材料压缩时的机械性能
第8章 材料在拉伸和压缩时的力学性能
• 例 图中AB为d＝10mm的圆截面钢杆，从 AB杆的强度考虑，此结构的许可荷载[F ]＝ P 6.28kN。若AB杆的强度安全系数n＝1.5，试 求材料的屈服极限。
A
F NAB
N AB
O 30
B
F NBC F P
N BC
C
F P P
解：受力分析，以B点为研究对象
å F x = 0 ,
o F BC - F AB cos 30 = 0 N N
å F y = 0 ,
可得：
o F AB sin 30 - F = 0 N P
F AB = 2 P , F BC = 3 P F F N N
[ P 以AB杆考虑，当F ＝[ F ]时， [F AB ] = 2 F ] N P P
3 4
O
Dl
• 应力应变图
• 四个阶段
– （１）弹性阶段 – （２）屈服阶段 – （３）强化阶段 – （４）局部颈缩阶段
(1) 低碳钢拉伸的弹性阶段 (OB段)
材料的变形是弹性变形，若在此阶段内卸载，变 形可完全消失。 1、OA – 线弹性阶段
s 比例极限 p
解：求正应力
F 4 F s = = 2 = 127 3 MPa . A pd
注意：此处为名义正应力
应力低于材料的比例极限，在线弹性阶段
Dl e = = 6 07 ´ 10 4 . l
s E = = 210 GPa e
Dd e ¢ = = -1 7 ´ 10 4 . d e¢ n= = 0 28 .
s = E e
2、AB－微弯段
E = tg a
s 弹性极限 e
材料压缩试验(抗压强度检测)
材料压缩试验压缩试验是测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。
试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积，称为压缩强度极限或抗压强度。
压缩试验主要适用于脆性材料，如铸铁、轴承合金和建筑材料等。
对于塑性材料，无法测出压缩强度极限，但可以测量出弹性模量、比例极限和屈服强度等。
与拉伸试验相似，通过压缩试验可以作出压缩曲线。
图中为灰铸铁和退火钢的压缩曲线。
曲线中纵坐标P为压缩载荷，横坐标Δh为试样承受载荷时的压缩量。
如将两坐标值分别除以试样的原截面积和原高度，即可转换成压缩时的应力－应变曲线。
图中Pp为比例极限载荷，P0.2为条件屈服极限载荷，P b为破坏载荷。
在压缩试验中，试样端面存在较大的摩擦力，影响试验结果。
试样越短影响越大，为减少摩擦力的影响，一般规定试样的长度与直径的比为1～3，同时降低试样的表面粗糙度，涂以润滑油脂或垫上一层薄的聚四氟乙烯等材料。
国家标准：压缩试验：GB/T7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》抗压强度：CECS278-2010剪压法检测混凝土抗压强度技术规程CJ/T445-2014给水用抗冲抗压双轴取向聚氯乙烯（PVC-0）管材及连接件DG/TJ08-2020-2007结构混凝土抗压强度检测技术规程-回弹法、超声回弹综合法、钻芯法(附条文说明)DG/TJ08-507-2003高强混凝土抗压强度非破损检测技术规程(附条文说明)GB/T10424-2002烧结金属摩擦材料抗压强度的测定GB/T10516-2012硝酸磷肥颗粒平均抗压碎力的测定GB/T11106-1989金属粉末用圆柱形压坯的压缩测定压坯强度的方法GB/T11837-2009混凝土管用混凝土抗压强度试验方法GB/T12587-2003橡胶或塑料涂覆织物抗压裂性的测定GB/T13465.3-2002不透性石墨材料抗压强度试验方法GB/T14041.3-2010液压滤芯第3部分：抗压溃（破裂）特性检验方法GB/T14201-1993铁矿球团抗压强度测定方法GB/T14208.3-2009纺织玻璃纤维增强塑料无捻粗纱增强树脂棒机械性能的测定第3部分：压缩强度的测定GB/T1454-2005夹层结构侧压性能试验方法GB/T15560-1995流体输送用塑料管材液压瞬时爆破和耐压试验方法GB/T15777-1995木材顺纹抗压弹性模量测定方法GB/T1935-2009木材顺纹抗压强度试验方法GB/T1936.1-2009木材抗弯强度试验方法GB/T1938-2009木材顺纹抗拉强度试验方法GB/T1939-2009木材横纹抗压试验方法GB/T1942-2009木材抗劈力试验方法GB/T1943-2009木材横纹抗压弹性模量测定方法GB/T19496-2004钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法GB/T1964-1996多孔陶瓷压缩强度试验方法GB/T22307-2008密封垫片高温抗压强度试验方法抗弯：GB/T13465.2-2002不透性石墨材料抗弯强度试验方法GB/T14235.2-1993熔模铸造模料抗弯强度测定方法GB/T1936.1-2009木材抗弯强度试验方法GB/T1936.2-2009木材抗弯弹性模量测定方法GB/T3002-2004耐火材料高温抗折强度试验方法GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法JB/T2980.2-1999熔模铸造型壳高温抗弯强度试验方法JB/T6247-1992型壳高温抗弯强度试验仪以上有青岛东标检测提供。
材料压缩时的机械性能
材料压缩时的机械性能首先，强度是材料在受到压缩力时抵抗变形和破坏的能力。
通常用压缩强度指标来表示，可以分为屈服强度、抗拉强度和断裂强度等。
屈服强度是指材料在压缩过程中开始塑性变形的应力水平。
抗拉强度是指材料在压缩过程中完全塑性变形前能够抵抗的最大应力。
断裂强度是材料在压缩过程中发生破裂的应力水平。
强度是材料抵抗外部压缩力的重要指标，直接影响材料是否能够承受压缩载荷。
其次，刚度是材料在受到压缩力时的变形阻力。
刚度可以通过应力-应变曲线的斜率来表示。
刚度越大，表示材料在受到压缩力时变形能力较小，具有较好的抵抗能力。
刚度一般用弹性模量或杨氏模量来衡量。
杨氏模量是表示材料在受到轴向应力作用下产生的轴向应变和轴向应力之间的比值。
刚度反映了材料压缩变形时的硬度和刚性。
第三，延展性是材料在受到压缩力时的变形能力。
材料的延展性可以通过材料的断裂率来评估。
断裂率越低，表示材料的延展性越小，容易发生脆性断裂。
相反，断裂率越高，表示材料具有较好的延展性，容易产生塑性变形。
材料的延展性与其分子结构和成分有关，分子间键的结构和强度以及晶格缺陷等因素都会影响延展性。
其他机械性能还包括弹性恢复性和质量稳定性。
弹性恢复性是指材料在受到压缩力后能够恢复原始形状和尺寸的能力。
具有较好的弹性恢复性的材料可以减小压缩变形后的回弹。
质量稳定性是指材料在受到压缩力后能够保持稳定的质量和性能。
质量稳定性是一个材料长期使用的重要指标，对于工程结构和器件的性能和可靠性有着重要影响。
综上所述，材料的强度、刚度、延展性、弹性恢复性和质量稳定性等机械性能是衡量材料在压缩过程中的抵抗能力、变形特性和使用寿命的重要指标。
不同的应用领域对这些性能有不同的要求，因此需要根据具体的工程需求进行材料的选择和设计。
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。
材料在拉伸与压缩时的力学性能
材料在拉伸与压缩时的力学性能第3讲教学方案——材料在拉伸与压缩时的力学性能许用应力与强度条件§2-3 材料在拉伸与压缩时的力学性能材料的力学性能：也称机械性能。
通过试验揭示材料在受力过程中所表现出的与试件几何尺寸无关的材料本身特性。
如变形特性，破坏特性等。
研究材料的力学性能的目的是确定在变形和强度刚度的依据。
因此材料力学试验是材料力学课程重要的组成部分。
此处介绍用常温静载试验来测定材料的力学性能。
1. 试件和设备标准试件：圆截面试件，如图2-14：标距l 与直径d 的比例分为，l =10d ，l =5d ；板试件（矩形截面）：标距l 与横截面面积A 的比例分为，l =11. 3A ，l =5. 65A ；试验设备主要是拉力机或全能机及相关的测量、记录仪器。
详细介绍见材料力学试验部分。
国家标准《金属拉伸试验方法》（如GB228-87）详细规定了实验方法和各项要求。
2. 低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，如A 3钢、16Mn 钢。
1）拉伸图（P —ΔL ），如图2-15所示。
弹性阶段（oa ）屈服（流动）阶段（bc ）强化阶段（ce ）由于P —ΔL 曲线与试样的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，可采用应力应变曲线，即σ-ε曲线来代替P —ΔL 曲线。
进而试件内部出现裂纹，名义应力σ下跌，至f 点试件断裂。
对低碳钢来说，σs ，σb 是衡量材料强度的重要指标。
2）σ-ε曲线图，如图2-16所示，其各特征点的含义为：oa 段：在拉伸（或压缩）的初始阶段应力σ与应变ε为直线关系直至a 点，此时a点所对应的应力值称为比例极限，用σ表示。
它是应力与应变成正比例的最大极限。
当σ≤σP 则有σ=E ε（2-5）即胡克定律，它表示应力与应变成正比，即有σE ==tan αεPE 为弹性模量，单位与σ相同。
当应力超过比例极限增加到b 点时，σ-ε关系偏离直线，此时若将应力卸至零，则应变随之消失（一旦应力超过b 点，卸载后，有一部分应变不能消除），此b 点的应力定义为弹性极限σe 。
05材料力学-轴向拉伸与压缩
§5.2 拉、压杆的强度计算
保证构件不发生强度破坏并有一定安全余量的条件准则。
N ( x) max max( ) A( x)
依强度准则可进行三种强度计算： ① 校核强度：
其中：[]—许用应力， max—危险点的最大工作应力。
max
P
② 设计截面尺寸： Amin N max
1
引
言
构件是各种工程结构组成单元的统称。机械中的轴、杆
件，建筑物中的梁、柱等均称为构件。当工程结构传递运动或
承受载荷时，各个构件都要受到力的作用。为了保证机械或建 筑物的正常工作，构件应满足以下要求： 强度要求 所谓强度，是指构件抵抗破坏的能力。 刚度要求 所谓刚度，是指构件抵抗变形的能力。
稳定性要求 所谓稳定性，是指构件保持其原有平衡形态的
22
均匀材料、均匀变形，内力当然均匀分布。 2. 拉伸应力：
P
N(x)
N ( x) A
轴力引起的正应力 —— ： 在横截面上均布。
3. 危险截面及最大工作应力： 危险截面：内力最大的面，截面尺寸最小的面。 危险点：应力最大的点。
N ( x) max max( ) A( x)
23
能力。 构件的强度、刚度和稳定性问题与其所选用材料的力学性
质有关，而材料的力学性质必须通过实验来测定。
2
杆件在不同的外力作用下将产生不同形式的变形，主要有： 1．轴向拉伸和压缩 ：其受力特点是：作用在杆件的力，大 小相等、方向相反，作用线与杆件的轴线重合，因此在这种外 力作用下，变形特点是：杆件的长度发生伸长或缩短。起吊重 物的钢索、桁架的杆件、液压油缸的活塞杆等的变形，都属于
材料的力学性能
将其横截面△L除以试件原长L。用 ε = l
∆l
表示。
这样得到的曲线即与试件的尺寸无关，而可以代表 材料的力学性能。称为应力-应变图。
拉伸过程的四个阶段
1、弹性阶段 弹性阶段（ oa′ 段） 弹性阶段
oa 段为直线段， 点对应的应力 段为直线段， a
比例极限，用 称为比例极限 称为比例极限 用 σ P 表示
[ ]
[σ ] =
σu
n
大于1的因数 称为安全因数。 大于 的因数n称为安全因数。 的因数 称为安全因数 许用拉应力( 许用拉应力 [σ t ] ) 、许用压应力用 [σ c ] ) 许用压应力用( 许用压应力用 工程中安全因数n的取值范围，由国家标准规定， 工程中安全因数 的取值范围，由国家标准规定， 的取值范围 一般不能任意改变。 一般不能任意改变。
P
正应力和正应变成线性正比关系， 正应力和正应变成线性正比关系， 即遵循胡克定律， 即遵循胡克定律 σ
= E ⋅ε
弹性模量E和 的关系： 弹性模量 和α 的关系：
σ tan α = = E ε
2、屈服阶段（ bc 段） 屈服阶段（ 应力变化不大， 过b点，应力变化不大，应 变急剧增大，曲线上出现 变急剧增大， 水平锯齿形状， 水平锯齿形状，材料失去 继续抵抗变形的能力， 继续抵抗变形的能力，发 生屈服现象 工程上常称下屈服强度为材料的屈服极限 屈服极限， 工程上常称下屈服强度为材料的屈服极限 用 σ s 表示。 表示。 材料屈服时， 材料屈服时，在光滑试样表 面可以观察到与轴线成 45o 的纹线，称为滑移线。 的纹线，称为滑移线。 滑移线
l
低碳钢的伸长率约为（ 30） 低碳钢的伸长率约为（26 ～ 30）%
§4—1材料在拉伸和压缩时力学性能测定实验
金属材料的拉伸、压缩实验承受轴向拉伸和压缩是工程构件最常见的受力方式之一，材料在拉伸和压缩时的力学性能也是材料最重要的力学性能之一。
常温、静载下金属材料的单向拉伸和压缩实验也是测定材料力学性能的最基本、应用最广泛、方法最成熟的试验方法。
通过拉伸实验所测定的材料的弹性指标E、μ，强度指标σs、σb，塑性指标δ、ψ，是工程中评价材质和进行强度、刚度计算的重要依据。
下面以典型的塑性材料——低碳钢和典型的脆性材料——铸铁为例介绍实验的详细过程和数据处理方法。
一、预习要求1、电子万能材料试验机在实验前需进行哪些调整？如何操作？2、简述测定低碳钢弹性模量E的方法和步骤。
3、实验时如何观察低碳钢拉伸和压缩时的屈服极限？二、材料拉伸时的力学性能测定拉伸时的力学性能实验所用材料包括塑性材料低碳钢和脆性材料铸铁。
（一）实验目的1、在弹性范围内验证虎克定律，测定低碳钢的弹性模量E。
2、测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ；测定铸铁拉伸时的强度极限σb。
3、观察低碳钢和铸铁拉伸时的变形规律和破坏现象。
4、了解万能材料试验机的结构工作原理和操作。
（二）设备及试样1、电子万能材料试验机。
2、杠杆式引伸仪或电子引伸仪。
3、游标卡尺。
4、拉伸试样。
GB6397—86规定，标准拉伸试样如图1所示。
截面有圆形(图1a)和矩形（图1b）两种，标距l0与原始横截面积A0比值为11.3的试样称为长试样，标距l0与原始横截面积A0比值为5.56的试样称为短试样。
对于直径为d0的长试样，l0=10d0；对于直径为d0的短试样，l0=5d0。
实验前要用划线机在试样上画出标距线。
（三）低碳钢拉伸实验1、实验原理与方法常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验，可用以测定弹性模量E、屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标。
这些指标都是工程设计中常用的力学性能参数。
现以液压式万能材料试验机为例说明其测量原理和方法。
材料拉伸、压缩时的力学性能-2详解
1 哪种强度最好？ 2
哪种刚度最好？ 3
哪种塑性最好？
请说明理论依据？
用这三种材料制成同尺寸拉杆， 请回答如下问题：
失效、安全因素和强度计算
• 由上节的试验可知，对于脆性材料，当应 力达到其强度极限时，构件会断裂而破坏； 对于塑性材料，当应力达到屈服极限时， 将产生显著的塑性变形，常会使构件不能 正常工作。工程中，把构件断裂或出现显 著的塑性变形统称为破坏。材料破坏时的 应力称为极限应力
失效：由于材料的力学行为而使构件丧失 正常功能的现象。
拉压构件材料的失效判据：
塑性材料
max= u= s
脆性材料拉
max= u拉= b拉
脆性材料压
max= u压= b压
I. 材料的拉、压许用应力
塑性材料： [ ] s 或 [ ] 0.2 ,
ns
ns
其中，ns——因数对应于屈服极限的 安全
FN A
得
A
FN
即
d 2
4
D2 p24 来自螺栓的直径为d
D2 p
6
3502 1 22.6mm 6 40
A
(2) 截面选择： A FN,max
[ ]
(3) 许可荷载的确定:FN,max=A[]
例2-7-1 已知一圆杆受拉力P =25 k N ，许用应力
[]=170MPa ，直径 d =14mm，校核此杆强度。
解：① 轴力：FN = P =25kN
②应力： max
FN A
4 25 103 3.14 14 2
第三节 材料拉伸、压缩时的力学性能
国家标准《金属拉伸试验方法》（GB228-2002）
一
试 件 和 实 验 条
3.4材料在拉伸压缩时的力学性能.
§3—4 材料在拉伸和压缩时的力学性能前面的讨论中，涉及的弹性模量、泊松比等，这些指标都属于材料的力学性质。
材料的力学性质是指：材料受力时力与变形之间的关系所表现出来的性能指标。
材料的力学性质是根据材料的拉伸、压缩试验来测定的。
工程中使用的材料种类很多。
下面主要以常用的低碳钢和铸铁这两种最具有代表性的材料为例，研究它们在常温（一般指室温）、静载下（指在加载过程中不产生加速度）拉伸和压缩时的力学性能。
一、材料拉伸时的力学性能试验时采用国家规定的标准试样。
金属材料试样如图3-10a 、b 所示。
试件中间是一段等直杆，等直部分划上两条相距为l 的横线，横线之间的部分作为测量变形的工作段，l 称为标距；两端加粗，以便在试验机上夹紧。
规定圆形截面试样，标距l 与直径d 的比例为d l 10=或d l 5=，矩形截面试样标距l 与截面面积A 的比例为A l 3.11=或A l 65.5=。
拉伸试验一般在万能试验机上进行，它可以对试件加载，可以测力并自动记录力与变形的关系曲线。
图3-10a A图3-10b（一）低碳钢的拉伸试验1．拉伸图和应力应变曲线将低碳钢试件装在试验机上，缓慢加载，同时试样逐渐伸长。
记录各时刻的拉力P 以及标距l 段相应的纵向伸长l ∆，直至拉断为止。
将P 和l ∆的关系按一定比例绘制成的曲线，称为拉伸图（或l P ∆-曲线）如图3-11a 所示。
将拉力P 除以试件横截面的原面积A ，作为试件工作段的正应力σ，将试件的伸长量l ∆除以工作段的原长l ，代表试件工作段的轴向线应变ε。
按一定的比例将拉伸图转换为σ与ε关系的曲线，如图3-11b ，该曲线称为应力-应变曲线或σ-ε曲线。
图3-11a（c）图3-11b（d） 从应力-应变曲线可见，在低碳钢拉伸试验的不同阶段，应力与应变关系的规律不同。
下面介绍各个阶段的范围、特点、指标及量值。
（1）弹性阶段（图3-11b 中Ob 段） 试样应力不超过b 点所对应的应力时，材料的变形全是弹性变形，即卸除荷载时，试样的变形将全部消失。
5.5材料在拉伸和压缩时的力学性能
6 材料在拉伸和压缩时的力学性能力学性能———指材料受力时在强度和变形方面表现出来的性能。
塑性变形又称永久变形或残余变形⎪⎩⎪⎨⎧弹性变形塑性变形变形塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料2002)国家标准规定《金属拉伸试验方法》（GB228—对圆截面试样：L=10d L=5d对矩形截面试样：.5=L65=AL3.11A万能试验机二、低碳钢在拉伸时的力学性能F △L A LO σεpσe σs σb σa b c d e1o e 'f g 冷作硬化现象如对试件预先加载，使其达到强化阶段，然后卸载；当再加载时试件的线弹性阶段将增加，而其塑性降低。
----称为冷作硬化现象O σεa b c d e 1o e 'f g 残余变形——试件断裂之后保留下来的塑性变形。
ΔL=L 1-L 0延伸率：δ＝%100001⨯-L L L δ>5％——塑性材料δ<5％——脆性材料截面收缩率Ψ＝%100010⨯-A A A123O σεA 0.2%S 4102030ε(%)0100200300400500600700800900σ(MPa)1、锰钢2、硬铝3、退火球墨铸铁4、低碳钢特点：d 较大，为塑性材料。
三、其他材料在拉伸时的力学性能无明显屈服阶段的，规定以塑性应变=0.2%所对应的应力作为名义屈服极限，记作p ε2.0p σ2.0p σ无明显屈服阶段。
O σεbσσb —拉伸强度极限，脆性材料唯一拉伸力学性能指标。
0.1%E 特点：应力应变不成比例，无屈服、颈缩现象，变形很小且强度极限很低。
E 不确定通常取总应变为0.1%时曲线的割线斜率确定弹性模量。
dLbbLL/d(b): 1---3四、金属材料在压缩时的力学性能国家标准规定《金属压缩试验方法》（GB7314—87)低碳钢压缩•对于低碳钢这种塑性材料，其抗拉能力比抗剪能力强，故而先被剪断；而铸铁压缩时，也是剪断破坏。
材料力学：第4章 材料拉伸和压缩时的力学性能
z 灰口铸铁压缩应力-应变曲线
z 思考 -为何铸铁试件压缩破 坏断面的法线与轴线大 致成45~55°夹角？
24
第4章 材料拉伸和压缩时的力学性能
§4-1 材料拉伸时的力学性能 §4-2 材料压缩时的力学性能 §4-3 材料的许用应力 §4-4 应力集中的概念 §4-5 本章小结
25
4.3 许用应力
σ
(1)②的 σ b2
E3
（2）①的 E1
（3）③的δ 3
ε
30
z练习 低碳钢平板受拉试件的宽度为b，厚度为h，在拉伸试
验时，每增加的拉力ΔF ，测得沿轴线方向的正应变为ε1， 横向正应变为 ε2 ，试求该试件材料的弹性模量E，泊松比ν
和切变模量G。（5分）
F
b
1
1
h
F
31
z 扩展内容-铸铁材料的弹性模量如性能 §4-3 材料的许用应力 §4-4 应力集中的概念 §4-5 本章小结
27
4.4 应力集中的概念
z 应力集中现象-截面尺寸突变而导致的局部应力显著增大。
z 应力集中系数 K = σ max σ
(K > 1)
28
4.4 应力集中的概念(续）
δ10
≥
5
0 0
-相对性：加载速度、 环境温度、应力状态
14
4.1.1.3 冷作硬化与冷作时效
z 冷作硬化
z 冷作时效
z 冷作硬化/冷作时效→提高强度，节省材料，但降低塑性 。 z 冷作硬化-对加劲钢筋、枪管炮筒、水压机气缸等； z 冷作时效-建筑施工中钢筋的预应力处理等。
15
4.1.2 其他塑性材料拉伸时的力学性能
z 低碳钢试件断口
12
材料在拉伸和压缩时的力学性能
K max
max
发生应力集中的截面上的最大应力
• 同一截面上按净面积算出的平均应力
六、蠕变及松弛(creeping & relaxation)
max
F
固体材料在保持应力不变的情况下，应变随时间缓慢增长
的现象称为蠕变(creeping)
粘弹性材料在总应变不变的条件下,变形恢复力（回弹应力）
2.试验设备(Test instruments) （1）微机控制电子万能试验机 （2）游标卡尺
二、拉伸试验(Tensile tests)
1. 低碳钢拉伸时的力学性质
(Mechanical properties for a low-carbon steel in tension)
（1）拉伸试样 d
材料在拉伸和压缩时的力学性能 (Mechanical properties of materials in axial tension and compression)
一、实验方法(Test method)
1.试验条件 (Test conditions）
（1） 常温: 室内温度 （2） 静载: 以缓慢平稳的方式加载 （3）标准试件：采用国家标准统一规定的试件
拉力F除以试样的原始面积A，
得正应力；同时把 l 除以标距
的原始长度l ，得到应变.
O
d′g
Δl0
e f
f′ h Δl
（3）应力应变图
表示应力和应变关系
的曲线，称为应力-应变图
(stress-strain diagram)
（a） 弹性阶段
a
试样的变形完全弹性的.
此阶段内的直线段材料满足
p
胡克定律 (Hooke’s law)
材料在拉伸和压缩时的力学性能
表6-3 几种常用材料在常温与静载下的力学性能
6.4.3 工程材料的选用原则
综上所述，根据塑性材料和脆性材料的力学性能，可按照以下思想选择工 程材料。
① 塑性材料适于制作需进行锻压、冷拉或受冲击荷载、动力荷载的构件， 而脆性材料则不能。因为塑性材料的延ห้องสมุดไป่ตู้率大、塑性好，而脆性材料的延伸率 小、塑性差。
图6-14b
(2) 屈服阶段
当材料屈服时，如果试件表面经过磨光，则在光滑的试件表面会出现与轴 线约成 45o 倾角的斜纹，如图6-15a 所示。这种条纹是由于材料的微小晶粒之间 产生滑移而形成的，称为滑移线。考虑到轴向拉伸时，在与杆轴线成 45o 的斜截 面上，剪应力最大，可知屈服现象的出现，与最大剪应力有关。当应力达到屈服 极限时，材料会出现过大的塑性变形，将使构件不能正常工作，所以屈服极限 σs 是衡量材料强度的一个重要指标。低碳钢的屈服极限应力约为σs = 235 MPa，所 以低碳钢又称为 Q235 钢。
① 在应力未超过屈服阶段前，两个图形是 重合的。因此，受压时的弹性模量E、比例极限 σp 和屈服极限 σs 与受拉时相同。
图6-17
② 当应力超过屈服极限后，受压的曲线不断上升，其原因是试件的截面不断 增加，由鼓形最后变成了薄饼形，如图6-17 所示。
由于钢材受拉和受压时的主要力学性能 ( E、σp、σs ) 相同， 所以钢材的力 学性能都由拉伸试验来测定，不必进行压缩试验。
l1 l 100% l
延伸率 δ 是衡量材料塑性的一个指标。低 碳钢的 δ = 25% ~ 27%。
图6-14b
工程中使用的材料种类很多，习惯上根据试件在破坏时塑性变形的大 小，将材料分为塑性材料和脆性材料两类。 δ ≥ 5% 的材料称塑性材料，如 钢、铜、铝等；δ < 5% 的材料的称脆性材料，如铸铁、玻璃、石料、混凝 土等。需要指出的是，材料的力学性能不是固定不变的，随着材料所处条 件的不同，其力学性能可能会发生改变。
材料压缩试验(抗压强度检测)
材料压缩试验压缩试验是测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。
试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积，称为压缩强度极限或抗压强度。
压缩试验主要适用于脆性材料，如铸铁、轴承合金和建筑材料等。
对于塑性材料，无法测出压缩强度极限，但可以测量出弹性模量、比例极限和屈服强度等。
与拉伸试验相似，通过压缩试验可以作出压缩曲线。
图中为灰铸铁和退火钢的压缩曲线。
曲线中纵坐标P为压缩载荷，横坐标Δh为试样承受载荷时的压缩量。
如将两坐标值分别除以试样的原截面积和原高度，即可转换成压缩时的应力－应变曲线。
图中Pp为比例极限载荷，P0.2为条件屈服极限载荷，P b为破坏载荷。
在压缩试验中，试样端面存在较大的摩擦力，影响试验结果。
试样越短影响越大，为减少摩擦力的影响，一般规定试样的长度与直径的比为1～3，同时降低试样的表面粗糙度，涂以润滑油脂或垫上一层薄的聚四氟乙烯等材料。
国家标准：压缩试验：GB/T7314-2005《金属材料室温压缩试验方法》抗压强度：CECS278-2010剪压法检测混凝土抗压强度技术规程CJ/T445-2014给水用抗冲抗压双轴取向聚氯乙烯（PVC-0）管材及连接件DG/TJ08-2020-2007结构混凝土抗压强度检测技术规程-回弹法、超声回弹综合法、钻芯法(附条文说明)DG/TJ08-507-2003高强混凝土抗压强度非破损检测技术规程(附条文说明)GB/T10424-2002烧结金属摩擦材料抗压强度的测定GB/T10516-2012硝酸磷肥颗粒平均抗压碎力的测定GB/T11106-1989金属粉末用圆柱形压坯的压缩测定压坯强度的方法GB/T11837-2009混凝土管用混凝土抗压强度试验方法GB/T12587-2003橡胶或塑料涂覆织物抗压裂性的测定GB/T13465.3-2002不透性石墨材料抗压强度试验方法GB/T14041.3-2010液压滤芯第3部分：抗压溃（破裂）特性检验方法GB/T14201-1993铁矿球团抗压强度测定方法GB/T14208.3-2009纺织玻璃纤维增强塑料无捻粗纱增强树脂棒机械性能的测定第3部分：压缩强度的测定GB/T1454-2005夹层结构侧压性能试验方法GB/T15560-1995流体输送用塑料管材液压瞬时爆破和耐压试验方法GB/T15777-1995木材顺纹抗压弹性模量测定方法GB/T1935-2009木材顺纹抗压强度试验方法GB/T1936.1-2009木材抗弯强度试验方法GB/T1938-2009木材顺纹抗拉强度试验方法GB/T1939-2009木材横纹抗压试验方法GB/T1942-2009木材抗劈力试验方法GB/T1943-2009木材横纹抗压弹性模量测定方法GB/T19496-2004钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法GB/T1964-1996多孔陶瓷压缩强度试验方法GB/T22307-2008密封垫片高温抗压强度试验方法抗弯：GB/T13465.2-2002不透性石墨材料抗弯强度试验方法GB/T14235.2-1993熔模铸造模料抗弯强度测定方法GB/T1936.1-2009木材抗弯强度试验方法GB/T1936.2-2009木材抗弯弹性模量测定方法GB/T3002-2004耐火材料高温抗折强度试验方法GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法JB/T2980.2-1999熔模铸造型壳高温抗弯强度试验方法JB/T6247-1992型壳高温抗弯强度试验仪以上有青岛东标检测提供。
材料压缩时的机械性能(共7张PPT)
f1(f) 低碳钢拉伸 应力应变曲线
塑性材料和脆性材料力学性能比较
2 变形速率(冲击,静力)
延伸率 δ > 5%
抗压能力与抗拉能力相近
E=Etgy=atga
a
O
O1 O2
0.1
第三页，共7页。
g
e 0.2by灰铸铁的来自压缩曲线abL
灰铸铁的 拉伸曲线
O
2021/10/6
第四页，共7页。
a = 45o~55o 剪应力引起断裂
适合于做基础构件或外壳
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
2021/10/6
7
第七页，共7页。
2021/10/6
6
第六页，共7页。
塑性材料和脆性材料力学性能比较
塑性材料
e ,s ,b,,E , 延伸率 δ > 5% 断裂前有很大塑性变形
脆性材料
E和强度极限 延伸率 δ < 5% 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 锻压和冷加工承,受动荷载 的能力强
材料压缩时的机械性能
低碳钢压缩实验
2021/10/6
1
第一页，共7页。
低碳钢压缩时的拉伸与压缩的对比
ｂy ---铸铁压缩强度极限； ｂy （4 — 6） ｂL
2021/10/6
2
第二页，共7页。
(MPa)
低碳钢压缩
铸塑铁性的 材特料点和：脆抗性拉材4能料0力力0学<抗性剪能能比力较<抗压能力 应力应变曲线
塑性材料和脆性材料力学性能比较 e , s , b, ,E ,
E(b)
影响材料力学性质的因素
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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
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f1(f)
低碳钢拉伸 应力应变曲线
g
Ey= E=tgαtgα α α O O1 O2 0.1 0.2
ε
σ
σ by
灰铸铁的 压缩曲线
α
σ bL
灰铸铁的 拉伸曲线 O ε
α = 45o~55o
剪应力引起断裂
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4
轴向拉压破坏现象分析: 轴向拉压破坏现象分析:
观察拉、压破坏试件的断口方向： 观察拉、压破坏试件的断口方向： 拉伸 低碳钢 铸铁 与轴线成45º斜面 与轴线成 斜面 剪断！ 剪断！ 与轴线垂直 与轴线成45º斜面 与轴线成45º斜面 剪断！ 剪断！ 拉断！ 拉断！ 低碳钢的特点：抗拉能力 抗剪能力 低碳钢的特点：抗拉能力>抗剪能力 铸铁的特点：抗拉能力<抗剪能力 抗剪能力<抗压能力 铸铁的特点：抗拉能力 抗剪能力 抗压能力 2011-12-22 压缩
5
影响材料力学性质的因素
1 温度 2 变形速率 冲击 静力 变形速率(冲击 静力) 冲击,静力 3荷载长时间作用的影响 (蠕变与松弛 荷载长时间作用的影响 蠕变与松弛 蠕变与松弛) 4 应力性质的影响 交变应力 高压等等 应力性质的影响(交变应力 高压等等) 交变应力,高压等等
2011-12-22 6
材料压缩时的机械性能
低碳钢压缩实验
2011-12-22
1
低碳钢压缩时的拉伸与压缩的对比 ---铸铁压缩强度极限； 铸铁压缩强度极限 σｂy ---铸铁压缩强度极限；
σ ｂy ≈（4 — 6） σ ｂL
2011-12-22
2
σ (MPa)
400
低碳钢压缩 应力应变曲线 E(σb)
C(σs上) (σe) B 200 D(σs下) A(σp)
塑性材料和脆性材料力学性能比较 塑性材料
σe ,σs ,σb,δ,E ,ψ σ σ δ ψ 延伸率 δ > 5% 断裂前有很大塑性变形 抗压 锻压和冷加工承 受动荷载 锻压和冷加工承,受动荷载 的能力强
脆性材料
E和强度极限 和强度极限 延伸率 δ < 5% 断裂前变形很小 抗压能力远大于抗拉能力 适合于做基础构件或外壳