真实应力-真实应变曲线的测定
实验六 真实应力—应变曲线的测定(有一张白纸)
实验六 真实应力—应变曲线的测定一、实验目的1. 学习掌握测定与绘制真实应力—应变曲线的方法。
2. 掌握简化形式的真实应力—应变曲线的绘制方法。
3. 比较实测曲线与简化曲线，认识简化曲线的误差分布特点。
二、实验条件1. 实验设备：60T 万能材料试验机；2. 量具：外径千分尺，游标卡尺，半径规；3. 材料：20钢和45钢退火状态拉伸试件各一件。
三、实验步骤及方法1. 测定和绘制真实应力—应变曲线。
真实应力—应变曲线)(εf S =A F S /=()A A /ln 0=ε其中，F ——瞬时载荷（kg 或N ）； A ——瞬时断面积（mm 2）； A 0——试件原始断面积（mm 2）。
由此可见，在均匀变形阶段，只需测定瞬时载荷和相应的瞬时断面积，就可作出真实应力—应变曲线。
但是，在产生缩颈以后，由于应力状态发生变化，出现了三向拉应力，因而产生了所谓“形状硬化”，使实测曲线失真，为此，需进行修正。
按齐别尔修正公式：)81/(ρdS S +'= 式中，S ——取出形状硬化后的真实应力； S'——包含形状硬化在内的真实应力； d ——缩颈处的瞬时断面直径；ρ——缩颈处试件外形瞬时曲率半径。
因此，在产生缩颈之后，除以测定瞬时载荷F 、缩颈处瞬时直径d 以外，还需要测定相应瞬时试件外形的曲率半径ρ，才能绘制出实测的真实应力—应变曲线。
2. 绘制简化真实应力—应变曲线 （1）n B S ε=简化真实应力—应变曲线 式中，B ——材料常数； n ——加工硬化指数。
因为b n ε=，b b b S B εε/=于是上式可写为：bb b S S εεε⎪⎪⎭⎫⎝⎛=式中，S b ——刚产生缩颈时即失稳点的真实应力； b ε——失稳点的真实应力。
由此可见，只要准确测定失稳点的真实应力和真实应变，就能作出该种简化应力应变曲线。
（2）简化真实应力—应变曲线，即真实应力—应变曲线在塑性失稳点上所作的切线。
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引言在材料力学的研究中，应力和应变是两个重要的概念。
应力是对物体单元面积上的内部力的描述，而应变是物体在受到外力作用下的形变程度。
材料的力学性质可以通过应力-应变曲线来描述。
然而，由于不同的测量方法和条件，得到的应力-应变曲线可能存在一定的差异。
本文将详细探讨名义应力应变曲线和真实应力应变曲线之间的关系。
一. 名义应力应变曲线名义应力应变曲线是指在无外界影响下，通过直接测量外力和承受力的比值得到的应力应变关系曲线。
在测试材料的强度、刚度和塑性等力学性质时，常使用名义应力应变曲线进行研究。
名义应力应变曲线由弹性阶段、屈服点、塑性阶段和破坏点四个主要区域组成。
1. 弹性阶段在名义应力应变曲线的弹性阶段，应变与应力成线性关系，材料在这个阶段内具有完全弹性变形能力。
如果外力移除，材料能够完全恢复其原始形状。
这是因为在弹性阶段内材料分子间发生的位移微小，分子间的作用力可以通过弹性形变来恢复原状。
2. 屈服点当外力继续增大，超过弹性极限时，材料发生塑性变形。
在名义应力应变曲线中，屈服点是指材料从弹性变形进入塑性变形的临界点。
在屈服点之前，应力和应变之间存在一个线性关系，这个线性关系称为胶性区。
屈服点之后的应力应变曲线呈现非线性增长，形成了塑性区。
3. 塑性阶段在塑性阶段，应力应变曲线表现出非线性增长的特点。
由于材料内部发生了位移和位错的形成，原子和分子之间的排列发生改变，使材料的原始形状无法恢复。
塑性阶段内材料受外力的影响，会发生塑性变形和变形硬化。
材料的塑性行为在这个阶段内得到了充分的表现和研究。
4. 破坏点在名义应力应变曲线的最后一个阶段，材料不再具备耐久性能，终会达到破坏点。
此时材料无法承受更多的应力，产生破裂。
破坏点是在研究材料强度时的一个重要参数，它可以反映材料的破坏极限。
二.真实应力应变曲线真实应力应变曲线是指在考虑材料体积的变化后得到的应力应变关系曲线。
由于在受力过程中材料会发生体积的改变，名义应力应变曲线难以完整描述真实的应力应变行为，因此需要引入真实应力的概念。
真实应力-应变曲线
§3.6 真实应力－应变曲线
应力－应变曲线反映变形体变形时应力随应变强化的规律。
初始屈服应力S
一般屈服应力( 流动应力S ,Y ) 真实应力：变形体内实际承受应力的大小。
影响流动应力的因素
材料属性， 温度， 应变， 应变速率
建立真实应力－应变曲线方法
拉伸试验，
压缩试验，
扭转试验
流动应力S 的公式表达形式
失稳点b，Fb = Fmax。
dF A0 edS Sed 0
dS Sd 0
dS
d
b
Sb
二、 压缩试验曲线
拉伸试验曲线：失稳，精确范围（ < 0.3）； 压缩试验曲线：摩擦（S ），精确范围（ 2）；
1、直接消除摩擦的圆柱体压缩法
S
P A
P A0e
ln H0
H
2、外推法 摩擦力影响和式样尺寸D0/H0 有关，根据不同的D0/H0 ， 外推出D0/H0 = 0时的S，得到 真实应力－应变曲线。
1 1
Fd F(0)
1、拉伸图和条件应力－应变曲线
0
F A0
l
l0
b d
c
Fb= Fmax
Fp Fc
三个变形阶段：
ph
特征点：弹性极限点p，屈服点c，失稳点b，断裂点k。
?
k
Δl()
2、真实应力－应变曲线 用真实应力与应变表示的曲线。
S( ) ; S( ) ; S( )
2 2t
24
1 3 平面应变问题
2
3
1 2 2 2 3 2 3 1 2
2 3
6 1 1.1551
S 800 0.25
8001.151 0.25 443
真应力应变曲线和工程应力应变曲线
真应力应变曲线和工程应力应变曲线
真应力应变曲线和工程应力应变曲线是材料力学中常用的两种
应力应变关系曲线。
真应力应变曲线是指在材料受力的过程中，考虑到材料的几何形状和尺寸的变化所得到的应力应变曲线。
该曲线描述了材料在受力过程中的真实应力和真实应变的关系。
真应力是指材料受到的外力与材料初始横截面积之比，真应变是指材料的形变与材料初始长度之比。
由于考虑了材料的变形，真应力应变曲线能够提供更准确的材料性能评价。
工程应力应变曲线是指在材料受力的过程中，忽略了材料的几何形状和尺寸的变化所得到的应力应变曲线。
该曲线描述了材料在受力过程中的工程应力和工程应变的关系。
工程应力是指材料受到的外力与材料初始横截面积之比，工程应变是指材料的形变与材料初始长度之比。
由于忽略了材料的变形，工程应力应变曲线在工程设计和材料选择中更常用。
真应力应变曲线和工程应力应变曲线之间存在着一定的差异。
在强度屈服点之前，两者的曲线基本一致，但在屈服点之后，由于考虑了材料的几何形状和尺寸的变化，真应力应变曲线会出现更大的应力和应变。
这是因为材料在受力过程中会发生局部收缩和延长，导致应力增大。
相比之下，工程应力应变曲线在屈服点之后呈现出更平缓的曲线。
在工程实践中，真应力应变曲线和工程应力应变曲线都具有重要的作用。
真应力应变曲线可用于材料性能评价和材料强度分析，而工程应力应变曲线则常用于结构设计和材料选择。
不同的材料和应用领域可能会选择不同的应力应变曲线进行分析和设计，以满足具体的工程需求。
实验方法：应力与应变曲线的测定
真实应力-真实应变曲线的测定一、实验目的1、学会真实应力-真实应变曲线的实验测定和绘制2、加深对真实应力-真实应变曲线的物理意义的认识二、实验内容真实应力-真实应变曲线反映了试样随塑性变形程度增加而流动应力不断上升，因而它又称为硬化曲线。
主要与材料的化学成份、组织结构、变形温度、变形速度等因素有关。
现在我们把一些影响因素固定下来，既定室温条件下拉伸退火的中碳钢材料标准试样，由拉力传感器行程仪及有关仪器记录下拉力-行程曲线。
实测瞬间时载荷下试验的瞬间直径。
特别注意缩颈开始的载荷及形成，缩颈后断面瞬时直径的测量，然后计算真实应力-真实应变曲线。
σ真＝f（ε）＝B·εn三、试样器材及设备1、60吨万能材料试验机2、拉力传感器3、位移传感器4、Y6D-2动态应变仪5、X-Y函数记录仪6、游标卡尺、千分卡尺7、中碳钢试样四、推荐的原始数据记录表格五、实验报告内容除了通常的要求（目的，过程……）外，还要求以下内容：1、硬化曲线的绘制(1)从实测的P瞬、d瞬作出第一类硬化曲线（σ-ε）(2)由工程应力应变曲线换算出真实应力-真实应变曲线(3) 求出材料常数B 值和n 值，根据B 值作出真实应力-真实应变近似理论硬化曲线。
2、把真实应力-真实应变曲线与近似理论曲线比较，求出最大误差值。
3、实验体会六、实验预习思考题1、 什么是硬化曲线？硬化曲线有何用途？2、 真实应力-真实应变曲线和工程应力应变曲线的相互换算。
3、 怎样测定硬化曲线？测量中的主要误差是什么？怎样尽量减少误差？附：真实应力-真实应变曲线的计算机数据处理一、 目的初步掌握实验数据的线性回归方法，进一步熟悉计算机的操作和应用。
二、 内容一般材料的真实应力-真实应变都是呈指数型，即σ=B εn 。
如把方程的二边取对数：ln σ＝lnB+nln ε，令 y ＝ln σ；a ＝lnB ；x ＝ln ε 则上式可写成y ＝a+bx成为一线性方程。
在真实应力-真实应变曲线试验过程中，一般可得到许多σ和ε的数据，经换算后，既有许多的y 和x 值，在众多的数值中如何合理的确定a 和b 值使大多数实验数据都在线上，这可用最小二乘法来处理。
实验一 应力——应变曲线实验
实验一应力——应变曲线实验一、实验目的1.了解高聚物在室温下应力——应变曲线的特点。
并掌握测试方法。
2.了解加荷速度对实验的影响。
3.了解电子拉力实验机的使用。
二、实验意义及原理：高聚物能得到广泛应用是因为它们具有机械强度。
应力 ----------- 应变实验是用得最广泛得力学性能模量，它给塑料材料作为结构件使用提供工程设计得主要数据。
但是由于塑料受测量环境和条件的影响性能变化很大，因此必须考虑在广泛的温度和速度范围内进行实验。
抗张强度通常以塑料试样受拉伸应力直至发生断裂时说承受的最大应力(cm)来测量。
影响抗张强度的因素除材料的结构和试样的形状外，测定时所用的温度、湿度和拉力速度也是十分重要的因素。
为了比较各种材料的强度，一般拉伸实验是在规定的实验温度、湿度和拉伸速度下，对标准试样两端沿其纵轴方向实加均匀的速度拉伸，并使破坏，测出每一瞬间时说加拉伸载荷的大小与对应的试样标线的伸长，即可得到每一瞬间拉伸负荷与伸长值(形变值)，并绘制除负荷形变曲线。
如1所示：图1拉伸时负荷-应变曲线试样上所受负荷量的大小是由电子拉力机的传感器测得的。
试样性变量是由夹在试样标线上的引申仪来测得的。
负荷和形变量均以电信号输送到记录仪内自动绘制出负荷——应变曲线。
有了负荷——形变曲线后，将坐标变换，即所得到应力一应变曲线。
如2所示：图2拉伸时应力-应变曲线应力：单位面积上所受的应力，用。
表示：pσ=-(KGZcm2)P——拉伸实验期间某瞬间时施加的负荷S——试件标线间初始截面积应变：拉伸应力作用下相应的伸长率。
用Σ表示，以标距为基础，标距试样间的距离(拉伸前引伸仪两夹点之间距离A) 1.o1.O—拉伸前试样的标距长度1.——实验期间某瞬间标距的长度Δ1.——实验期间任意时间内标距的增量即形变量。
除用引申仪测量外还可以用拉伸速度VI记录纸速度V2和记录纸位移∆1.测量，并求得∑oA1.=1.-1.0=V1*t=V1*Δ1∕V^若塑料材料为脆性：则在a点或Y点就会断裂，所以应是具有硬而脆塑料的应力一应变曲线。
真应力-应变曲线介绍
在应力-应变曲线中，应力是F除以试样的原始横截面积，应变是△L除以试样的标距L。
然而在拉伸过程中，试样原始截面逐渐变小，所以实际的应力应该是瞬时试验力F除以瞬时截面面积S。
而实际的真应变，则是瞬时伸长与瞬时长度之比的积分。
由此我们可以得到真应力-应变曲线。
真应力-应变曲线，横坐标为e，表示真实应变值，de=dl/l。
纵坐标为s，表示真应力，s=F/A。
其中F、A、l均表示瞬时值。
OP段仍为弹性变形部分。
PB段为产生颈缩前的均匀变形阶段，斜率D=ds/de为材料的形变强化模数，这个阶段的D随变形增加而减少。
BK段为局部变形阶段，试样开始发生颈缩。
BK前段部分，D为一常数，代表形变强化趋于稳定。
曲线最后发生翘曲，由于颈缩发展到一定程度之后，三向应力不利于变形造成的。
从真实应力-应变曲线可以看出，材料抵抗塑性变形的能力随应变增加而上升的，也就是发生加工硬化。
所以真实应力-应变曲线又称为硬化曲线。
基于压缩试验确定真实应力-应变曲线
1.由于受到塑性失稳的限制， 1.由于受到塑性失稳的限制，拉伸实验曲线对数应变 ∈≈1.0左右， 由于受到塑性失稳的限制 其精确段为 ∈< 0.3 。而实际变形的应变往往大得多，因此拉 内 而实际变形的应变往往大得多， 伸实验曲线是不够用的。 伸实验曲线是不够用的。 要获得大变形下的真实应力-应变曲线，就需要用到压缩实验。 要获得大变形下的真实应力-应变曲线，就需要用到压缩实验。 2.压缩实验需要解决的问题 2.压缩实验需要解决的问题 由于试件与工具之间存在摩擦，就会改变其单向均匀压缩状态， 由于试件与工具之间存在摩擦，就会改变其单向均匀压缩状态， 并出现鼓形。因而，消除接触面间的摩擦是求得真实曲线的关键。 并出现鼓形。因而，消除接触面间的摩擦是求得真实曲线的关键。
图3-59a是圆柱压缩实验简图。上下垫板经淬火、回火、磨削 59a是圆柱压缩实验简图 上下垫板经淬火、回火、 是圆柱压缩实验简图。 和抛光。 和抛光。
a）
b）
c）
图3-59圆柱压缩实验及其试件 59圆柱压缩实验及其试件
D0 。 为了减小接触面间的摩擦， 试件尺寸取 D0 = 20 30mm, =1 为了减小接触面间的摩擦，可 H0
H 试件压缩前、 式中 H0、 −试件力为
Y =P= P ∈ A A0e
A− 试件压缩前、后的横截面面积； 式中 A 0、 试件压缩前、后的横截面面积； 轴向载荷。 P−轴向载荷。
在试件的端面上车出沟槽或浅坑（ 59b、 ），以便保存润滑 在试件的端面上车出沟槽或浅坑（图3-59b、c），以便保存润滑 剂。
3.实验时需要注意的问题 3.实验时需要注意的问题 （1）每压缩10%的高度，记录一次压力和实际高度，并将 每压缩10%的高度 记录一次压力和实际高度， 的高度， 试件和垫板擦净，重新加润滑剂，再重复上述过程。 试件和垫板擦净，重新加润滑剂，再重复上述过程。 （2）如果试件出现鼓形，需要将鼓形车去，并使试件尺寸 如果试件出现鼓形，需要将鼓形车去， 再重复以上压缩过程， 仍保持 D =1 ,再重复以上压缩过程，直至∈= 1.2 或 试件 H 出现微裂纹为止 根据记录下的各次压缩量和压力， 根据记录下的各次压缩量和压力，利用下面公式计算出压 缩时的真实应力和对数应变。 缩时的真实应力和对数应变。
真实应力应变曲线
真实应力应变曲线真实应力应变曲线是由正弦曲线建模而成的模型，它反映了力学物体随外力变化而发生的应力变化情况。
它通常用来说明材料在受不均匀载荷作用下的屈服性能，并被广泛用于材料应力应变曲线分析。
一、真实应力应变曲线的构成1.应力曲线：反映材料在外力作用下的变形情况、应力的大小以及变形的大小，也就是可以从曲线上看出应力-变形关系。
2.应变曲线：反映材料在外力作用时承受的变形应变量之间的关系，可以表示材料受力时变形应变的大小。
3.屈服点：材料受力时线性变形突然变形，变形应变仍随着外力增大而增大，此时材料突然失去了线性变形性，即为屈服点。
4.塑性区：在此处，材料应力应变曲线呈现出稳定，但是变形应变较应力有更大的增量，这就是塑性区。
二、真实应力应变曲线的测定1.弹性试验：是材料弹性特性测定的常用试验方法，其特点是受到外力的影响，材料的变形量在一定的范围可逆，当外力能小于一定值时，材料变形量恢复到外力作用前的原状时，此时可以说发生了“完全弹性”现象。
2.延伸试验：是一种测定材料应力应变曲线的常用方法，以延伸速率为定值，通过测定材料在延伸过程中所受应力与延伸量，求出材料应力应变曲线。
3.冲击试验：则是采用冲击装置测定材料应力应变曲线，通过改变冲击速率，测定材料的应力和应变值，最终求出材料的应力应变曲线。
三、真实应力应变曲线的应用1.工程设计中，真实应力应变曲线可以为工程设计提供理论指导，避免结构材料超限或安全。
2.模具设计中，真实应力应变曲线可以为模具设计提供准确的理论指导，以确保模具的结构合理。
3.分析材料性能：通过使用真实应力应变曲线可以准确地分析材料的力学性能，从而推断出材料的屈服角、屈服点、断裂角等。
4.研究材料行为：通过研究真实应力应变曲线，可以更准确地了解材料在受力下的行为，从而为材料受力时的性能设计提供重要依据。
真应力-真应变曲线
真应力-真应变曲线(true stress-logarithmic strain curves)表征塑性变形抗力随变形程度增加而变化的图形，又称硬化曲线。
它定量地描述了塑性变形过程中加工硬化增长的趋势，是金属塑性加工中计算变形力和分析变形体应力-应变分布情况的基本力学性能数据。
硬化曲线的纵坐标为真应力，横坐标为真应变。
试验时某瞬间载荷与该瞬间试件承力面积之比称真应力(或真抗力，即真实塑性变形抗力)。
硬化曲线可用拉伸、扭转或压缩的方法来确定，其中应用较广的为拉伸法。
根据表示变形程度的公式不同，用拉伸图计算所得硬化曲线有3种，如图1所示。
第1种是S-δ曲线，表示真应力与延伸率之间的关系。
第2种是S-φ曲线，是真应力与断面收缩率的关系曲线。
第3种是S-ε曲线，是真应力与对数变形之间的关系曲线。
由于φ与ε的变化范围为0～1，所以第2、3种硬化曲线可直观地看出变形程度的大小，使用时较为方便。
S-δ曲线的制作先作圆柱试件拉伸试验获取拉伸图(拉力P与试件绝对仲长Δl的关系图)，如图2a所示。
然后按下述方法计算出曲线上各点的真应力S和对应的断面收缩率φ，根据所获数据绘制S-φ曲线，如图2b所示。
按式(4)与(6)可求出试件出现细颈前的那段曲线，因为该曲线的变形沿试件长度上是均匀的，符合体积不变条件。
当拉伸力达最大时，变形迅速集中并形成细颈，细颈部位受三向拉仲应力作用而逐渐变小，最终发生破断。
由于形成细颈后变形发展得极不均匀，每瞬间参加变形的体积不知，故不能用公式计算这个阶段中曲线上任意点处的应力与应变；实用中只能按细颈中断口部位面积F f及断裂时的拉伸力P f来算出断点处的真实断裂应力S K及真实断裂应变φK，然后将该点与出现细颈前所算出的点，用光滑曲线联结即可组成一条完整的曲线(图2b)。
许多金属的硬化曲线上的均匀变形阶段的真应力可用简单的幂函数表达S=Kεn (7)式中n为加工硬化指数或加工硬化率(见硬化指数)，它度量了金属由于塑性变形而强化(硬化)的速率。
真实应力—应变曲线拉伸实验
精心整理实验一真实应力—应变曲线拉伸实验一、实验目的1、理解真实应力—应变曲线的意义，并修正真实应力—应变曲线。
2、计算硬化常数B 和硬化指数n ，列出指数函数关系式n S Be =。
3、验证缩颈开始条件。
二、基本原理1、绘制真实应力—应变曲线—应变(2)计算。
式中，σ式中，ε式中，S ε式中，e 就可以绘制真实应力应变曲线。
2、修正真实应力—应变曲线在拉伸实验中，当产生缩颈后，颈部应力状态由单向变为三向拉应力状态，产生形状硬化，使应力发生变化。
为此，必须修正真实应力—应变曲线。
修正公式如下：'''2(1)(12k kS S R a l n a R=++(5)式中，''k S 为缩颈处修正的真实应力；'k S 为缩颈处没有修正的真实应力；a 为缩颈处半径；R 为缩颈处试样外形的曲率半径。
实验中只要测出缩颈处直径和缩颈处试样外形的曲率半径，代入式(5)，即可求出缩颈处修正后的真实应力。
3、计算硬化常数B 和硬化指数n假设真实应力—应变曲线可近似地用指数函数关系式(6)来表示n S Be =(6)式中,S 为真实应力；B 为硬化常数；n 为硬化指数。
4(1)(2)12 3缩颈部分圆弧对应弦长度。
4、计算屈服时刻、最大载荷时刻以及断裂时刻对应的条件应力、工程应变，真实应力和真实应变，并绘制出没有经过修正的真实应力应变曲线。
5、计算缩颈处试样外形的曲率半径，根据公式(5)计算断裂处的真实应力，修正真实应力—应变曲线。
6、在真实应力—应变曲线中任取两点，计算其真实应力和真实应变，根据公式(6)和(7)计算硬化常数和硬化指数，并写出指数函数表达式。
四、实验报告要求1、列出实验数据，记录在表1中。
2、分别绘制出没有修正以及经过修正后的真实应力—应变曲线。
3、计算硬化常数和硬化指数，并写出指数函数表达式。
4、通过计算验证是否满足缩颈开始条件。
表1拉伸前后实验数据。
真实应力应变曲线
基于拉伸实验确定真实应力-应变曲线
2、真实应力-应变曲线
真实应力-应变曲线分类
真实应力，简称真应力，也就是瞬时的流动应力Y，用单向均匀拉
伸(或压缩)时各加载瞬间的载荷P与该瞬间试样的横截面积A之比
来表示，则
YP A
真实应力-应变曲线可分为三类：
(1)Y ;(2)Y ;(3)Y
基于拉伸实验确定真实应力-应变曲线
2、变形速度对真实应力-应变曲线的影响 速度增加→位错运动加快→ 需要更大的切应力→流动应力提高 速度增加→硬化得不到恢复→ 流动应力提高
但如果速度很大→温度效应大→ 流动应力降低
在冷变形时，温度效应显著，强化被软化所抵消，最终表现出的是： 变形速度的影响不明显，动态时的真实应力—应变曲线比静态时略高 一点，差别不大。
基于拉伸实验确定真实应力-应变曲线
1、标称应力（名义应力、条件应力）-应变曲线
标称应力-应变曲线上的三个特征点
oc(弹性变形阶段）——cb(均匀塑性变 形阶段）——bk（局部塑性变形阶段）
屈服点c:
弹性变形与均匀塑性变形的分界点，对应
应力为屈服点 s ，或屈服强度 0.2
基于拉伸实验确定真实应力-应变曲线
Y- ∈曲线的修正
由于缩颈，即形状变化而产生应力升高的现象称 形状硬化。
基于压缩实验和轧制实验确定真实应力-应变曲线
1．基于圆柱压缩实验确定真实应力—应变曲线
拉伸Y- ∈曲线受塑性失稳的限制，精度较低， ∈<0.3,实际塑性成
形变形量较大，如锻造≤1.6,反挤≤2.5，拉伸试验曲线不够用。需要
压缩Y- ∈曲线。
换算：σ1=0， σ3=p, ∈2=0, σ2=p/2
1
2
第六节真实应力应变曲线课件
利用光学干涉原理，通过测量材料 表面形变来推算内部应力应变状态 。
材料性能的极限探索
超高强度材料
随着材料科学的发展，超高强度材料的出现使得真实应力应变曲线的研究进入新的阶段 。
极端条件下的材料性能
高温、低温、高压等极端条件下，材料的力学性能表现出与常温常压下不同的特性，探 索这些特性有助于深入了解材料本质。
疲劳寿测结构的 疲劳寿命，为长期服役的结构提供可靠性 保障。
在进行结构设计和优化时，需要考虑所用 材料的真实应力应变特性，以确保材料性 能与设计要求相匹配。
失效分析与预防
失效模式识别
通过分析真实应力应变曲线，可以识别出可能导致结构失效的模式和 原因。
04
真实应力应变曲线的影 响因素
材料种类与微观结构
材料种类
不同材料的真实应力应变曲线具有不 同的特征，如金属、塑料、陶瓷等材 料具有不同的弹性模量、屈服点和断 裂强度。
微观结构
材料的微观结构如晶粒大小、相组成 和微观缺陷等对真实应力应变曲线有 显著影响，这些因素能够改变材料的 力学性能和变形行为。
优化加工工艺
了解材料的应力应变行为 有助于优化材料的加工工 艺，如锻造、轧制和焊接 等。
真实应力应变曲线与工程应用
机械零件设计
根据材料的真实应力应变曲线，可以 更精确地设计机械零件的尺寸和结构 ，以确保其在使用过程中具有足够的 强度和稳定性。
结构稳定性评估
失效分析
利用真实应力应变曲线可以分析材料 的失效原因，为改进材料性能和优化 设计提供依据。
科研成果转化
真实应力应变曲线的分析结 果可以为新材料研发的科研 成果提供实践依据，加速科 研成果的转化和应用。
06
应力应变曲线实验
3. 将计算结果绘制成σ—ε和σ'—δ曲线，并将其真实拉伸力学性 能的表征参数填入下表： 物 弹性区 性 弹性强度 刚 性
yp
E /
回弹性 塑性区 塑性强度 延 韧 性 性
)2 / 2E u ( sp
u
f (100%) De
T01 0 d
一、目的要求
1. 熟悉电子拉力机原理以及使用方法。 2. 测定聚合物的载荷—伸长曲线。 3.根据载荷—伸长曲线绘制应力—应变曲线和真
应力—真应变曲线。并计算各种拉伸力学性能。
二.实验原理
拉伸试验是在规定的试验温度、湿度和速度的条件下，对 标准试样沿其纵轴方向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。
P
拉伸时，试样在纵轴方向所受到的标准应力σ为:
P / A0
L0
L
试样的伸长率即应变ε为 :
(MP a)
(100%)
L / l0
P
上式中P为拉伸载荷；A0为试样的初始截面 ;L0为试样标定 线间的初始长度；△L为拉伸后标定线长度的增长量。
典型的聚合物拉伸应力—应变曲线如图所示:
弹性区 塑性区
屈服点
屈服点 之前是 弹性区
屈服点 之后是 塑性区
六.思考题
1. 改变试验的拉伸速率会对试验产生什么影响？ 2. 在试验过程中，试样的截面积变化会对最终谱图产
生什么影响？ 3.你认为在现有的试验条件下能否真实地获得或通过
计算获得瞬时地截面积A？
u
延性= f (100%)
,
韧性 T 0 d
1 0
应变仪
三.实验仪器
1.聚苯乙烯（PS）DIN标准双叉型 试样3根。 2.聚丙烯（PP）DIN标准双叉型试 样3根。
塑性成形原理-36-真实应力应变曲线
2 2 2 2 2 (1 2 ) ( 2 3 ) (3 1 ) 3 3 3
★ 教材P139公式错，正确公式见P90式(3-65)
22
3、 曲线转换 把
4
如果按应变的计算方法，则：
70 1 ln 50 0.336 80 2 ln 0.134 70 80 总 ln 50 0.470 1 2
显然，总应变等于各阶段应变之和，但延 伸率则不等！
5
习题25：
前文已证明，线弹性条件下，有：
2） 等效应力和流动应力的概念。
12
四、计算真实应力和真实应变，作出曲线
P A
l1 ln l0
13
3.6.3 外推法 压缩实验中试样直径越大，摩擦的影响就 越大，变形体偏离单向应力状态就越远，为了 减小摩擦的影响，可以减小试样直径。 │ ↓ 当试样直径为 0时，摩擦的影响就没了
14
用途：多用于板料成形（板条试样）
注意：前面讲的几何方程描述的是不是真实应 变？
8
3.6.2 压缩试验曲线
P A
l1 ln l0
注意：单向压缩时试样上各点的应力状态 如何确定各点的应力、应变？
9
一、试样尺寸 初始直径D0=φ20~30mm， 初始高度H0=D0
二、润滑 在试样端面车出浅坑或凹槽，并加入润滑 剂，以使变形体各处尽量接近于单向压应力状 态。
知道前面为什么要凑等效应力、等效应变的系数了吗？
3
★ 看一下 延伸率和应变 之间的关系…
把一个初始长度为50的试样单向拉伸到长 70，然后再拉伸到长80，求两次拉伸的延伸率 和总的延伸率：
真应力—真应变曲线
真应力—真应变曲线
真应力—真应变曲线，又被称为工程应力-应变曲线，是指在材料
受到外界力学作用时，真实的应力和真实的应变之间的关系曲线。
其
标准公式如下：
σ = F / A
ε = ΔL / L
其中，σ表示真应力，F表示外界施加的力，A表示受力的横截面积；ε表示真应变，ΔL表示材料拉伸或压缩后的长度变化，L表示原始长度。
真应力—真应变曲线一般呈现出以下几个阶段：
1. 弹性阶段
在材料受到外界作用前，材料的分子结构是松散的，当外界作用
施加后，材料分子发生位移，出现应力状态，导致材料发生弹性变形。
这个阶段的真应变是正比于真应力的，也就是线性的。
2. 屈服阶段
在真应力逐渐增加的过程中，当真应变达到一定程度时，材料开始发生非弹性变形，这个阶段称为屈服阶段。
在这个阶段中，材料的分子结构开始逐渐发生改变，随着外界作用的增加，材料逐渐失去了弹性变形的能力。
3. 塑性阶段
在屈服阶段之后，材料发生了较大的非弹性变形，这个阶段是材料的塑性阶段。
在这个阶段中，随着真应力的继续增加，真应变也会一直增加，但是呈非线性的增长趋势。
4. 硬化阶段
在材料的塑性阶段中，材料呈现出逐渐增加的强度，这个现象称为硬化。
材料经过这个阶段后，其材料性质和原本不同，材料分子的结构更加紧密，相应的材料的强度也会增加。
5. 断裂阶段
当材料遇到了最大的应力，或者应力长时间失控，就有可能导致材料的破裂或者断裂。
在断裂阶段中，材料的真应力急剧下降，而真应变则仍然保持在一定程度。
基于压缩试验确定真实应力-应变曲线
H 试件压缩前、 式中 H0、 −试件压缩前、后的高度
H0 ∈=ห้องสมุดไป่ตู้ln H
压缩时真实应力为
Y =P= P ∈ A A0e
A− 试件压缩前、后的横截面面积； 式中 A 0、 试件压缩前、后的横截面面积； 轴向载荷。 P−轴向载荷。
在试件的端面上车出沟槽或浅坑（ 59b、 ），以便保存润滑 在试件的端面上车出沟槽或浅坑（图3-59b、c），以便保存润滑 剂。
3.实验时需要注意的问题 3.实验时需要注意的问题 （1）每压缩10%的高度，记录一次压力和实际高度，并将 每压缩10%的高度 记录一次压力和实际高度， 的高度， 试件和垫板擦净，重新加润滑剂，再重复上述过程。 试件和垫板擦净，重新加润滑剂，再重复上述过程。 （2）如果试件出现鼓形，需要将鼓形车去，并使试件尺寸 如果试件出现鼓形，需要将鼓形车去， 再重复以上压缩过程， 仍保持 D =1 ,再重复以上压缩过程，直至∈= 1.2 或 试件 H 出现微裂纹为止 根据记录下的各次压缩量和压力， 根据记录下的各次压缩量和压力，利用下面公式计算出压 缩时的真实应力和对数应变。 缩时的真实应力和对数应变。
实验时需要注意的问题实验时需要注意的问题22如果试件出现鼓形需要将鼓形车去并使试件尺寸如果试件出现鼓形需要将鼓形车去并使试件尺寸仍保持仍保持再重复以上压缩过程直至再重复以上压缩过程直至试件试件出现微裂纹为止出现微裂纹为止根据记录下的各次压缩量和压力利用下面公式计算出压根据记录下的各次压缩量和压力利用下面公式计算出压缩时的真实应力和对数应变
图3-59a是圆柱压缩实验简图。上下垫板经淬火、回火、磨削 59a是圆柱压缩实验简图 上下垫板经淬火、回火、 是圆柱压缩实验简图。 和抛光。 和抛光。
a）
b）
真实应力-真实应变曲线的测定[技巧]
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真实应力-真实应变曲线的测定一、实验目的1、学会真实应力-真实应变曲线的实验测定和绘制2、加深对真实应力-真实应变曲线的物理意义的认识二、实验内容真实应力-真实应变曲线反映了试样随塑性变形程度增加而流动应力不断上升，因而它又称为硬化曲线。
主要与材料的化学成份、组织结构、变形温度、变形速度等因素有关。
现在我们把一些影响因素固定下来，既定室温条件下拉伸退火的中碳钢材料标准试样，由拉力传感器行程仪及有关仪器记录下拉力-行程曲线。
实测瞬间时载荷下试验的瞬间直径。
特别注意缩颈开始的载荷及形成，缩颈后断面瞬时直径的测量，然后计算真实应力-真实应变曲线。
σ真＝f（ε）＝B·εn三、试样器材及设备1、60吨万能材料试验机2、拉力传感器3、位移传感器4、Y6D-2动态应变仪5、X-Y函数记录仪6、游标卡尺、千分卡尺7、中碳钢试样四、推荐的原始数据记录表格五、实验报告内容除了通常的要求（目的，过程……）外，还要求以下内容：1、硬化曲线的绘制(1)从实测的P瞬、d瞬作出第一类硬化曲线（σ-ε）(2)由工程应力应变曲线换算出真实应力-真实应变曲线(3)求出材料常数B值和n值，根据B值作出真实应力-真实应变近似理论硬化曲线。
2、把真实应力-真实应变曲线与近似理论曲线比较，求出最大误差值。
3、实验体会六、实验预习思考题1、 什么是硬化曲线？硬化曲线有何用途？2、 真实应力-真实应变曲线和工程应力应变曲线的相互换算。
3、 怎样测定硬化曲线？测量中的主要误差是什么？怎样尽量减少误差？附：真实应力-真实应变曲线的计算机数据处理一、 目的初步掌握实验数据的线性回归方法，进一步熟悉计算机的操作和应用。
二、 内容一般材料的真实应力-真实应变都是呈指数型，即σ=B εn 。
如把方程的二边取对数：ln σ＝lnB+nln ε， 令 y ＝ln σ；a ＝lnB ；x ＝ln ε 则上式可写成y ＝a+bx成为一线性方程。
在真实应力-真实应变曲线试验过程中，一般可得到许多σ和ε的数据，经换算后，既有许多的y 和x 值，在众多的数值中如何合理的确定a 和b 值使大多数实验数据都在线上，这可用最小二乘法来处理。
真实应力应变和有效应力应变
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真实应力是指材料在力学响应中所实际承受的应力值，该值考虑了物体的几何构型及其尺寸效应的影响；真实应变则是衡量材料在受力状态下实际发生的形变程度，它涵盖了材料体积变化的考量。
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真实应力-真实应变曲线的测定
一、实验目的
1、学会真实应力-真实应变曲线的实验测定和绘制
2、加深对真实应力-真实应变曲线的物理意义的认识
二、实验内容
真实应力-真实应变曲线反映了试样随塑性变形程度增加而流动应力不断上升，因而它又称为硬化曲线。
主要与材料的化学成份、组织结构、变形温度、变形速度等因素有关。
现在我们把一些影响因素固定下来，既定室温条件下拉伸退火的中碳钢材料标准试样，由拉力传感器行程仪及有关仪器记录下拉力-行程曲线。
实测瞬间时载荷下试验的瞬间直径。
特别注意缩颈开始的载荷及形成，缩颈后断面瞬时直径的测量，然后计算真实应力-真实应变曲线。
σ真＝f（ε）＝B·εn
三、试样器材及设备
1、60吨万能材料试验机
2、拉力传感器
3、位移传感器
4、Y6D-2动态应变仪
5、X-Y函数记录仪
6、游标卡尺、千分卡尺
7、中碳钢试样
四、推荐的原始数据记录表格
五、实验报告内容
除了通常的要求（目的，过程……）外，还要求以下内容：
1、硬化曲线的绘制
(1)从实测的P瞬、d瞬作出第一类硬化曲线（σ-ε）
(2)由工程应力应变曲线换算出真实应力-真实应变曲线
(3)求出材料常数B值和n值，根据B值作出真实应力-真实应变近似理论硬化
曲线。
2、把真实应力-真实应变曲线与近似理论曲线比较，求出最大误差值。
3、实验体会
六、实验预习思考题
1、 什么是硬化曲线？硬化曲线有何用途？
2、 真实应力-真实应变曲线和工程应力应变曲线的相互换算。
3、 怎样测定硬化曲线？测量中的主要误差是什么？怎样尽量减少误差？
附：真实应力-真实应变曲线的计算机数据处理
一、 目的
初步掌握实验数据的线性回归方法，进一步熟悉计算机的操作和应用。
二、 内容
一般材料的真实应力-真实应变都是呈指数型，即σ=B εn 。
如把方程的二边取对数：
ln σ＝lnB+nln ε，
令 y ＝ln σ；a ＝lnB ；x ＝ln ε 则上式可写成y ＝a+bx
成为一线性方程。
在真实应力-真实应变曲线试验过程中，一般可得到许多σ和ε的数据，经换算后，既有许多的y 和x 值，在众多的数值中如何合理的确定a 和b 值使大多数实验数据都在线上，这可用最小二乘法来处理。
已知有测量点σ1，σ2……σk ，ε1，ε2……εk ，既有y 1y 2y 3……y k ，x 1x 2x 3……x k ，把这些数据代入回归后的线性方程y ＝a+bx 中去，必将产生误差△v 。
△v 1＝a+bx 1-y 1 △v 2＝a+bx 2-y 2
· · ·
△v k ＝a+bx k -y k
即 △V i ＝a+bx i -y i
我们回归得直线应满足
∑△V ︱i
2
,最小
△ V ︱i 2
=a 2+b 2
x ︱i 2+y ︱i
2
+2abx i -2ay i -2bx i y i
∑△V ︱i
2
= ka 2+b 2∑x i x i +∑y i y i +2ab ∑x i -2a ∑y i -2b ∑x i y i
于是最小二乘条件可由
02=∂∑∆∂a
i V
02=∂∑∆∂b
i V
解出。
上二式偏导后得
kc+b ∑x i ＝∑y i a ∑x i + b ∑x i x i ＝∑x i y i
可解得：
b ＝∑∑-∑∑-)(1x k
i x i x k i
y
i x i y i x a ＝b k
i x
k i y ∑-∑
求出B ＝e a ，n=b 得到回归后得σ=B εn 。
把上述内容编写成计算机程序，把所需得结果计算出来，写成试验后得回归方程。
三、 实验报告内容
1、写出上述计算机数据处理的计算机程序及变量说明。
2、写出回归后得真实应力-真实应变曲线方程。
3、回归后方程和经验方程σ＝b b b S
εεε⎪⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛进行比较。