大连理工大学精品课程-材料力学性能-第二章-缺口静载荷试验
材料力学性能 第五章 缺口试样的力学性能.
§5.1 缺口顶端应力、应变状态
1 应力集中
缺口产生的影响，最显而 易见的，是应力集中。由于缺 口部分不能承受外力，这一部 分外力要由缺口前方的部分材 料来承担，因而缺口根部的应 力最大，离开缺口根部，应力 逐渐减小，一直减小到某一恒 定数值，这时缺口的影响便消 失了。
定义： G u ( 2a2 ) 2a (2a) (2a) E E
G是弹性应变能的释放率或者裂纹扩展力。
《材料力学性能》 第六章 断裂韧性基础
恒位移条件： 裂纹扩展释 放出的弹性 能是三角形 OAC的面积。
恒载荷条件： 外力做的功一 半用于弹性能 的增加，一半 用于裂纹扩展 裂纹扩展释所 需的弹性能是 三角形OAC的 面积。
事故2：美发射北极星导弹，固体燃料发动机壳体发射点火 后不久发生了爆炸。
？
传统的力学设计无法解释
？
？
《材料力学性能》 第六章 断裂韧性基础
传统力学设计准则： σ <[σ ],
而[σ ]，对塑性材料[σ ]=σ s/n， 对脆性材料[σ ]=σ b/n，其中n为安全系数。
传统力学设计的缺陷：把材料看成均匀的，没有缺陷的，没有裂纹的理想固
1
1
f
2E
s a
p
2
2E a
p
(1
s p
)
2
因为： p s
s 0 p
1
f
2E a
p
2
《材料力学性能》 第六章 断裂韧性基础
§6.2 裂纹扩展的能量判据
材料力学性能实验报告
大连理工大学实验报告学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___指导教师签字：成绩：实验一金属拉伸实验Metal Tensile Test一、实验目的Experiment Objective1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率φ的测定方法。
2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。
3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。
4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。
二、实验概述Experiment Summary金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。
此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。
在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。
用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。
三、实验用设备The Equipment of Experiment拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。
液压式万能实验机是最常用的一种实验机。
它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。
（一）加载部分The Part of Applied load这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。
其加载方式是液压式的。
在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(3)
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
假设一完整晶体受拉应力
F
作用后，原子间结合力与
引力
m
原子间位移的关系曲线如
a0
图 1-69 所 示 。 曲 线 最 大 值
2
原子位移x
斥力
m代表了晶体在弹性状态
下的最大结合力——理论
图1-69 原子间作用力与 原子位移曲线
断裂强度。作为近似，该曲线用正弦曲线表示：
由和式可得：m E ········· 2 a0 ···
另一方面，晶体脆性断裂时产生两个新的表面。
设单位面积的表面能为s，形成单位裂纹表面外力所 4 作的功U0应为-x曲线下所包围的面积：
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
U 0
2
m sin
2xdx
m
·········
材料的s实际上由表面能和塑性变形功组成，称为有效
表面能。塑性变形功与材料的有效滑移数目及裂纹尖端附近 可动位错数目有关。如bcc金属的有效滑移系数目多，但位 错受杂质原子的钉扎，可动位错数目少，易于脆性断裂。而
20 fcc金属的有效滑移系数目和可动位错数目都比较多，
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
适用于塑性变形 诱发的裂纹
2020年7月27日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期一
三、断裂理论的意义
前已述及，公式 c 2Gs 是金属材料屈服时产
ky d
生解理断裂的判据。那么，应该有
1
c s i kyd 2
1
(id 2 ky)ky 2Gs
1
考虑应力状态的影响，上式可写成 (id 2 ky)ky 2Gsq
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案解读
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
金属缺口试样静拉伸实验
1. 测定试样的σb (或σbN )、粗略确定σs，δK、ψK。
2. 观察了解不同几何形态的缺口对拉伸曲线、变形抗力、塑性及断口形貌的影响。
3. 了解材料在硬性应力状态和应力集中情况下的脆性趋向，测定材料的缺口敏感性指标 NSR。
1.实验前先记录试样的原始数据，每根拉伸试样拉断后及时记录相应数据。
2.认真阅读操作说明书。
3.控制加载速度，观察记录屈服点、最大载荷，观察缩颈现象。
4.及时记录断口形貌特征，观察裂纹源的位置和裂纹扩展方向。
1. 设备和仪器( 1 ) 材料拉伸试验机( 2 ) 测量显微镜( 3 ) 游标卡尺2. 试样试样材料为 45 钢，正火处理。
试样采用比例长试样。
按图 1.1 所示形状加工成具有不同缺口形状的缺口拉伸试样和光滑拉伸试样。
(1) 了解拉伸试验机的结构和原理(见操作步骤说明书) ，掌握操作方法。
(2) 将各拉伸试样进行编号放置，以便后续实验测试数据对应。
(3) 用游标卡尺分别测定各试样测试部位内最小直径 d0 ，并填入实验记录表(见附表)。
(4) 分别标定各试样标距 l0=100mm 。
对缺口拉伸试样，缺口部位应包括在标距内。
(5) 分别安装试样在试验机上进行拉伸实验加载。
在实验中，拉伸速度应为10-30n/mm2·s，加载必须平稳而无冲击。
记录拉伸最大载荷 Fb 值，同时由试验机自动绘出放大倍数 n 不低于 50 倍的拉力 -伸长曲线 F- △l。
(6) 屈服载荷 FS 的测定。
在本实验中采用规定残余伸长应力的测定方法。
在拉力 -伸长曲线 F- △l 上，自弹性直线段与伸长坐标轴的交点起确定一等于 0.2％· l0 · n 规定残余伸长的点，再从该点作弹性直线的平行线与拉伸曲线交于另一点，对应于另一点的载荷即为屈服载 Fs。
(7) 拉伸断裂载荷 FK 的测定。
根据拉力 -伸长曲线 F- △l 上的断裂点所对应的载荷确定。
(8) 试样拉伸后标距 lK 的测定。
2015年材料力学性能思考题大连理工大学讲解
一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的，或降低。
2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。
3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为与；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为和；按照微观断裂机理分为和；按作用力的性质可分为和。
4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加的现象，滞弹性应变量与材料、有关。
5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力；反向加载，规定残余伸长应力的现象。
消除包申格效应的方法有和。
6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。
7.过载损伤界越，过载损伤区越，说明材料的抗过载能力越强。
8. 依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为、、三类。
9．解理断口的基本微观特征为、和。
10．韧性断裂的断口一般呈杯锥状，由、和三个区域组成。
11．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为、和。
12.在α值的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。
一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；13.材料的硬度试验应力状态软性系数，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生。
14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为、和三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为、和。
15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样，所测得的冲击吸收功分别用、标记。
16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有、和。
17. 机件的失效形式主要有、、三种。
18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。
19.内耗又称为，可用面积度量。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(2)
建立符合塑性变形临界条件（屈服）的函数表达
式r=f()，该式对应的图形即代表塑性区边界形状，
其边界值即为塑性区尺寸。
由材料力学可知，通过一点的主应力1、2、 3和x、y、z方向上各应力分量的关系为：
7
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
1 x y
2
x
2
y
2
2 xy
1 K cos 1 sin
展。我们将x方向(＝0)的塑
性区尺寸r0定义为塑性区宽 度。
10
图4-2 裂纹尖端附近塑性区 的形状和尺寸
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
r0
1
2
K
ys
2
KI—应力场强度因子
ys—有效屈服应力
s—单向拉伸时的屈服强度 —泊松比
r0
1
2
K
s
2
（平面应力）
r0
(1 2 2
)2
、有效裂纹及KI的修正 由于裂纹尖端塑性区的存在，会降
低裂纹体的刚度，相当于裂纹长度的增
加，因而会影响应力场及KI的计算，所 以要对KI进行修正。最简单和实用的方 法是在计算KI时采用虚拟等效裂纹代替 实际裂纹。
20
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
如图4-5所示，裂纹a前方
区域未屈服前，y的分布曲线
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
KI≥KI(KIC)是一个很有用的关系式，它将 材料的断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸 的关系定量地联系起来了。应用这个关系式可 解决有关裂纹体的断裂问题：如可以估算裂纹
体的最大承载能力、允许裂纹尺寸a及材料断
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强度bn与光滑试样的抗拉强度b的比值来衡量，
称为缺口敏感度NSR(Notch Sentivity Ratio)，N
SR＝bn/b， NSR越大，缺口敏感性越小。脆
性材料的NSR总是小于1，表明缺口根部尚未 发生明显塑性变形时就已经断裂了。高强度材 料NSR一般也小于1，塑性材料的 NSR大于1。 NSR也是安全性的力学性能指标。 21
下的应力分布
5
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 纵向伸长将引起横向收缩。若在缺口附近不 同距离内取若干同样大小的微单元，离缺口最近 的微单元y最大，产生的纵向伸长也最大，相应 的横向收缩也最大，与其相邻的微单元y相对较 小，横向收缩也较小，即这些微单元在x方向的收 缩量各不相等。横向收缩将引起相邻微单元间的 分离，但材料的变形是连续的，各微单元被联系 在一个整体内，不能自由收缩，受到约束，这样 6 就在x方向存在一个拉应力x。
态下，尽管应变是二向的，应力却是三向的。
11
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
按Tresca 判据：1＝s/(1-2)。 按Mises判据： 1＝s/(1-2)。 这表明在平面应变且1＝2的情况下，屈服条件 可写成： 1＝ys＝s/(1-2)，以金属材料为例，取 ＝0.3，则ys＝2.5s。可见一旦出现三向拉伸的应
(1－2)2+ (2－3)2+ (3－1)2=2s2，认为在三向应力作用
下，形状改变比能达到材料在单向拉伸屈服时的形状改变
比能时，材料就会屈服。同样可得：1＝s。这个结果表 明，在平面应力且1＝2的情况下，如果把屈服时的最大 主应力叫做有效屈服应力ys，则屈服条件可写成： 1＝ ys ＝s，即有效屈服应力与单向拉伸时的屈服应力相同。 ❖平面应变状态：此时1≠0，2≠0，3＝0。我们同样设定 1＝2，由广义胡克定律：3＝21。可见在平面应变状
9 在x-y平面内，板厚方向的变形为零。
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 ❖平面应力状态：1≠0，2≠0，3＝0。
为简化讨论，取1＝2。
由广义胡克定律可得：
1 2 1 1, 3 2 1
E
E
广义胡克定律
1 1 [ 1 ( 2 3)]
E
2 1 [ 2 ( 3 1)]
24
缺口 第一阶段 第二阶段 最终破断区 裂纹扩展方向
图2-18 缺口试样偏斜拉伸断口形貌
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
轴向拉伸断口
25
偏斜拉伸断口
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 三、缺口试样静弯曲试验 缺口试样静弯曲试验 也可显示材料的缺口敏感 性，由于缺口和弯曲所引 起的应力不均匀性叠加， 使试样缺口弯曲的应力分 图2-19 缺口静弯曲试验的试样及装置 布不均匀性较缺口拉伸更 甚。图2-19为缺口静弯曲 26 试验的试样及装置。
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
缺口的一个重要现象是在
其根部产生三向应力状态，对
y
材料屈服和塑性变形起到约束
作用。我们先讨论薄板缺口试
样的应力分布。如图所示，在
一薄板边缘开有缺口，当薄板
处于弹性范围内时，缺口截面
图2-11 薄板缺口拉伸弹性状态
上的轴向应力y分布如图所示。
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
缺口顶端的最大应力取决于缺口的几何参 数——形状、深度、角度及根部的曲率半径，以 曲率半径影响最大，缺口越尖锐，应力集中越严 重。应力集中程度可以用理论应力集中系数Kt表示：
Kt＝max/，max—最大应力，—平均应力。 Kt值
与材料无关，只决定于缺口的几何形状，可从手 册查到。比如，若缺口为椭圆形， Kt＝1＋2a/b，a、 b分别为椭圆的长短轴；若缺口为圆形，则Kt＝3。 4
8
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
厚板拉伸时，垂直板 厚方向的变形受到约束，
此时：z＝(x＋y)。
y z
x
厚板缺口拉伸时弹性
状态下的应力分布如图2-13
所示。
图2-13 厚板缺口拉伸弹性状态 下的应力分布
缺口根部为两向应力状态，缺口内侧为三向应力状态，极限 情况下z方向的变形为零，这种状态称为平面应变状态－变形只发生
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 图2-20为静弯曲曲线：在 Fmax时形成裂纹，在F1时裂纹扩 展到临界尺寸，随即失稳断裂。 曲线下面所包围的面积分为三个 区域，其所占面积分别表示弹性 变形功、塑性变形功和断裂功的 图2-20 缺口试样静弯曲曲线 大小。断裂功的大小取决于材料的塑性，塑性好的材料裂纹 扩展慢，断裂功大，故可用断裂功或Fmax/ F1来表示材料的缺 口敏感度。断裂功大或Fmax/ F1值大，缺口敏感性小，反之， 缺口敏感性大，如Fmax/ F1＝1，说明表面裂纹扩展极快，金 27 属产生突然的脆性断裂，缺口敏感性最大。
力状态，材料要在高得多的有效屈服应力下才会开 始塑性变形，而此时应力很可能接近甚至达到材料 的断裂强度而造成脆断。 12
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
两种判据给出了相同的结果是在特定条件(1＝2)
下产生的，一般情况下二者不会相同，在实验中发 现，Mises判据的结果更接近实际情况。
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
随着x的增加，y梯度逐渐平缓，各 单元间横向收缩差也减小，x也逐渐减小，
于是带有缺口的薄板试样在弹性变形阶段
的应力分布为双向应力： x和y。由于板
材薄，在厚度z方向可以自由变形，因此
z=0。这种只在两个方向上存在应力的状
态称为平面应力状态。
后由表面向内部扩展，
缺口
如果缺口比较钝或材料
纤维区
塑性好，裂纹源也可能
放射区
在试样心部形成，但由
最终破 断区
于试样受表面缺口约束，
裂纹扩
展方向
一般不存在剪切唇。
图2-17 缺口试样轴向拉伸断口形貌
23
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
在缺口偏斜拉伸情 况下，裂纹的扩展是不 对称的，断口形貌更为 复杂，如图2-18所示， 其初始阶段可能是纤维 状的，第二阶段则可能 是放射状的，当初始阶 段和第二阶段相交时便 形成了最终破断区。
心。可以预料，试样中心区的y 最大。
由此可见，在存在缺口的条件下出现了三 向应力状态并产生了应力集中，试样的屈服应 力比单向拉伸时高，产生了所谓“缺口强化” 现象。
18
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
必须指出，“缺口强化”并不是金 属的内在性能发生变化，纯粹是由于三 向拉伸应力约束了塑性变形所致，所以 不能把“缺口强化”作为强化金属材料 的手段。“缺口强化”也提高了材料的 抗拉强度，但是使材料塑性大大降低， 脆性断裂倾向增大，这是缺口的第二个 19 效应。
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
缺口试样如图2-10所示。图(a)为力线分布，在
载荷作用下，远离缺口处力线是均匀分布的，但在
缺口附近由于截面积减小
使力线密集，应力加大，
缺口顶端应力最大，如
图(b)所示，向内部逐渐
减小，产生了应力集中
现象。 3
图2-10 缺口试样应力集中现象
斜角有4º和8º两种，一般也用缺口
试样的抗拉强度与光滑试样的抗拉 强度之比表示缺口敏感度。
22
图2-16 缺口偏斜拉伸装置
1－试样 2－试验机夹头 3－垫圈 4－试样螺纹夹头
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
缺口试样轴向拉伸断口形貌如图2-17所示。可
以看出，由于缺口的存在，裂纹源位于缺口处，然
E
3 1 [ 3 ( 1 2)]
E
可见在平面应力状态下，尽管应力为二向，应变
却是三向的。按(Tresca)屈服判据：1－3＝s，材
料受到的max达到单向应力作用下屈服所对应的max
时材料就会屈服，此时：1＝s。
10
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
按米赛斯(Mises)屈服判据：
材料力学性能
Mechanical properties of materials
第二章：缺口静载荷试验
材料科学与工程学院
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 第五节 缺口试样静载荷试验 一、缺口效应 实际机件往往存在截面的变化，如健 槽、油孔、螺纹等，这种截面变化的部 位可视为缺口，在静载荷的作用下，与 光滑试样相比，缺口截面应力状态将发 生变化，产生所谓“缺口效应”，从而 2 影响材料的力学性能。
两向或三向不等拉伸的应力状态软性系数0.5，
使金属难以产生塑性变形。很难通过缺口根部极为 有限的塑性变形使应力重新分布，往往直接由弹性 变形过渡到断裂。由前述可知，缺口顶端的三向应
力分布以y最高。当其超过材料的s时将产生局部
塑性变形，我们来讨论产生了塑性变形时缺口试样 的应力分布。 14
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
进行缺口偏斜拉伸试验时，试样同时承受拉伸和弯
曲载荷的复合作用，故其应力状态更硬，缺口截面上的
应力分布更不均匀，因而更能显示
缺口敏感性，比如螺栓既带有缺口，
工作时也难免有偏斜。缺口偏斜拉
伸装置如图2-16所示。在试样与试