材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能.
材料在拉伸和压缩时的力学性能
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分
材料在拉伸时的力学性能 材料在压缩时的力学性能 影响材料力学性能的因素
材料力学性能的测试 总结
1
材料在拉伸时的力学性能
弹性阶段
当作用在材料上的拉伸力小于某一临界值时，材料不 会发生变形，而且会立即恢复其原始形状。这个阶段 被称为弹性阶段。在弹性阶段，材料的应力和应变是 线性相关的，也就是说，应变与应力的比例是常数。 这个常数被称为材料的弹性模量(或杨氏模量)
材料在拉伸时的力学性能
塑性阶段
当拉伸力超过某一临界值时，材料会发生塑 性变形。这意味着，即使在力的作用消失后 ，材料也不会恢复其原始形状。这个阶段被 称为塑性阶段。在这个阶段，材料的应力和 应变不再是线性关系
材当拉伸力继续增加，材料最终会断裂，分为两部分。断裂强度是材料能够承受的最大拉伸 应力。在断裂阶段，应力的增加不再引起材料的变形
导致材料的疲劳损伤
化学成分：不同化学成分的材料具有 不同的力学性能。例如，合金钢往往 比纯钢具有更高的强度和硬度
微观结构：材料的微观结构(例如晶粒 大小、相分布等)对其力学性能有显著 影响。一般来说，晶粒越细，材料的 强度和韧性越好 温度和湿度：温度和湿度也会影响材 料的力学性能。例如，高温下，材料 的强度可能会降低；而湿度可能导致 材料腐蚀或吸湿膨胀
3
影响材料力学性能的因素
材料的力学性 能受到多种因 素的影响，包
括
影响材料力学性能的因素
测试条件：测试条件(例如加载速度、 环境温度和湿度等)也会对实验结果产 生影响。因此，在进行材料测试时，
需要严格控制这些条件.
应力历史：材料在制造或使用过程中 所经历的应力历史也会对其力学性能 产生影响。例如，反复加载和卸载会
拉伸和压缩时的力学性能
力学性能 ——材料受力时在强度和变形方面所表 材料受力时在强度和变形方面所表 现出来的性能. 现出来的性能. 力学性能 取决于 内部结构 外部环境
本节讨论的是常温,静载,轴向拉伸(或压缩) 本节讨论的是常温,静载,轴向拉伸(或压缩) 变形条件下的力学性能. 变形条件下的力学性能.
ψ ≈ 60%
无屈服阶段的塑性材料
σ0.2 称为名义屈服极限
时的应力值 对应于εp=0.2%时的应力值
灰口铸铁在拉伸时的σ —ε 曲线 特点: 特点: 1, σ —ε 曲线从很低应力 , 水平开始就是曲线; 水平开始就是曲线;采用割 线弹性模量 2,没有屈服,强化,局部变 ,没有屈服,强化, 形阶段, 形阶段,只有唯一拉伸强度 指标σb 典型的脆性材料 3,伸长率非常小,拉伸强 ,伸长率非常小, 度σb基本上就是试件拉断时 横截面上的真实应力
(平均塑性伸长率) 平均塑性伸长率) 断面收缩率: 断面收缩率:
A A1 ψ= ×100% A
Q235钢的主要强度指标: 钢的主要强度指标: 钢的主要强度指标
σ s = 240MPa σ b = 390MPa
Q235钢的弹性指标: 钢的弹性指标: 钢的弹性指标
E = 200 ~ 210GPa
Q235钢的塑性指标: δ = 20% ~ 30% 钢的塑性指标: 钢的塑性指标 的材料称为塑性材料 塑性材料; 通常 δ > 5% 的材料称为塑性材料; δ < 5% 的材料称为脆性材料. 的材料称为脆性材料 脆性材料.
铸铁试件在轴向拉伸时的破坏断面: 铸铁试件在轴向拉伸时的破坏断面:
Ⅳ,金属材料在压缩时的力学性能 压缩试样
l =1~ 3 圆截面短柱体 d l =1~ 3 正方形截面短柱体低碳钢拉,压时的σs 以及弹性模量E基本相同 基本相同. 以及弹性模量 基本相同.
材料力学实验指导书(正文)
实验一材料在轴向拉伸、压缩时的力学性能一、实验目的1．测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率 。
2．测定铸铁在拉伸以及压缩时的强度极限σb。
3．观察拉压过程中的各种现象，并绘制拉伸图。
4．比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。
二、设备及仪器1．电子万能材料试验机。
2．游标卡尺。
图1-1 CTM－5000电子万能材料试验机电子万能材料试验机是一种把电子技术和机械传动很好结合的新型加力设备。
它具有准确的加载速度和测力范围，能实现恒载荷、恒应变和恒位移自动控制。
由计算机控制，使得试验机的操作自动化、试验程序化，试验结果和试验曲线由计算机屏幕直接显示。
图示国产CTM －5000系列的试验机为门式框架结构，拉伸试验和压缩试验在两个空间进行。
图1-2 试验机的机械原理图试验机主要由机械加载（主机）、基于DSP的数字闭环控制与测量系统和微机操作系统等部分组成。
（1）机械加载部分试验机机械加载部分的工作原理如图1-2所示。
由试验机底座（底座中装有直流伺服电动机和齿轮箱）、滚珠丝杠、移动横梁和上横梁组成。
上横梁、丝杠、底座组成一框架，移动横梁用螺母和丝杠连接。
当电机转动时经齿轮箱的传递使两丝杠同步旋转，移动横梁便可水平向上或相下移动。
移动横梁向下移动时，在它的上部空间由上夹头和下夹头夹持试样进行拉伸试验；在它的下部空间可进行压缩试验。
（2）基于DSP的数字闭环控制与测量系统是由DSP平台；基于神经元自适应PID算法的全数字、三闭环（力、变形、位移）控制系统；8路高精准24Bit 数据采集系统；USB1.1通讯；专用的多版本应用软件系统等。
（3） 微机操作系统试验机由微机控制全试验过程，采用POWERTEST 软件实时动态显示负荷值、位移值、变形值、试验速度和试验曲线；进行数据处理分析，试验结果可自动保存；试验结束后可重新调出试验曲线，进行曲线比较和放大。
可即时打印出完整的试验报告和试验曲线。
工程力学17 材料在拉伸和压缩时的力学性能
图
2.变形很小时，试件就断了，伸长率
很小，是典型的脆性材料。只有一个 强度指标b,t 。沿横截面拉断，断口 平齐。
3.材料在压缩时的力学性能 低碳钢压缩实验
（1） 低碳钢压缩试样采用 圆柱体，且h=d。
（2）低碳钢压缩时的E、s
与拉伸时基本相同。
（3） 屈服以后，试件逐渐被压 成鼓状，其横截面面积不断增 大。 （4）由于试件压缩时不会发生 断裂，因此无法测定其强度极限。 故像低碳钢一类塑性材料的力学 性能通常由拉伸实验测定。
材料在拉伸时和压缩时的力学性能
杆件在外力作用下是否会破坏，除计算工作应力外，还需知道
所用材料的强度，才能作出判断；前面提到的E、ν、σp等都是
材料受力时在强度和变形方面所表现出来的性能，均属于材料 的力学性能。
材料的力学性能取决于材料的内部条件和外部条件。内部条件 指的是材料组成的化学成分、组织结构等。外部条件则包括构 件的受力状态、环境温度、周围介质和加载方式。材料不同， 环境不同，材料的力学性能也就不同。材料的力学性能必须用 实验的方法测定。
h d
铸铁压缩实验
（1）铸铁压缩试样也采用 圆柱体，且h=2d。
（2）应力-应变曲线直线段 很短，近似符合胡克定律。
（3）压缩时强度极限比拉 伸时强度极限大得多，即 σb,c=(3.5~5) σb,t
（4）材料逐渐被压成鼓状,
35
后来沿与轴线大约350方向断
裂,主要是被剪断的。
小结：
理解：塑性与脆性材料拉伸压缩性能的不同 判断：工程中哪些材料属于脆性材料，哪些属
本节主要介绍：低碳钢和铸铁在室温(20。C)、静载下，通过轴向 拉伸和压缩得到的力学性能
材料最基本的力学性能。
材料力学之轴向拉伸和压缩
铸铁经球化处理成为球 墨铸铁后, 力学性能有 显著变化, 不但有较高 的强度, 还有较好的塑 性性能。
国内不少工厂成功地用 球墨铸铁代替钢材制造 曲轴、齿轮等零件。
2.6.4 金属材料在压缩时的力学性能
低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限ss都与拉
伸时大致相同。屈服阶段以后, 试样越压越扁, 横截面面积不断增大, 试样抗压能力也继续增高, 因而得不到压缩时的强度极限。
冷作时效不仅与卸载 后至加载的时间间隔 有关, 而且与试样所处 的温度有关。
2.6.3 其它金属材料在拉伸时的力学性能
工程上常用的塑性材 料, 除低碳钢外, 还有 中碳钢、高碳钢和合 金钢、铝合金、青铜、 黄铜等。
其中有些材料, 如Q345 钢, 和低碳钢一样, 有 明显的弹性阶段、屈 服阶段、强化阶段和 局部变形阶段。
并用s0.2来表示, 称为名义屈
服应力。
铸铁拉伸时的力学性能
灰口铸铁拉伸时的应 力—应变关系是一段微 弯曲线, 没有明显的直 线部分。
它在较小的拉应力下就 被拉断, 没有屈服和缩 颈现象, 拉断前的应变 很小, 伸长率也很小。 灰口铸铁是典型的脆性 材料。
铸铁拉断时的最大应力 即为其强度极限, 没有屈
比较图中的Oabcdef和d'def两条曲线, 可见在第 二次加载时, 其比例极限(亦即弹性阶段)得到了 提高, 但塑性变形和伸长率却有所降低。这种现 象称为冷作硬化。冷作硬化现象经退火后又可 消除。
工程上经常利用 冷作硬化来提高 材料的弹性阶段。 如起重用的钢索 和建筑用的钢筋, 常用冷拔工艺以 提高强度。
在屈服阶段内的 最高应力和最低 应力分别称为上 屈服极限和下屈 服极限。
北航材料力学实验讲义A
实验一实验一 材料在轴向拉伸、材料在轴向拉伸、材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的压缩和扭转时的力学性能预习要求：预习要求：1、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容；、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容；2、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法；、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法；一、实验目的一、实验目的1、观察低碳钢在拉伸时的各种现象，并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限s s ，强度极限b s ，延伸率δ和断面收缩率y ；2、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象；、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象；3、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象；、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象；4、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象；、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象；5、掌握微控电子万能试验机的操作方法。
、掌握微控电子万能试验机的操作方法。
二、实验设备与仪器二、实验设备与仪器1、微控电子万能试验机；、微控电子万能试验机；2、扭转试验机；、扭转试验机；3、50T 微控电液伺服万能试验机；微控电液伺服万能试验机；4、游标卡尺。
、游标卡尺。
三、试件三、试件试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果有影响。
为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。
根据国家标准（GB6397—86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：，将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下：试 件标距长度标距长度 L 0横截面积横截面积 A 0圆试件直径圆试件直径 d 0表示延伸表示延伸 率的符号率的符号比例/长短长短03.11A 或10d 0任 意 任 意 δ1065.5A 或5d 0任 意任 意δ5本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件（图一），试验段直径d 0=10mm ，标距l 0=100mm.。
本实验的压缩试件采用国家标准本实验的压缩试件采用国家标准（（GB7314-87）中规定的圆柱形试件h /d 0=2, d 0=15mm, h =30mm (图二)。
《化工设备机械基础3版》第二章
Fp
（1）接触面为平面
Fp
Ap—实际接触面面积
挤压力 Fp= F
（2）接触面为圆柱面
Ap—直径投影面面积
2.8 剪切和挤压的实用计算
d
δ Ap d
(a)
(b)
(cd)
挤压强度条件：
p
Fp Ap
p
p 许用挤压应力，常由实验方法确定
塑性材料： p 1.5 2.5 脆性材料： p 0.9 1.5
2.4 轴向拉伸或压缩时的变形
对于变截面杆件（如阶梯
杆），或轴力变化。则：
l
li
FNili Ei Ai
2.5 材料在拉伸和压缩时的力学性能
力学性能：在外力作用下材料在变形和破坏方 面所表现出的力学特性。 2.5.1 材料在拉伸时的力学性能
一
试
件
和
常
实 验 条 件
温 、 静 载
2.5 材料在拉伸和压缩时的力学性能
一、纵向变形
l l1 l
l
l
F
{ FN F AA E E l l
l FNl Fl EA EA
l F,l l 1
EA
l
l1
二、横向变形
F b1 b
b b1 b
b
b
泊松比
横向应变
EA为抗拉刚度
钢材的E约为200GPa，μ约为0.25—0.33
2.4 轴向拉伸或压缩时的变形
即螺栓的轴力为
FN
F 6
π D2 p 24
根据强度条件
max
FN A
得
A
FN
即
d 2
4
D2 p
24
螺栓的直径为 d
直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析和拉伸与压缩时材料的力学性能——教案
直杆轴向拉伸与压缩时的变形与应力分析和拉伸与压缩时材料的力学性能——教案第一章：直杆轴向拉伸与压缩的基本概念1.1 学习目标1. 了解直杆轴向拉伸与压缩的基本概念；2. 掌握直杆轴向拉伸与压缩的变形与应力分析方法。
1.2 教学内容1. 直杆轴向拉伸与压缩的定义；2. 直杆轴向拉伸与压缩的变形与应力分析方法。
1.3 教学活动1. 讲解直杆轴向拉伸与压缩的基本概念；2. 分析直杆轴向拉伸与压缩的变形与应力分析方法。
第二章：直杆轴向拉伸与压缩的变形分析2.1 学习目标1. 了解直杆轴向拉伸与压缩的变形规律；2. 掌握直杆轴向拉伸与压缩的变形分析方法。
2.2 教学内容1. 直杆轴向拉伸与压缩的变形规律；2. 直杆轴向拉伸与压缩的变形分析方法。
2.3 教学活动1. 讲解直杆轴向拉伸与压缩的变形规律；2. 分析直杆轴向拉伸与压缩的变形分析方法。
3.1 学习目标1. 了解直杆轴向拉伸与压缩的应力分布；2. 掌握直杆轴向拉伸与压缩的应力分析方法。
3.2 教学内容1. 直杆轴向拉伸与压缩的应力分布；2. 直杆轴向拉伸与压缩的应力分析方法。
3.3 教学活动1. 讲解直杆轴向拉伸与压缩的应力分布；2. 分析直杆轴向拉伸与压缩的应力分析方法。
第四章：拉伸与压缩时材料的力学性能4.1 学习目标1. 了解拉伸与压缩时材料的力学性能指标；2. 掌握拉伸与压缩时材料的力学性能分析方法。
4.2 教学内容1. 拉伸与压缩时材料的力学性能指标；2. 拉伸与压缩时材料的力学性能分析方法。
4.3 教学活动1. 讲解拉伸与压缩时材料的力学性能指标；2. 分析拉伸与压缩时材料的力学性能分析方法。
第五章：实例分析与应用5.1 学习目标2. 能够应用所学知识解决实际问题。
5.2 教学内容1. 直杆轴向拉伸与压缩的实例分析；2. 应用所学知识解决实际问题。
5.3 教学活动1. 分析直杆轴向拉伸与压缩的实例；2. 解决实际问题，巩固所学知识。
第六章：弹性模量的概念与应用6.1 学习目标1. 理解弹性模量的定义及其物理意义；2. 掌握弹性模量在材料力学中的应用。
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σ
拉 伸
P
P o
图 10-3
课题十 材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能 三、铸铁拉伸和压缩时的力学性能
将铸铁分别进行拉伸、压缩实验后，得知铸铁的抗压强度极限远高 于抗拉强度极限，破坏前塑性变形很小，破坏突然发生。在工程中，常 用铸铁、砖、石、混凝土等脆性材料制作受压构件。
课题十 材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能
一、低碳钢在拉伸时的力学性能
1、强度指标 由实验得出低碳钢拉伸时σ与ε的关系如图 10-1所示。由此可看出变形发展 的四个阶段——弹性阶段（ob段）、屈服阶段（bc段）、强化阶段（cd段）和颈 缩阶段（de段），得到三个有关强度性质的指标，即比例极限σp、屈服极限σs 和强度极限σb。σp表示了材料的弹性范围；σs是衡量材料强度的一个重要指 标，当应力达到σs时，杆件产生显著的塑性变形，无法正常使用；σb是衡量材 料强度的另一个重要指标， 当应力达到σb时，杆件出现颈缩 并很快被拉断 。
A A1 100% A
图 10-2
课题十 材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能
二、低碳钢在压缩时的力学性能
用短圆柱体低碳钢进行压缩试验，得出σ与ε的关系如图10-3所示。 由图可以看出，低碳钢压缩和拉伸时的σ-ε关系曲线在强化阶段以前重合， σp、σs、E相同。说明塑性材料既可以用作受拉构件，也可以用作受压构件。
低碳钢拉伸
图10-1
课题十 材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能
2、塑性指标 衡量材料塑性性能的指标是延伸率δ和断面收缩率ψ ，工程中通常按延伸 率的大小把材料分为两类：δ≥5%的材料叫做塑性材料，如低碳钢、铝、铜等；
δ<5%的材料叫做脆性材料，例如铸铁、石料、混凝土等。如图10-2Leabharlann l1 l 100% l