~55o
剪应力引起断裂
曲线没有明显的直线部分，应力较 小时，近似认为符合虎克定律。曲线没 有屈从阶段，变形很小时沿与轴线大约 成45°的斜截面发生破裂破坏。曲线最
高点的应力值 by 称为抗压强度。
铸铁材料抗压性能远好于抗拉性能， 这也是脆性材料共有的属性。因此，工 程中常用铸铁等脆性材料作受压构件， 而不用作受拉构件。
200 A(p)
E=Etgy=tg
O
O1 O2 0.1
0.2
金属材料的压缩试样，一般制成短圆柱形，柱的 高度约为直径的1.5 ~ 3倍，试样的上下平面有平行 度和光洁度的要求非金属材料，如混凝土、石料等 通常制成正方形。
低碳钢是塑性材料，压缩时的应力–应变图， 如图示。
在屈从以前，压缩时的曲线和拉伸时的曲线 根本重合，屈从以后随着压力的增大，试样被 压成“鼓形〞，最后被压成“薄饼〞而不发生 断裂，所以低碳钢压缩时无强度极限。
伸长率: L1 L 100 % 断面收缩率 : LA A1 100 %
A L1 —试件拉断后的标距
L —是原标距 A1 —试件断口处的最小横截面面积 A —原横截面面积。
三种材料应力应变曲线
三种材料应力应变曲线
引言
在材料力学中，研究材料的应力应变关系对于了解材料的力学特性至
关重要。
不同材料的应力应变曲线展现了材料在外力作用下的变形行为和力学性能。
本文将介绍三种常见材料的应力应变曲线，包括弹性材料、塑性材料和粘弹性材料。
弹性材料
弹性材料是指在一定的应力范围内，材料在外力作用下能够恢复到原
始形状的材料。
它们遵循胡克定律，即应力与应变成线性关系。
弹性材料的应力应变曲线呈现出一个直线，称为弹性阶段。
塑性材料
与弹性材料不同，塑性材料在一定应力范围内会发生不可逆变形。
当
应力超过一定临界值时，材料发生屈服，并出现明显的塑性变形。
塑性材料的应力应变曲线可以分为四个阶段：线性弹性阶段、屈服阶段、硬化阶段和流动阶段。
在屈服阶段后，应力随应变的增加而逐渐增加，材料进入了塑性变形的阶段。
粘弹性材料
粘弹性材料具有介于弹性和塑性之间的特性。
它们在受力后会发生瞬
时弹性变形，但随着时间的推移，仍然存在不可逆的塑性变形。
粘弹性材料的应力应变曲线呈现出一种特殊的“S”形状曲线，称为粘弹性阶段。
结论
三种材料的应力应变曲线展示了不同材料在外力作用下的变形特性。
弹性材料在一定应力范围内能恢复到原始形状；塑性材料在超过临界应力后出现明显的塑性变形；粘弹性材料表现出瞬时弹性和随时间的塑性变形。
深入了解这些应力应变曲线有助于我们理解材料的力学性能，为工程设计和材料选择提供参考。
材料力学性能(2)应力应变曲线
拉伸试验得到的应力应变，通常是指工程应力和工程应变，用于计算应力应变的横截面积和长度，是未变形的初始横截面积和初始长度（便于测量）。
与之对应的，还有真应力和真应变，用于计算应力应变的横截面积和长度，是变形后的横截面积和长度。
在应力低于比例极限的情况下，应力σ与应变ε成正比，即σ=Εε；式中E为常数，称为弹性模量或杨氏模量，是正应力与正应变的比值，弹性模量的单位与应力的单位相同。
剪切模量的定义与之类似，是切应力与切应变的比值。
金属的应力应变曲线，通常分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、应变硬化阶段和颈缩断裂阶段。
注意：不同的材料，应力应变曲线会有差异，并不是每种材料都会表现出上述四个阶段。
屈服强度材料的屈服强度，是指材料开始发生塑性变形时所对应的应力。
由于不同材料应力应变曲线变化各异，通常很难确定在多大的应力下，材料开始屈服。
实际应用中，也会用到以下几种定义屈服点的方式：弹性极限（Elastic Limit）The lowest stress at which permanent deformation can be measured. 能检测到塑性变形的最小应力。
比例极限（Proportional Limit）The point at which the stress-straincurve becomes nonlinear. 应力-应变曲线开始出现非线性的应力。
很多金属材料的弹性极限和比例极限几乎是一样的。
偏移屈服点（Offset Yield Point 或 Proof Stress）有些材料的应力应变曲线，弹性阶段和塑性阶段之间没有明显的分界点。
可以采用某个指定的很小的塑性应变，通常是0.2%，对应的应力作为屈服点。
真应力和真应变前面拉伸试验得到的工程应力（σ）和工程应变（ε），是基于试件未变形的初始横截面积（A0）和初始长度（L0）计算的。
而实际中，随着载荷的变化，横截面积和长度都是在发生变化的。
纯铁 应力应变曲线
纯铁应力应变曲线
纯铁是一种重要的金属材料，具有许多特殊的物理和力学性质。
当我们谈论纯铁的应力-应变曲线时，我们通常是指其在受力时的变
形行为。
应力-应变曲线是材料力学中的重要概念，它描述了材料在
受力时的应变响应。
纯铁的应力-应变曲线通常可以分为几个阶段来描述其受力过程。
首先是弹性阶段，这是指在施加应力后，纯铁会发生弹性变形，即
当去除应力时，它会完全恢复到最初的形状。
在这个阶段，应力与
应变成正比，遵循胡克定律。
接下来是屈服阶段，当应力继续增加时，纯铁会达到其屈服点，这时它会发生塑性变形，即应变会随着
应力的增加而增加，但在去除应力后，它不会完全恢复到最初的形状。
然后是硬化阶段，这是指纯铁在继续受力时，会变得更加难以
变形，需要更大的应力才能产生相同的应变。
最后是断裂阶段，当
应力超过其承受能力时，纯铁会发生断裂。
纯铁的应力-应变曲线可以通过实验测定获得，通常以图表的形
式展示。
这些曲线对于工程设计和材料性能评估非常重要，可以帮
助工程师了解材料的强度、韧性和可塑性等特性。
通过分析应力-应
变曲线，我们可以确定纯铁的屈服强度、抗拉强度、延伸率等重要
参数，这些参数对于材料的选择和使用至关重要。
总的来说，纯铁的应力-应变曲线是描述其受力行为的重要工具，通过对这些曲线的研究和分析，我们可以更好地理解纯铁的力学性能，从而更好地应用和利用这一重要材料。
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17
曲线没有明显的直线部分，应力较 小时，近似认为符合虎克定律。曲线没 有屈服阶段，变形很小时沿与轴线大约 成45°的斜截面发生破裂破坏。曲线最
高点的应力值 by 称为抗压强度。
铸铁材料抗压性能远好于抗拉性能， 这也是脆性材料共有的属性。因此，工 程中常用铸铁等脆性材料作受压构件， 而不用作受拉构件。
d g
o
f h
1、弹性范围内卸载、再加载 2、过弹性范围卸载、再加载
12
5、灰铸铁
对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力 应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现 象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。 为典型的脆性材料。
bt
o
σbt—拉伸强度极限（约为140MPa）。它是 衡量脆性材料（铸铁）拉伸的唯一强度指标。 13
2．标用标距于准：测试试件的：等截面部分长度；
圆截面试件标距：L0=10d0或5d0
3
2、试验机
4
0
5
3、低碳钢拉伸曲线
6
e
b
b
e PHale Waihona Puke a c sof
2、屈服阶段bc（失去抵 抗变形的能力）
s — 屈服极限
3、强化阶段ce（恢复抵抗 变形的能力）
b — 强度极限
4、局部径缩阶段ef
明显的四个阶段
第五节 应力——应变曲线
1
力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所 表现出的力学性能
一、拉伸时的应力——应变曲线
试 件 和 实 验 条 件
§9-4
常 温 、 静 载
2
1、 试件
（1）材料类型：
低碳钢： 塑性材料的典型代表； 灰铸铁： 脆性材料的典型代表；
标距
L0
（2）标准试件：
d0
标点
尺寸符合国标的试件；
10
4.塑性指标 试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保 留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形 表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个:
伸长率: L1 L 100 % 断面收缩率 : LA A1 100 %
A L1 —试件拉断后的标距
L —是原标距 A1 —试件断口处的最小横截面面积 A —原横截面面积。
低碳钢是塑性材料，压缩时的应力–应变图， 如图示。
在屈服以前，压缩时的曲线和拉伸时的曲线 基本重合，屈服以后随着压力的增大，试样被 压成“鼓形”，最后被压成“薄饼”而不发生 断裂，所以低碳钢压缩时无强度极限。
16
3、灰铸铁
by
灰铸铁的 压缩曲线 bL
灰铸铁的 拉伸曲线 O
= 45o~55o
1、弹性阶段ob E
P — 比例极限 e — 弹性极限
E tan
7
(1)弹性阶段 比例极限σp
oa段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材
料符合虎克定律，直线oa的斜率 tan E 就是材
料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值 记作σp，称为材料的比例极限。曲线超过a点，图 上ab段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定 律。但在ab段内卸载，变形也随之消失，说明ab 段也发生弹性变形，所以ab段称为弹性阶段。b点 所对应的应力值记作σe ，称为材料的弹性极限。
值记作 ，称b为材料的抗拉强度(或强度极限)，
它是衡量材料强度的又一个重要指标。
(4)缩颈断裂阶段
曲线到达e点前，试件的变形是均匀发生的， 曲线到达e点，在试件比较薄弱的某一局部(材 质不均匀或有缺陷处)，变形显著增加，有效横 截面急剧减小，出现了缩颈现象，试件很快被 拉断，所以ef段称为缩颈断裂阶段。
二、压缩时的应力——应变曲线 1、试样及试验条件
常 温 、 静 载
14 §9-5
2、低碳钢压缩实验
(MPa) 400
低碳钢压缩 应力应变曲线
E(b)
C(s上)
f1(f)
低碳钢拉伸
g
(e) B
D(s下)
应力应变曲线
200 A(p)
E=Etgy=tg
O
O1 O2 0.1
0.2
15
金属材料的压缩试样，一般制成短圆柱形，柱的 高度约为直径的1.5 ~ 3倍，试样的上下平面有平行 度和光洁度的要求非金属材料，如混凝土、石料等 通常制成正方形。
弹性极限与比例极限非常接近，工程实际中通常对二者不 作严格区分，而近似地用比例极限代替弹性极限。
8
(2)屈服阶段 屈服点
s
曲线超过b点后，出现了一段锯齿形曲线， 这—阶段应力没有增加，而应变依然在增加，材 料好像失去了抵抗变形的能力，把这种应力不增 加而应变显著增加的现象称作屈服，bc段称为屈
服阶段。屈服阶段曲线最低点所对应的应力 s
18
19
塑性材料和脆性材料力学性能比较
塑性材料
脆性材料
延伸率 δ > 5%
延伸率 δ < 5%
断裂前有很大塑性变形
断裂前变形很小
抗压能力与抗拉能力相近 抗压能力远大于抗拉能力
可承受冲击载荷，适合于 适合于做基础构件或外壳 锻压和冷加工
材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件 的改变而改变
20
、 值越大，其塑性越好。一般把 ≥5％的材
料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把 <5％的
材料称为脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。 11
工程应用：冷作硬化
e
d
b
b
e P
a c s
即材料在卸载过程中 应力和应变是线形关系，
f 这就是卸载定律。
材料的比例极限增高， 延伸率降低，称之为冷作硬 化或加工硬化。
称为屈服点(或屈服极限)。在屈服阶段卸载，将 出现不能消失的塑性变形。工程上一般不允许构 件发生塑性变形，并把塑性变形作为塑性材料破
坏的标志，所以屈服点 s是衡量材料强度的一
个重要指标。
9
(3)强化阶段 抗拉强度 b
经过屈服阶段后，曲线从c点又开始逐渐上
升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料 又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化， ce段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力