材料在静载条件下的力学性能
材料在静载下的力学性能
图2－9 缺口试样应力集中现象
2020/5/4
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。
行为。
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Z
σz
复杂应力状态用 受力点单元六面体 的六个应力分量表 示。正应力导致脆 断，切应力导致韧
τyx
τxy
σx σy
X
断。
Y
单元六面体上的应力分量
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第一节、应力状态软性系数
材料在不同应力状态下，所表现出来的力学性能是不同的。 根据材料力学知识，任何复杂的应力状态可分为三个主应 力σ1、σ2、σ3来表示。而最大应力可以由主应力表示。
曲力，按弹性弯曲公式计算的最大弯曲应力。 ●从弯曲力—挠度曲线上B点上读取相应的弯
曲力Fbb（或从测力盘上直接读取），按前面 公式计算出最大弯曲力矩Mbb，然后算出试 样抗弯截面系数W，继而计算出抗弯强度σbb
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淬火温度对合金工具钢抗抗弯强度的影响
840℃ 855℃870℃
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2020/5/4
1.弹性状态下的应力分布
图2－10 薄板缺口拉伸时弹 性状态下的应力分布
轴向应力σy在缺口根部最大，并
y
随着离开根部的距离加大而降低。
在根部产生应力应变集中效应。
第一缺口效应：应力应变集中
《材料性能学》课后答案
《材料性能学》课后答案《⼯程材料⼒学性能》（第⼆版）课后答案第⼀章材料单向静拉伸载荷下的⼒学性能⼀、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作⽤下，应变落后于应⼒现象。
静⼒韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
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。
⽐例极限：应⼒—应变曲线上符合线性关系的最⾼应⼒。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。
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。
解理⾯：在解理断裂中具有低指数，表⾯能低的晶体学平⾯。
韧脆转变：材料⼒学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断⼝特征由纤维状转变为结晶状）。
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。
是⼀个强度与塑性的综合指标，是表⽰静载下材料强度与塑性的最佳配合。
⼆、⾦属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是⼀个对结构不敏感的⼒学姓能?答案：⾦属的弹性模量主要取决于⾦属键的本性和原⼦间的结合⼒，⽽材料的成分和组织对它的影响不⼤，所以说它是⼀个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。
改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不⼤。
三、什么是包⾟格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包⾟格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。
特别是弹性极限在反向加载时⼏乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形⽴即开始了。
包⾟格效应可以⽤位错理论解释。
第⼀，在原先加载变形时，位错源在滑移⾯上产⽣的位错遇到障碍，塞积后便产⽣了背应⼒，这背应⼒反作⽤于位错源，当背应⼒(取决于塞积时产⽣的应⼒集中)⾜够⼤时，可使位错源停⽌开动。
材料在静载荷下的力学性能
k
l0
延伸率测量值与试样尺寸有关
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
l b l u ml 0 n A0 m n A0
k
l0
b
u
l0
l0
A0 l0
必须取常数，(1/11.3或1/5.65)
(2) 断面收缩率ψ
A0 Ak 100%
A0
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
1.1.2 脆性材料的拉伸性能
＜1 表示硬的应力状态。
对于不同的材料，其力学性能指标τs,τK和σK也 各不相同，只有选择与应力状态相适应的试验 方法进行试验时，才能显示出不同材料性能上 的特点。
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
1.2.2 扭转
试 样：圆柱形试样 试验过程：试样两端施加扭矩，随扭矩增加，
标距间两个截面产生相对转动， 测量扭矩与扭转角关系曲线 －扭转图。
SP Ai
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
根据在塑性变形前后材料体积不变的近似假定，即
A0l0 Aili
则得到 S P P l i l 0 l (1 l )
Ai A0 l 0
l0
l0
所以 S (1 )
RAL 1 材料在静载荷下的力学性能
真应变：瞬时应变
n
l e d
整个长度上的塑性变形始终是均匀发生的，不出现静拉伸时所出现的颈缩现象， 因此，对于那些塑性很好的材料，用这种试验方法可以精确地测定其应力和应 变关系。
③ 扭转试验可以明显地区别材料的断裂方式是正断还是切断。 ④ 扭转试验时，试样横截面上沿直径方向切应力和切应变的分布是不均 匀的，表面的应力和应变最大。因此，扭转可以灵敏地反映材料的表面缺陷， 如金属工具钢的表面淬火微裂纹。还可以用扭转试验的这种特点对表面淬火、 化学热处理等表面强化工艺进行研究。 ⑤ 扭转试验的缺点是：截面上的应力分布不均匀，在表面处最大，越往 心部越小。对显示材料体积性缺陷，特别是靠近心部的材质缺陷不敏感。
材料力学性能-第一章-塑性变形(1)
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
滑移面－原子最密排的晶面 滑 移
滑移方向－原子最密排方向 系
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 <110>
(111)
体心立方
面心立方
密排六方
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
例如，温度升高时，bcc金属可能沿{112}及 {123}滑移，这是由于高指数晶面上的位错源容 易被激活。轴比为1.587的钛(hcp)中含有氧和氮 等杂质时，若氧含量为0.1％，滑移面为(1010)， 当氧含量为0.01％时，滑移面变为(0001)。由于 hcp金属只有三个滑移系，所以其塑性较差，并 且这类金属塑性变形程度与外加应力方向有很大 关系。
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 τ
图1-15 晶体中通 过位错运动造成 滑移的示意图
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
位错运动过程中滑移面上原子位移情况如
图1-16所示。当晶体通过位错运动产生滑移时，
只在位错中心的少数原子发生移动，而且它们
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 滑移变形的特点： 滑移只能在切应力作用下发生，产生 滑移的最小切应力称为临界切应力；
滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面 和晶向发生，这是因为原子密度最大的 晶面和晶向之间的间距最大，原子结合 力最弱，产生滑移所需切应力最小。
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
为了降低两个不全位错间
材料力学性能(Mechanical Properties of Materials)
第1章材料在静载下的力学行为1.1 材料在静拉伸时的力学行为概述静拉伸是材料力学性能试验中最基本的试验方法。
用静拉伸试验得到的应力－应变曲线，可以求出许多重要性能指标。
如弹性模量E，主要用于零件的刚度设计中；材料的屈服强度σs和抗拉强度σb则主要用于零件的强度设计中，特别是抗拉强度和弯曲疲劳强度有一定的比例关系，这就进一步为零件在交变载荷下使用提供参考；而材料的塑性，断裂前的应变量，主要是为材料在冷热变形时的工艺性能作参考。
图1－1 几种典型材料在温室下的应力－应变曲线图1-1表示不同类型材料的几种典型的拉伸应力－应变曲线。
可见，它们的差别是很大的。
对退火的低碳钢，在拉伸的应力-应变曲线上，出现平台，即在应力不增加的情况下材料可继续变形，这一平台称为屈服平台，平台的延伸长度随钢的含碳量增加而减少，当含碳量增至0.6%以上，平台消失，这种类型见图1-1a；对多数塑性金属材料，其拉伸应力-应变曲线如图1-1b所示，该图所绘的虽是一铝镁合金，但铜合金，中碳合金结构钢(经淬火及中高温回火处理)也是如此，与图1-1a不同的是，材料由弹性变形连续过渡到塑性变形，塑性变形时没有锯齿形平台，而变形时总伴随着加工硬化；对高分子材料，象聚氯乙烯，在拉伸开始时应力和应变不成直线关系，见图1-1c，即不服从虎克定律，而且变形表现为粘弹性。
图1-1d为苏打石灰玻璃的应力-应变曲线，只显示弹性变形，没有塑性变形立即断裂，这是完全脆断的情形。
工程结构陶瓷材料象Al2O3，SiC等均属这种情况，淬火态的高碳钢、普通灰铸铁也属这种情况。
1.2 金属材料的弹性变形1.2.1 广义虎克定律已知在单向应力状态下应力和应变的关系为：一般应力状态下各向同性材料的广义虎克定律为：其中：如用主应力状态表示广义虎克定律,则有1.2.2 弹性模量的技术意义工程上把弹性模量E、G称做材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力。
在机械设计中，有时刚度是第一位的。
材料力学性能-第一章-弹性的不完整性
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。
时间
应力
A
B
O
ea
c d
H
应变
b
图1-7. 滞弹性示意图
2021年11月12日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期五
影响因素 材料成分；组织；实验条件；
材料的组织越不均匀，滞弹性越明显。如钢 淬火或塑性变形后，增加了组织的不均匀性，滞 弹性倾向增大。
如图1-9所示，设Tk和 Tk+1为自由振动相邻振幅 的大小，则循环韧性：
ln
Tk Tk 1
图1-9. 自由振动衰减曲线
2021年11月12日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期五
循环韧性的意义：材料的循环韧性越高，则机 件依靠材料自身的消振能力越好。因此，高的 循环韧性对于降低机械噪声，抑制高速机械振 动，防止共振导致疲劳断裂是非常重要的。飞 机螺旋桨、气轮机叶片需要高δ；而追求音响效 果的元件如音叉、簧片等要低δ；灰铸铁的δ 大，常用来作机床的床身、发动机的缸体和支 架等。
p和t是在试样加载时直接从应力-应 变曲线上测量的，而r则要求卸载测量。由
于卸载法测定比较困难，而且效率低，而 加载中测试半径效率高，而且易于实现测 量的自动化，所以在材料屈服抗力评定中
更趋于采用p和t。而t在测试上比p方便， 所以，在大规模工业生产中，一般采用t的
测定方法提高效率。
2021年11月12日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期五
2021年11月12日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期五
在仪表和精密机械中，选用重要传 感元件的材料时，需要考虑滞弹性问 题，如长期受载的测力弹簧、薄膜传感 件等，如选用的材料滞弹性比较明显， 会使仪表精度不足甚至无法使用。还有 经过较直的工件放置一段时间以后又会 弯曲，就是由于滞弹性造成的。
材料力学性能-第一章-塑性变形(5)
S
S e
S dS de
dS e de
开始均匀塑性变形点
eB
e
图1.44 缩颈判据图解
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二
但颈缩一旦产生，颈缩区
中心部位的径向收缩受到
约束，单向应力状态就变
1
为三向应力状态，此时，
a
要继续塑性变形就必须提
高轴向应力，因而颈缩处
t r
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二
十三、韧性和韧度
韧性是金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂 功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力。而韧度 是衡量材料韧性的力学性能指标，又分为静力韧度、 冲击韧度、断裂韧度，如静力韧度是指静拉伸时单 位体积材料断裂前所吸收的功，是强度和韧性的综 合指标，可理解为应力-应变曲线下所包围的面积：
e L dl ln L ln(1 )
L L 0
L0
同理可得真实断面收缩率＝－e，即真实
的应变和断面收缩率在绝对值上是相等的。
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二 OP段：弹性变形阶段； PB段：均匀塑性变形阶段， S =ken，n为应变 硬化指数。 BK段：不均匀塑性变形阶段，至K点断裂。
dF d(SA) AdS SdA 0 (1)
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二 材料塑性变形时体积不变dV=0，可得：
dV d(AL) AdL LdA 0
dA dL de d(ln(1 )) d (2)
AL
1
联立(1)和(2)，可得：S dS （ 3） de
部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影 响。
使用性能是指料在使用条件下表现出来的性能如力学性能
工程材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指材料在使用条件下表现出来的性能如力学性能、物理性能和化学性能；工艺性能是指材料在加工过程中反映出的性能如切削加工性能、铸造性能、塑性加工性能、焊接性能和热处理性能等。
其具体的分类如下：一、强度、刚度、塑性、硬度材料在静载荷的作用下所表现出的各种性能称为静态力学性能。
材料的静态力学性能可以通过静载试验确定，该试验可以确定材料在静载荷作用下的变形（弹性变形、塑性变形）和断裂行为，这些数据广泛应用于结构载荷机件的强度和刚度设计中，也是材料加工工艺有关材料变形行为的重要资料。
在生产金属材料的工厂，静载试验是检验材料质量的基本手段之一。
此外，科学工作者也能够从材料的变形和断裂行为的分析中得到很多有关材料性能的重要资料，这些资料对于研究和改善材料的组织与性能十分必要。
一、拉伸试验拉伸试验是工业上应用最广泛的金属力学性能试验方法之一。
这种试验方法的特点是温度、应力状态和加载速率是确定的，并且常用标准的光滑圆柱试样进行试验。
通过拉伸试验可以揭示材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即弹性变形、塑性变形和断裂。
还可以标定出材料最基本的力学性能指标，如屈服强度σ、抗拉强度σb、断后伸长率δ和断面收材料的性能使用性能工艺性能强度、硬度、塑性和韧性等室温下抵抗各种化学作用的性能高温下抵抗各种化学作用的性能密度、熔点、磁性、导电导热性、热膨胀性等缩率ψ。
1、拉伸试验曲线拉伸试验曲线有以下几种表示方法：（1）载荷－伸长曲线（P-ΔL）这是拉伸试验机的记录器在试验过程中直接描画出的曲线。
P是载荷的大小，ΔL指试样标距长度L0受力后的伸长量。
（2）工程应力－应变曲线（σ－ε曲线）令F0为试样原有的横截面面积，则拉伸应力σ＝P / F0，拉伸应变ε＝ΔL / L0。
以σ－ε为坐标作图得到的曲线就是工程应力－应变曲线，它和P-ΔL曲线形状相似，仅在尺寸比例上有一些差异。
图2－1为低碳钢的拉伸曲线。
工程材料的力学性能
练习题二
某工厂买回一批材料（要求： бs≥230MPa；бb≥410MPa；δ5≥23%； ψ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ 0=10mm）拉伸试验，结果如下： Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm； d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？
时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球 在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏 硬度值为120。
布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头 还硬的材料。
适于测量退火、正火、调质钢,铸铁及有色金属的硬度。
2．洛氏硬度：
延伸率 延伸率与试样尺寸有关；δ5、δ10 (L0=5d,10d)
思考:同一材料δ5 ＞ δ10？
断面收缩率
> 时，无颈缩，为脆性材料表征；
拉
< 时，有颈缩，为塑性材料表征。
伸 试
样
的
颈
缩
现
象
断裂后
练习题一
拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试 验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为 71mm，颈缩区的最小直径为4.9mm，试求该材料的伸长率 和断面收缩率的值？
介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、 弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出 的力学特征。
指标 : 弹性 、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲击韧
性 、断裂韧度和疲劳强度等。
材料力学性能复习
材料⼒学性能复习第⼆章材料在静载荷下的⼒学性能1.连续塑性变形强化材料和⾮连续塑性形变强化材料曲线、变形过程、屈服强度。
2.指出以下应⼒应变曲线与哪些典型材料相对应，并对其经历的变形过程做出说明。
3.拉伸断裂前，发⽣少量塑性变形，⽆颈缩，在最⾼载荷点处断裂；4.断裂前先发⽣弹性变形，然后进⼊屈服阶段，之后发⽣形变强化+均匀塑性变形，有颈缩现象，再发⽣⾮均匀塑性变形直⾄断裂；5.应⼒状态软性系数的定义及其意义、应⼒状态图的应⽤。
6.画出低碳钢的应⼒应变曲线，并说明获得该材料的强度和塑性指标？⽐例极限弹性极限屈服极限强度极限断裂强度延伸率断⾯收缩率7.⼯程应⼒、⼯程应变、真应⼒和真应变之间有什么关系?8.为什么灰⼝铸铁的拉伸断⼝与拉伸轴垂直，⽽压缩断⼝却与压缩⼒轴成45o⾓？9.材料为灰铸铁，其试样直径d=30mm，原标距长度h。
=45mm。
在压缩试验时，当试样承受到485kN压⼒时发⽣破坏，试验后长度h=40mm。
试求其抗压强度和相对收缩率。
10.布⽒、洛⽒、维⽒硬度的试验原理、特点、应⽤。
11.现有如下⼯件需测定硬度，选⽤何种硬度试验⽅法为宜? (1) 渗碳层的硬度分布；(2)灰铸铁；(3)淬⽕钢件；(4)氮化层；(5)双相钢中的铁素体和马⽒体；(6)⾼速钢⼑具；(7)硬质合⾦；(8)退⽕态下的软钢。
第三章材料的变形12.⾦属的弹性模量主要取决于什么?材料的弹性模量可以通过材料热处理等⽅式进⾏有效改变的吗？为什么说它是⼀个对结构不敏感的⼒学性能？弹性也称之为刚度，都是表征材料变形的能⼒？特点：单值性，可逆性，变形量⼩；物理本质：克服原⼦间⼒（双原⼦模型）组织不敏感：E主要取决于材料的本性，与晶格类型和原⼦间距有关，合⾦中固溶原⼦、热处理⼯艺、冷塑性变形，温度、加载⽅式等都对弹性模量影响不⼤；刚度：弹性与刚度是不同的，弹性表征材料弹性变形的能⼒，刚度表征材料弹性变形的抗⼒。
13.弹性变形的不完整性？灰⼝铸铁可以⽤作机床机⾝，为什么？对理想弹性体，在应⼒作⽤下产⽣的应变，与应⼒间存在三个关系：线性、瞬时和唯⼀性。
材料性能学(2)
5）特点
优点：压痕面积大，能反映较大区域内各组成相的平均性能；
数据稳定，重复性好。 缺点：压痕面积大，不宜在成品件上检验；
不同材料需更换D和F；
压痕直径测量麻烦。
2。洛氏硬度(Rockwell Hardness)
1）压头 圆锥角为120°的金刚石圆锥，淬火钢球。 2）试验方法 施加F1 施加F2 卸载F2
（kgf/mm2）
布氏硬度计
3）表示方法
数字＋硬度符号＋数字／数字／数字
硬度值 钢球直径 载荷大小 载荷保持时间
如：280HBS10/3000/30
4）F与D的选配
压痕几何相似原理
d Dsin( 2)
F 2 D 2 (1 1 sin 2 ( 2) )
HB
F/D2的比值：30，15，10，5，2.5，1.25，1
→
缺口效应的定义： 材料在弹性状态下，由于缺口的存在，导致受载后在缺口 处的应力集中，并且使得平板材料所受到的应力状态由单 向改为双向（平面应力时）或三向（平面应变时）应力状 态，增加了材料的脆化趋势；材料在塑性状态下，由于缺 口的存在，试样的屈服应力比单向拉伸时的要高，从而产 生“缺口强化”现象。我们把这种由于缺口的存在导致材 料应力应变状态及材料性能改变的现象称为~ 缺口效应的特点： 1、应力集中、应变集中 2、应力状态发生改变：单向→双向（平面应力时）或三向 （平面应变时） 3、 “缺口强化”现象纯粹是由于三向应力状态约束了材料 塑性变形所致，此时材料本身的屈服强度值并未发生变化。 4、
11、正断一定是脆性断裂（） 12、沿晶断裂可能是脆性断裂，也可能是韧性断 裂（） 13、试样应力状态决定于加载方式和零件形状（） 14、α＝ ηmax /ζmax ，则α↑，表示材料脆性断 裂的可能性↓，那么ηs /ζf ↑，表示材料脆性 断裂的可能性↓（） 15、变形过程中不发生塑性变形的材料，最终断 裂一定是正断（） 16、应力集中的产生是由于构件截面减少使应力 有所增大引起的（） 17、在外力作用下有塑性变形的材料必定是塑性 材料（）
材料性能学王从曾答案
材料性能学王从曾答案【篇一：材料性能学】002362 、课程名称（中、英文）材料性能学an introduction to materials properties3 、授课对象材料科学与技术试验班、材料物理专业本科生4 、学分3 学分，54学时5 、修读期第六学期或第七学期6 、课程组负责人（姓名、所在学院、职称、学位）潘春旭，物理科学与技术学院，教授，博士7 、课程简介该课程涉及知识面宽，信息量大，基础性强。
主要讲授材料各种性能的基本概念、物理（化学）本质、影响材料性能的因素及性能指标的测试原理与工程应用等。
主要内容包括：1）材料的力学性能：材料在静载条件下的力学性能、冲击韧性、断裂韧性、疲劳性能、磨损性能，以及高温力学性能等；2）材料的物理性能：材料的热学性能、磁学性能、电学性能、光学性能、压电及铁电性能等。
8、实践环节学时与内容或辅助学习活动实验课4学时“断口形貌的电镜观察”；看专题录像 2 学时；课堂讨论课6 学时，要求学生就材料的光学效应、材料的疲劳性能、材料的磨损性能、材料的高温力学性能、材料的腐蚀效应，等内容，写出课堂论文，并做成ppt 文件在班上演讲。
9 、成绩考评期末考试笔试：50% ；平时成绩15％；撰写小论文：35％10 、指定教材《材料性能学》王从曾主编，刘会亭主审，北京工业大学出版社，2001 年。
11 、参考书目《材料物理性能》田莳编著，北京航空航天大学出版社，2001 年。
《工程材料力学性能》刘瑞堂、刘文博、刘锦云编，哈尔滨工业大学出版社，2001 年。
【篇二：材料性能学复习总结（王从曾版）l 力学部分】=txt> 第一章1. 熟悉力——拉伸曲线和应力——应变曲线的测试方法。
（书本p1）常用的拉伸试件:为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样的几何相似，l0 ／a01/2 要为一常数．其中a0 为试件的初始横截面积。
光滑圆柱试件:试件的标距长度l0 比直径d0 要大得多；通常，l0=5d0 或l0=10d0板状试件: 试件的标距长度l0 应满足下列关系式：l0=5.65a01/2 或11.3a0 1/2 。
材料力学性能02讲解
哈尔滨工业大学材料学院 朱景川
第一章 材料静载力学性能试验
S1-1 拉伸试验与拉伸曲线
1.拉伸试验条件：
光滑试样、轴向(准)静载
拉伸试样
1)圆形截面
2)矩形截面
t b
l0
l0 11.3 A0 或 l0 5.65 A0
l0=10d0 l0= 5d0
2.拉伸曲线:P-L或-
ln L ln L0 L ln(1 )
L0
L0
1 1 1
1
均匀变形阶段真实应变与工程应变之间的差别
(%) 3.00 7.00 10.00 20.00
(%) 2.95 6.75 9.53 18.23
(%) 2.91 6.54 9.09 16.66
2.真应力-真应变曲线
(考慮橫向收缩及颈缩 所致多向應力)
necking
工程应力-应变曲线与真应力-真应变曲线
典型金属真应力-真应变曲线
3.加工硬化现象
Hollomon关系式 ln s ln K n ln s K n
加工硬化指数n 加工硬化率ds/d
ds nK n1 d
2.拉伸曲线:P-L或-
P
或
L或
不同材料的应力—应变关系示意图
3.典型材料拉伸曲线:
R Fe e S0
强化阶段
低碳钢拉伸曲线
R Fm
m
S0
颈缩阶段
屈服阶段
冷作硬化
线弹性阶段
A
L 1 L0 L0
100%
Z
A0 A1 A0
100%
无明显屈服的塑性材料拉伸曲线
几种金属材料室温下的K、n值
混凝土静载实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过混凝土静载实验，了解混凝土在静力作用下的力学性能，包括抗压强度、抗折强度和弹性模量等。
通过实验，加深对混凝土结构力学性能的认识，为实际工程应用提供理论依据。
二、实验原理混凝土静载实验是通过在混凝土试件上施加静力荷载，测量其应力、应变和变形等参数，从而得出混凝土的力学性能指标。
实验中，通常采用单轴压缩实验和抗折实验两种方法。
三、实验材料与设备1. 实验材料：- 混凝土试件：标准立方体试件（150mm×150mm×150mm）和标准棱柱体试件（150mm×150mm×300mm）。
- 水泥：符合国家标准的普通硅酸盐水泥。
- 砂：中粗砂，符合国家标准的级配要求。
- 石子：碎石，符合国家标准的级配要求。
- 水：符合国家标准的自来水。
2. 实验设备：- 混凝土静载实验机：用于施加静力荷载。
- 应变仪：用于测量混凝土试件的应变。
- 荷载传感器：用于测量混凝土试件所受荷载。
- 千分表：用于测量混凝土试件的变形。
- 秒表：用于记录实验时间。
四、实验步骤1. 准备试件：将混凝土试件加工成标准尺寸，并确保表面平整。
2. 涂抹凡士林：在试件表面涂抹一层凡士林，以防止试件在实验过程中发生滑移。
3. 安装试件：将试件放置在实验机上，确保试件中心与实验机中心对齐。
4. 施加荷载：按照实验要求，缓慢施加静力荷载，直至试件破坏。
5. 测量数据：在实验过程中，记录荷载、应变和变形等参数。
6. 计算结果：根据实验数据，计算混凝土的抗压强度、抗折强度和弹性模量等指标。
五、实验结果与分析1. 抗压强度：本次实验测得混凝土的抗压强度为30.2MPa，符合设计要求。
2. 抗折强度：本次实验测得混凝土的抗折强度为4.8MPa，符合设计要求。
3. 弹性模量：本次实验测得混凝土的弹性模量为3.2×10^4MPa，符合设计要求。
通过实验结果分析，可以看出，本次实验所制备的混凝土试件力学性能良好，满足设计要求。
力学性能
压
拉
29
灰铸铁试样拉断 后的断口
低碳钢试样拉断 后的断口呈杯锥状
30
请思考：
图示三种材 料的拉伸应力－ 应变曲线，试比 较它们的强度、 刚度和塑性。
31
二、硬度试验
☆ 硬度：材料抵抗其他硬物压入的能力，即受压 时抵抗局部塑性变形的能力。
布氏硬度原理
洛氏硬度原理
维氏硬度原理
32
a. 布氏硬度
t
疲劳源
光滑区 光滑区 (裂纹扩区)
疲劳破坏过程：疲劳裂纹萌生、逐渐扩展和最后断裂的过程。
47
疲劳强度
☆ 疲劳：材料在交变应力长时间作用下，在小于屈 服点的应力下发生断裂。 ☆ 疲劳极限(强度) ：材料能承受规定次数应力循 环而不断裂的最大应力。 钢铁材料规定次为107 对称循环疲劳极限(强度) σ
力学性能包括弹性、刚度、强度、塑性、硬度、冲 击韧性及疲劳强度等。
金属材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。 根据载荷作用性质不同，可以分为静载荷和动载荷。
3
静载时材料的力学性能
静载：对试样缓慢加载，常用静拉伸试验和硬度试验。
拉 伸 试 验 机
布 氏 硬 度 计
4
一、静拉伸试验
标准试样
l
11
b a
e p
o
Ｅ
1
当应力超过b点以后，若再卸除载荷，部分变 形随之消失(弹性的)，但仍有部分变形不会消失， 这 部 分 变 形 称 为 塑 性 变 形 (plastic deformation) （残余变形或永久变形）。
12
b、屈服阶段bc
此时应力基本 上不变，但应变却 迅速增长，说明材 料暂时失去抵抗变 形的能力，好像在 流动，这种现象称 为材料的屈服或流 动。
《工程材料》材料的静载力学性能
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
②抗拉强度σb 抗拉强度是指材料在拉断前所能承受的 最大应力，即
Fb b S0
对于脆性材料及不形成颈缩的塑性材料，其最 高的拉伸载荷是断裂载荷，因此其抗拉强度代表了 材料的断裂抗力。对于形成颈缩的塑性材料，其抗 拉强度代表产生最大均匀变形的抗力，表示材料在 静拉伸条件下的极限承载能力，这是选择高分子和 陶瓷材料的依据。
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
1.1.3塑性
• 塑性是材料产生塑性变形而不被破坏的能力。 常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率。
塑性变形试验机
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
14
常用塑性指标：
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
1.1.4硬度
材料在表面局部体积内抵抗变形，特别是 塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度，其物 理意义是指材料表面抵抗比它更硬的物体局部 压入时引起塑性变形的能力。
应力 = F/S0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
σ-ε曲线
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
弹性 E=/
强度 s、 b 塑性
=(L1-L0)/L0
=(F0-F1)/F0 拉伸曲线
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
属维氏硬度试验方法》进行。
《工程材料》化学工业出版社 伍强主编
其它硬度
②显微硬度HV
用于材料微区硬度 ( 如单个晶粒、
夹杂物、某种组成相等 ) 的测试，可 参照 GB4342-84《金属显微维氏硬度