材料的拉伸性能
弹性体材料的拉伸性能研究
弹性体材料的拉伸性能研究随着科学技术的不断发展，弹性体材料作为一种重要的结构材料，被广泛应用于工程领域中。
弹性体材料的拉伸性能是评价其质量与性能的重要指标之一。
本文将对弹性体材料的拉伸性能进行研究，分析其对工程实践的意义。
一、弹性体材料的特点弹性体材料是指在一定的应力作用下，能够发生可逆变形，并在去除应力后能够恢复到原来的形态和尺寸。
弹性体材料的主要特点包括以下几方面：1. 高弹性模量：弹性体材料具有较高的弹性模量，能够承受较大的应力而不发生塑性变形。
2. 良好的延展性：弹性体材料具有较好的延展性，可以在受到外力拉伸时发生弹性变形。
3. 快速恢复原状：弹性体材料具有快速恢复原状的特点，能够在去除外力后迅速恢复到原来的形状和尺寸。
二、弹性体材料的拉伸性能测试方法为了评估弹性体材料的拉伸性能，科研人员和工程师们开发了一系列测试方法。
以下是常用的弹性体材料拉伸性能测试方法的介绍：1. 应力-应变测试：应力-应变测试是评估弹性体材料拉伸性能的基本方法之一。
通过施加不同的拉伸载荷，测量材料在不同应变下所产生的应力变化，从而得到应力-应变曲线。
2. 耐疲劳性测试：耐疲劳性测试是评估弹性体材料长期使用性能的重要方法。
通过反复施加拉伸载荷，观察材料在疲劳循环中的性能变化，以评估其耐久性。
3. 断裂韧性测试：断裂韧性测试用于评估弹性体材料在断裂前的能量吸收能力。
常用的测试方法包括冲击试验和缺口拉伸试验。
三、弹性体材料的拉伸性能与工程应用弹性体材料的拉伸性能直接影响其在工程领域中的应用。
了解材料的拉伸性能可以帮助工程师选择合适的材料，并设计出更加安全可靠的结构。
下面是弹性体材料的拉伸性能与工程应用的关系：1. 工程结构设计：根据材料的拉伸性能，工程师可以评估结构的可靠性，并进行合理的结构设计。
例如，在建筑工程中，合理选择具有优良拉伸性能的弹性体材料，可增加建筑物的抗震性能。
2. 材料选用：了解材料的拉伸性能可以帮助工程师选择合适的材料。
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
材料拉伸与压缩时的力学性能
σp σe
应力达到ζ b后，试件在某一局部范围内横向尺寸突然缩小，出现“颈缩”现象。 （5）塑性指标 l1 l 1000 0 延伸率： l
σs
A A1 截面收缩率： 1000 0 A
5% 为塑性材料 5% 为脆性材料
δ、 ψ 值越大，其塑性越好，因此，δ 、ψ 是衡量材料塑性的主 要指标。
E
σs
σb
(2) 屈服阶段 (2) 屈服阶段 当应力超 过b点后，出 现了锯齿形曲 线，这表明应 力变化不大， 但应变急剧增 加，材料失去 了抵抗变形的 能力。这种现 象称为材料的 屈服，屈服阶 段的最低点应 力值， ζ s 称为材料的屈 服极限。屈服 极限是衡量材 料强度的重要 指标。 (3) 强化阶段
4、铸铁的压缩试验
铸铁压缩时的ζ—ε曲线，曲线没有明显的直线部分，在应力很小时可以 近似地认为符合胡克定律。曲线没有屈服阶段，变形很小时沿轴线大约成 45°～50°的斜面发生破坏。把曲线最高点的应力值称为抗压强度，用ζ b 表示。压缩时的强度极限有时比拉伸时的强度极限高4 ～ 5倍。
铸铁材料的抗压强度约是抗拉强度的4～5倍。其抗压性能远大于抗 拉性能，反映了脆性材料共有的属性。
5、综上试验可以看出： 塑性材料的抗拉与抗压能力都很强，且抗冲击能力也强，齿轮、轴等 零件多用塑性材料制造。 脆性材料的抗压能力远高于抗拉能力，脆性材料多用于制造受压构件。
σb
2、铸铁的拉伸试验 抗拉强度ζ b 铸铁是脆性材料的典型代表。图6-12a 是铸铁拉伸时的 ζ —ε 曲线，从图中看出曲 线没有明显的直线部分和屈服阶段，无颈 缩现象而发生断裂破坏，断口平齐，塑性 变形很小。把断裂时曲线最高点所对应的 应力值ζ b，称为抗拉强度。
材料拉伸时的力学性能
目录
材料力学
材料拉伸时的力学性能
0
材料力学
两个塑性指标:
断后伸长率 l1 l0 100 % 断面收缩率 A0 A1 100 %
l0
A0
5% 为塑性材料 5% 为脆性材料
低碳钢的 20 —30% 60% 为塑性材料
目录
材料力学
材料拉伸时的力学性能
三 卸载定律及冷作硬化
b
材料力学
对于没有明 显屈服阶段的塑 性材料，用名义 屈服极限σp0.2来 表示。
p0.2
o 0.2%
目录
材料力学
材料拉伸时的力学性能
对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力 应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现 象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。 为典型的脆性材料。
bt
o
σbt—拉伸强度极限（约为140MPa）。它是 衡量脆性材料（铸铁）拉伸的 P
b
a c s
o
明显的四个阶段
2、屈服阶段bc（失去抵
f 抗变形的能力）
s — 屈服极限
3、强化阶段ce（恢复抵抗 变形的能力） b — 强度极限 4、局部径缩阶段ef
1、弹性阶段ob E 胡克定律
P — 比例极限 E—弹性模量（GN/m2）
e — 弹性极限
E tan
材料力学
材料力学
材料力学
材料拉伸时的力学性能
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。
一 试 件 和 实 验 条 件
材料力学
常 温 、 静 载
目录
材料力学
材料拉伸时的力学性能
材料力学
目录
材料力学
材料拉伸时的力学性能
拉伸性能指标解读
拉伸性能指标解读拉伸性能是材料力学性能中的重要指标之一，用于评估材料抵抗拉伸力的能力。
它通过拉伸试验来测量材料在拉伸过程中的变形行为和破坏特性。
拉伸性能指标主要包括屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率等。
屈服强度是材料在拉伸试验过程中，应力-应变曲线上的一个特定点，表示材料开始产生塑性变形的能力。
在材料受拉伸力作用下，原来的晶粒结构开始发生滑移和形变，屈服强度是材料开始变形的阈值。
较高的屈服强度意味着材料的韧性好，具有较高的抵抗变形的能力。
抗拉强度是材料在拉伸试验中达到最大应力时的强度指标，表示材料在拉伸过程中抗拉应力的能力。
抗拉强度越高，材料的耐拉性能就越好。
抗拉强度是评价材料用于承受拉伸载荷的能力的关键参数，特别适用于强度要求较高的工程应用。
伸长率是衡量材料在拉伸过程中塑性变形程度的指标，表示材料在断裂前可以延长的百分比。
伸长率越大，材料的可以承受更大的拉伸变形，具有良好的延展性和可塑性。
伸长率的大小与材料的成分、晶粒尺寸、形变速率以及温度等因素有关。
比如，冷轧钢具有较高的伸长率，而铸造钢的伸长率则较低。
断面收缩率是材料断裂时剩余断面与原断面面积的比值，表示材料在断裂时的收缩程度。
断面收缩率的数值越大，说明材料的塑性变形越显著，能量吸收能力越高，断裂后剩余截面的面积越小。
断面收缩率往往与伸长率成反比，即材料的伸长率越大，断面收缩率就越小。
除了以上几个常见的拉伸性能指标，还有一些其他指标也可以用来评价材料的拉伸性能，如杨氏模量、泊松比等。
杨氏模量也被称为弹性模量，用于描述材料的刚性程度，即在拉伸力作用下，材料的形变程度。
泊松比则是材料在拉伸过程中横向收缩与纵向变形之间的比率，用于描述材料的变形特性。
在工程实践中，了解和评估材料的拉伸性能对于材料的选用和设计具有重要意义。
不同的材料具有不同的拉伸性能，根据具体应用需求和要求选择适合的材料，可以提高材料的使用寿命和安全性能。
同时，通过改变材料的处理方式、调整成分比例等方法，也可以改善材料的拉伸性能，提高材料的工程性能。
拉伸性能实验报告
拉伸性能实验报告
本次实验旨在测试材料的拉伸性能。
实验采用了标准拉伸试验方法，对不同材料进行了拉伸测试。
实验结果表明，不同材料的拉伸性能存在着显著的差异。
实验材料：本次实验选取了三种材料进行测试，分别为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯塑料膜和铝合金板材。
实验设备：拉伸试验机、计算机、测量仪器等。
实验方法：将样品夹在拉伸试验机上，先进行预拉伸，然后施加拉伸力，记录样品在拉伸过程中的应变和应力数据，绘制应力应变曲线。
实验结果：
1.聚酰亚胺薄膜：在拉伸过程中表现出极高的拉伸强度和模量，表现出了良好的耐热性和化学稳定性。
2.聚乙烯塑料膜：在拉伸过程中表现出较低的拉伸强度和模量，但表现出了较好的延展性和耐冲击性。
3.铝合金板材：在拉伸过程中表现出较高的拉伸强度和模量，但表现出较低的延展性和韧性。
结论：不同材料的拉伸性能存在着显著的差异，应根据具体应用需求选择合适的材料。
材料力学性能1
②各晶粒塑性变形的相互制约与协调
原因：各晶粒之间变形具有非同时性。
要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂） 条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变 化）
3 形变织构和各向异性
（1）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈 择优取向的组织。 丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉 拔时形成） （2）类型 板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋 于平行于主变形方向。（轧制时形成）
长时间回火处理: 钢: 300~450℃, 铜合金:150~200 ℃
2、弹性滞后
---- 非瞬间加载条件下的弹性后效。 加载和卸载时的应力应变曲线不重合 形成一封闭回线 ------ 弹性滞后 环
0
e
物理意义
• 加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功。 或，回线面积为一个循环所消耗的不可逆功。 • • 这部分被金属吸收的功，称为内耗。 ⑵循环韧性 若交变载荷中的最大应力超过 金属的弹性极限，则可得到塑性滞后环。
b
均匀变形阶段
典型的应力-应变曲线
s= 0.2 淬火高碳钢、 玻璃、陶 瓷 正火、调质 退火的碳 素结构钢、 低合金结 构钢
有色金属、经 冷变形的钢、 经低中温回 火的结构钢
s
（ a）
e
（ b）
e
（c）
e
高锰钢、铝青铜、 锰青铜
冷拔钢丝、 受强烈硬 化的材料
b 纯铜、纯铝
（ d）
2）屈服点 呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样 在外力不增加(保持恒定)仍能继续伸长 时的应力称为屈服点，记为σs； 3）上屈服点
试样发生屈服而力首次下降前的最大应 力称为上屈服点，记为 4）下屈服点 当不计初始瞬时效应（指在屈服过程中试验 力第一次发生下降）时屈服阶段中的最小应力 称为下屈服点，记为σsl
材料在拉伸与压缩时的力学性能
形状尺寸 试件的 加工精度
试验条件 国家标准规定《金属拉伸试验方法》（GB228-87）
试验仪器：万能材料试验机；变形仪（常用引伸仪）
l
5d 10d
试验方法 —— 拉力 P 从 0 渐增
标距 l 的伸长 随l 之渐增
得 p 曲l 线（拉伸图）
高度/直径 =1.5 – 3 ➢1．低碳钢压缩时的曲线
❖ 屈服前与拉伸时大致相同 ➢2．铸铁压缩时的曲线
❖ 较小变形下突然破坏，破坏断面约45度
机械设计基础
为使材料的性能同几何尺寸无关：
〈将 p 除以 A〉 = 名义应力 〈将伸长 除以标距 〉= 名义应变
从而得 应力应变图，即
曲线
❖ 弹性阶段 —— ❖ 屈服阶段 —— ❖ 强化阶段 ——
p σ
E ε tan
s
❖ 颈缩阶段 ——
b
• 伸长率 —— l1 l 100 %
l • 截面收缩率 —— A A1 100%
机械设计基础
材料在拉伸与压缩时的力学性能
❖ 由来—— 弹簧: 力小时,正比关系 力过大,失去弹性
郑玄-胡克定律 反映的只是一个阶段的受力性能 ❖ 现在要研究
理论上——用简单描述复杂 工程上——为（材料组成的）构件当好医生
1、 低碳钢拉伸时的力学性能 （含碳量<0.3%的碳素钢）
服极限，表示为 0.2
2）脆性材料 （铸铁）
铸铁拉伸时的力学性能： 1）应力—应变关系微弯曲线，没有直线阶段 2）只有一个强度指标 3）拉断时应力、变形较小
结论——脆性材料 处理——以 O-A 割线的斜率作为弹性模量
A为曲线上1/4点
3、材料在压缩时的力学性能 ❖ 避免被压弯，试件一般为很短的圆柱
材料拉伸试验
材料拉伸试验
材料拉伸试验是一种常见的材料力学性能测试方法，通过对材料进行拉伸加载，来研究材料的拉伸性能和力学行为。
这种试验方法可以帮助工程师和研究人员了解材料的强度、韧性、延展性等重要性能指标，对于材料的选用、设计和加工具有重要意义。
在进行材料拉伸试验时，需要准备一根标准试样，通常为圆形或矩形截面的试样。
试样的两端分别固定在拉伸试验机的上下夹具上，施加拉力使试样产生拉伸变形。
在试验过程中，可以通过测试软件实时记录试样的载荷-位移曲线，从而得到
材料在拉伸过程中的力学性能参数。
拉伸试验的结果通常包括材料的屈服强度、抗拉强度、断裂强度、断裂伸长率
等指标。
其中，屈服强度是材料在拉伸过程中开始发生塑性变形的临界点，抗拉强度是材料抵抗拉伸破坏的能力，断裂强度是材料在拉伸过程中最大的抗拉应力，断裂伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标。
通过材料拉伸试验可以得到材料的力学性能参数，帮助工程师和研究人员了解
材料的力学行为和应用特性。
在工程设计中，合理选择材料并了解其力学性能是至关重要的，可以有效避免因材料强度不足或延展性能不佳而导致的工程事故。
总之，材料拉伸试验是一种重要的材料力学性能测试方法，通过对材料进行拉
伸加载，可以得到材料的力学性能参数，为工程设计和材料选用提供重要参考。
希望工程师和研究人员能够充分利用这一方法，深入研究材料的力学行为，推动材料科学与工程领域的发展。
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。
高分子材料的拉伸性能测试
高分子材料的拉伸性能测试《高分子材料的拉伸性能测试》实验指导书一、实验目的1、测试热塑性塑料弯曲性能。
2、掌握高分子材料的应力―应变曲线的绘制。
4、了解塑料抗张强度的实验操作。
二、实验原理拉伸试验是材料最基本的一种力学性能试验方法，可以得到材料的各种拉伸性能，包括拉伸强度、弹性模量、泊松比、伸长率、应力-应变曲线等。
拉伸试验是指在规定的温度、湿度和试验速度下，在试样上沿纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏，此时材料的性能指标如下：1.拉伸强度为：(1)式中σ--拉伸强度，mpa;p---毁坏载荷（或最小载荷)，n;b---试样宽度，cm;h---试样厚度，cm.2.拉伸破坏(或最大载荷处)的伸长率为：(2)式中ε---试样弯曲毁坏(或最小载荷处)伸长率，%;δl0-毁坏时标距内弯曲量，cm;l0---测量的标距，cm,3.弯曲弹性模量为：(3)式中et---弯曲弹性模量，mpa；δp―荷载-变形曲线上初始直线段部分载荷量，n；δl0―与载荷增量对应的标距内变形量，cm。
4.弯曲形变-快速反应曲线如果材料是理想弹性体，抗张应力与抗张应变之间的关系服从胡克定律，即：σ=eε式中:e－杨氏模量或拉伸模量；σ－应力；ε－应变聚合物材料由干本身长链分子的大分子结构持点，并使其具备多重的运动单元，因此不是理想的弹性体，在外力作用下的力学犯罪行为就是一个僵硬过程，具备显著的粘弹性质。
弯曲试验时因试验条件的相同，其弯曲犯罪行为存有非常大差别。
初始时，形变减少，快速反应也减少，在a点之前形变与快速反应成正比关系，合乎胡克定律，呈圆形理想弹性体。
a点叫作比例极限点。
少于a点后的一段，形变减小，快速反应仍减少，但二者不再成正比关系，比值逐渐增大；当达至y点时，其比值为零。
y点叫作屈服点。
此时弹性模最对数为零，这就是一个关键的材料持征点。
对塑料来说，它就是采用的音速。
如果再继续弯曲，形变维持维持不变甚至还可以上升，而快速反应可以在一个相当大的范围内减少，直到脱落。
材料拉伸时的力学性能
线中的直线部分都很短, 因此, 只能认为近似地符合胡克定律。
50º~55º
衡量材料力学性能的主要指标：
比例极限σp: σ ＝Eε, σ-ε关系是线性、弹性的。 弹性模量E: E＝σ/ε, Oa段直线的斜率, 反映材料抵抗弹性变形的能力。 弹性极限σe: 弹性, ab段为非线性。σe与σp数值相近。 屈服极限σs: 材料是否出现塑性变形的重要强度指标。 强度极限σb: 反映材料是否破坏的重要强度指标。 伸长率δ 断面收缩率Ψ
拉力完全卸除后, 应力—应变图中, d'g表示消失了的弹 性变形, 而Od'表示不再消失的塑性变形。
Байду номын сангаас
6) 卸载定律及冷作硬化
卸载后, 如在短期内再次加 载, 则应力和应变大致上沿 卸载时的斜直线d'd变化。 直到d点后, 又沿曲线def变 化。可见在再次加载时, 直 到d点以前材料的变形是弹 性的, 过d点后才开始出现 塑性变形。 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。
得出正应力σ; 同时, 把伸长量Δl除以标距的原始长度l, 得到应变ε。以σ为纵坐标, ε为横坐标, 作图表示σ与ε 的关系称为应力－应变图或σ－ε曲线。
1) 弹性阶段 –– Oa段
σ与ε的关系为直线Oa, 应 力σ与应变ε成正比。
σ ∝ε
写成等式
σ = Eε
这就是拉伸或压缩的胡克定律。E为与材料有关的比例
常数, 称为弹性模量。E的量纲与σ相同, 常用单位为
GPa (1 Gpa=109 Pa)
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。
材料拉伸强度测试及分析
材料拉伸强度测试及分析材料的拉伸强度测试是一种常用的评估材料强度和性能的方法。
本文将对材料拉伸强度测试的步骤和分析进行讨论，以帮助读者更好地理解这一测试方法。
1. 测试方法介绍材料的拉伸强度测试可以通过单轴拉伸试验机进行。
首先，选择合适的试样尺寸，通常是长方形或圆柱形。
然后，在试样两端加装夹具，以保证试样在拉伸时不会滑脱。
接下来，将试样固定在拉伸试验机的夹具上，并使用负荷传感器记录施加在试样上的力，并通过位移传感器记录试样的变形情况。
随后，逐渐施加拉力，直到试样发生断裂。
测试结束后，可以得到材料的断裂强度和断裂伸长率等重要参数。
2. 数据分析根据拉伸试验获得的力和位移数据，可以计算出材料的应力-应变曲线。
应力可以通过应变与施加的力之间的关系计算得出。
应变可以通过试样在拉伸过程中伸长量与试样初始长度之间的比值计算得出。
通过绘制应力-应变曲线，可以观察材料在拉伸过程中的变形行为和力学性质。
3. 结果分析拉伸强度是材料的一个重要参数，表征材料在受力时的抵抗能力。
一般来说，拉伸强度越高，材料的抗拉性能越好。
断裂伸长率是另一个重要参数，表征材料在拉伸过程中的延展性能。
断裂伸长率越高，材料在强度失效前能发生更大的变形，具有更好的塑性。
4. 影响因素分析材料的拉伸强度受多种因素影响，如材料的化学成分、晶体结构、加工工艺等。
其中，材料的化学成分和晶体结构对拉伸强度影响较大。
例如，碳含量高的钢材通常具有较高的拉伸强度，而铝等轻金属则具有较低的拉伸强度。
此外，加工工艺如热处理和冷变形也会对材料的拉伸强度产生影响。
5. 应用领域材料拉伸强度测试在工程领域有着广泛的应用。
例如，它可以用于确定不同材料的抗拉性能，从而选择合适的材料用于构建桥梁、飞机等。
此外，在材料开发过程中，拉伸强度测试也可以用于评估新材料的性能和可行性。
总结：通过对材料的拉伸强度测试及分析，可以全面评估材料的力学性能并预测其在实际应用中的表现。
这项测试方法具有简单易行、数据可靠等优点，被广泛应用于材料科学和工程领域。
材料拉伸知识点总结
材料拉伸知识点总结一、材料拉伸的概念材料的拉伸是指将材料沿着其长度方向施加外力，使其受到拉力而发生变形的过程。
在拉伸过程中，材料会发生延伸、变形和断裂等现象。
材料的拉伸性能直接影响到材料的工程应用，因此对材料的拉伸性能进行研究具有重要的意义。
二、材料拉伸的力学性质1. 弹性模量弹性模量是材料在受到拉力时，在弹性范围内所表现的抗拉性能。
它是材料在拉伸过程中产生弹性变形的能力的量度。
弹性模量越大，材料的抗拉性能越好。
2. 屈服强度材料受到拉力作用时，在允许弹性变形的情况下所能承受的最大拉力。
超过这一点之后，材料将出现塑性变形，即产生塑性流动。
屈服强度是材料抗拉性能的一个重要指标。
3. 断裂强度材料在拉伸过程中最终发生断裂的强度。
断裂强度是材料抗拉性能的一个重要指标，可以用来评估材料的结构强度和安全性。
4. 延伸率材料在拉伸过程中产生塑性变形的能力。
通常用百分数来表示，即拉伸前后的长度差除以拉伸前的长度乘以100%。
延伸率越大，材料的抗拉性能越好。
5. 断裂伸长率材料在拉伸断裂之前的延伸率。
断裂伸长率是一个重要的拉伸性能指标，反映了材料的延伸性能。
三、材料拉伸的影响因素1. 材料的组织结构材料的晶粒大小、晶粒形状、晶粒方向等组织结构对材料的拉伸性能有重要影响。
通常情况下，晶粒越小、结构越致密，材料的拉伸性能越好。
2. 材料的成分材料的化学成分对其拉伸性能有很大的影响。
不同的合金元素、杂质元素会改变材料的晶体结构、力学性能和抗拉性能。
3. 加工工艺材料的热处理、冷加工、热轧、冷轧等加工工艺会影响材料的晶粒大小、晶格位错密度以及晶粒形状，进而影响材料的拉伸性能。
4. 温度温度对材料的塑性变形、断裂性能、晶界强度等方面都有影响。
通常情况下，升高温度会使材料的延伸性能增加，但断裂性能降低。
5. 拉伸速度拉伸速度会影响材料的延伸率、延伸速度敏感性、屈服强度等性能。
通常情况下，拉伸速度越大，材料的延伸率越小，延伸速度敏感性越大。
塑料材料的力学行为分析
塑料材料的力学行为分析塑料材料是一种广泛应用于各个领域的非金属材料，具有轻质、耐用、可塑性强等特点。
本文将对塑料材料的力学行为进行分析，包括拉伸性能、弯曲性能和压缩性能等方面。
一、拉伸性能分析塑料材料的拉伸性能是指在外力的作用下，材料发生拉伸变形的能力和强度。
其中，拉伸强度、屈服强度和延伸率是评估塑料材料拉伸性能的重要指标。
首先，拉伸强度是指材料在拉伸过程中所能承受的最大拉力，通常以MPa为单位。
拉伸强度越高，材料的抗拉能力就越强。
其次，屈服强度是指材料发生塑性变形时所能承受的最大应力。
塑料材料的屈服强度较低，常见的塑料在塑性变形时往往会发生显著的拉伸。
最后，延伸率是指材料在拉伸断裂前能够延长的长度与初始长度之比。
延伸率越高，表明材料具有更好的可延展性。
二、弯曲性能分析塑料材料的弯曲性能是指材料在外力作用下，发生弯曲变形的能力。
在实际应用中，材料的弯曲性能对产品的稳定性和使用寿命具有重要影响。
弯曲强度是衡量塑料材料弯曲性能的指标之一，指材料在弯曲作用下的最大应力。
塑料材料的弯曲强度与拉伸强度的大小存在一定的关联，但不完全相同。
除了弯曲强度，塑料材料的刚度和抗弯疲劳性能也是弯曲性能的重要考量因素。
刚度决定了材料在受力时的变形程度，而抗弯疲劳性能则是指材料在长期反复受力下无断裂的能力。
三、压缩性能分析塑料材料的压缩性能是指材料在受到压力作用时的变形和破坏能力。
与拉伸和弯曲性能不同，塑料材料的压缩性能在实际应用中较少用到，但在某些特殊情况下仍然需要考虑。
压缩强度是评估塑料材料压缩性能的主要指标，它表示材料在承受压力时所能承受的最大应力。
压缩性能的测试通常使用压缩试验机进行，结果以MPa为单位。
总之，塑料材料的力学行为分析是评估材料性能和应用范围的重要手段。
通过对塑料材料的拉伸性能、弯曲性能和压缩性能的分析，可以为工程设计和产品开发提供重要的参考和指导。
在实际应用中，还需要根据具体的要求和使用环境，选择适合的塑料材料以满足工程需求。
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拉伸曲线种类——塑性材料
(3)不出现缩颈的应力-应变曲线（低塑性）: 只有弹性变形Oa和均匀塑性变形ak阶段，图（c） 典型材料：铝青铜和高锰钢 (4)不稳定型材料的应力-应变曲线： 锯齿状塑性变形，图（d） 41 某些低溶质固溶体铝合金及含杂质铁合金
拉伸曲线种类——高分子材料
〔注意〕: b
c 较高塑性
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真应力－真应变曲线（S－e曲线）
实际上，在拉伸过程中，试棒的截面积和长度随着拉伸 力的增大是不断变化的，工程应力一应变曲线并不能反 映试验过程中的真实情况 ——真应力-应变曲线 如果以瞬时截面积A除其相应的拉伸力F，则可得到瞬时 的真应力S F
S
A
同样，当拉伸力F有一增量dF时，试样在瞬时长度 L的 基础上变为L＋dL，于是应变的微分增量应是 de＝dL／ L，则试棒自 L0伸长至L后， e L dL 总的应变量为 ： L e de ln 0 L) L L0
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载荷传 感器 位移传 感器
在拉伸过程中，随着载 荷的不断增加，圆柱试样的 长度将不断的增加，这些量 的变化可由试验机上安装的 自动绘图机构连续描绘出， 拉伸力F和绝对伸长量Δ L的 关系曲线，直至试样断 裂．如图1－1所示。
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P 应力： A0
单位：MPa（MN/m2）或Pa（N/m2） P——载荷 A0——试样的原始横截面积
B
不均匀变形（颈缩阶段）
K
均匀塑性变形 微塑性变形 s e P 屈服现象
断裂阶段：试样在K点发生断裂。 因此，在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、塑性变 形及断裂三个基本阶段。 37
拉伸曲线种类——脆性材料
曲线特征：拉伸断裂 前，只发生弹性变形， 无塑性变形，在最高 载荷点处断裂。 典型材料：玻璃、多 种陶瓷、岩石、低温 下的金属材料
总评成绩=平时成绩（30%）+期末考试成绩（70%）
1.1 引言
第一节 材料的性能
材料的性能是指材料的性质和功能。
性质是本身所具有的特质或本性；功能是 人们对材料的某种期待与要求可以承担功效， 以及承担该功效下的表现或能力。
1. 材料性能研究的意义
终极目标
应用
性能达到要求
经济性
2. 材料性能的划分
材料的分类
按材料成分：
1. 金属材料：纯金属及其合金。合金是由两种或两 种以上元素组成，其中至少有一种为金属元素组 成具有金属性的材料。金属性的关键特征是具有 正的电阻温度系数，这是由于它的导电是自由电 子的运动所决定的。 钢 钢铁材料(黑色金属) 铸铁
非铁金属材料(有色金属)
轻金属 Al Mg Ca Na … 贵金属 Ag Au Pb Rb Ir 稀土金属 Re(Y Nd …) 重金属 Cu Ni Pb Sn Zn … 稀有金属 Zr Ti Nb … 放射性金属 Ra U Th …
脆性材料的应力应变曲线
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拉伸曲线种类——塑性材料
(1) 最常见的金属材料应力-应变曲线（高塑性）： 由弹性变形直接过渡到塑性变形，塑性变形 时没有锯齿状屈服平台，如图（a）。 典型材料有调质钢、黄铜和铝合金。
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拉伸曲线种类——塑性材料
(2) 具有明显屈服点的应力-应变曲线（高塑性）： 曲线有明显的屈服点aa’，屈服点呈屈服平台 或呈齿状，图（b）。 典型材料：退火低碳钢和某些有色金属。
齿 轮
轴 承
刀 具
材料的性能
第六章 材料的热学性能（4学时）
材料在使用过程中，将对环境温度作出响 应，表现出不同的热学性能，包括热容、热膨 胀、热传导、热稳定性等。
膨胀蛭石板材
膨胀珍珠岩板材
岩棉管
玻璃棉
矿物棉保温制品
材料的性能
第七章 材料的电学性能（6学时）
材料的电学性能是材料性能的重要组成部分。电子 技术﹑传感技术﹑自动控制﹑信息传输等许多新兴领域 的发展，对材料在电学性能方面提出了新的要求。
弹性变形阶段，由于试棒的伸长和截面收缩 都很小，真实屈服应力和工程屈服应力在数值 上非常接近 真实断裂强度Sk大于工程断裂强度σk 工程应用中金属材料的变形主要局限于弹性 变形，且工程应力应变容易测量，故一般采用 工程应力、工程应变作为依据。在金属材料的 塑性加工研究中，真应力与真应变将具有重要 意义．
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弹性模量
在工程上，弹性模量表 征材料对弹性变形的抗 力，即材料的刚度。 其值越大，表示在相同 的应力作用下，材料的 弹性变形量越小，使机 械零件和工程构建不易 发生塑性变形.
金属材料在常温下的弹性模量
E
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弹性模量
构件刚度定义：
力学性能
第一章 材料的拉伸性能（6学时）
•弹性变形—受力作用后产生变形，卸除载荷后，变形消失 •塑性变形--卸除载荷后，试样会保留一部分残余变形
•断裂
第二章 材料在其他静载下的力学性能 （4学时）
机器零件或建筑结构实际上往往承受不同形式和大小的外力， 其内部的应力状态一般也是十分复杂的，仅采用单向静拉伸那 样的力学性能试验，并不能完全反映材料在不同应力状态下所 表现的弹性变形、塑性变形以及断裂行为等性能特点． 扭转 压缩 剪切 弯曲
教材选择
21世纪全国高等院校材料类创 新型应用人才培养规划教材 专业面拓宽，成为适应新形势 需要的综合性教材 该教材的编排更加生动活泼， 体现时代性和新颖性
参考教材: 【1】张帆编著，材料性能学，上海交通大学出版社，2009
【2】王从曾编著，材料性能学，北京工业大学出版社，2007
课程考核与成绩评定
1.2 拉伸试验
材料的单 向静拉 伸试验通常是在室温、 大气环境下按常规的 试验标准，采用光滑 圆柱试样沿轴向缓慢 施加单向拉伸载荷， 使其伸长变形直到断 裂．试验方法和试样 尺寸在试验标准中有 明确规定。
WDW-200电子万能试验机
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静拉伸试样： 一般为光滑圆柱或者板状试样。试样工 作长度一般l0=5d0 或者l0=10d0. d0 为试样原 始直径。
能数据都必须是由试验测试得到的。
性能测试试验对所采用的试样﹑试验仪器﹑试验步
骤﹑试验结果处理等均应典型化﹑规范化。
第二节 材料的分类
按材料用途（性能）
工程材料：主要利用其力学性能制作结构件。
建筑材料 结构材料 工具材料
功能材料：主要利用其物理、化学性能或效 应制作具有特定功效的器件。
半导体材料 热电材料 磁性材料 光电材料 激光材料 声电材料
石 墨 炸 弹
材料的性能
第八章 材料的磁学性能（4学时）
磁性是物质的一种重要的属性。从微观粒子到 宏观物体，到宇宙天体，无不具有某种程度的磁性 。 磁悬浮列车 指南车
电磁炉
隐身飞机
材料的性能
第九章 材料的光学性能(4学时)
光学材料被人们广为利用，与材料的光学性能有关。 材料对可见光的不同吸收和反射性能使我们周围的世界 呈现五光十色。
材料的分类
按材料成分：
材料的分类
按材料成分：
4. 复合材料：两种或两种以上性质不同的材料组合 起来的一种固体材料。
第三节 学习目的
掌握一些性能的基本概念及影响各种物性的因素
熟悉其测试方法及其分析方法
初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方
案的能力
开课前调查
1.
2.
3.
4.
你是否打算考研？是本专业方向还是其它 专业方向？ 到目前为止，你对大学所学的课程哪门最 感兴趣? 你喜欢所学的专业？喜欢哪种授课方式？ 你希望通过本课程的学习在哪方面有所提 高？
金属和陶瓷材料弹性变形的本质——构成材料的原 子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移
1、弹性模量
• 大部分金属在弹性变形阶段表现为主应力 ζ 与正应变ε 成正比
E ——胡克定律
E——弹性模量，又称杨氏模量 • 几何意义：弹性变形阶段的斜率 • 物理意义：产生100%弹性变形所需要的应力，单 位与应力单位相同
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真应0 V / l0 P l S (1 ) A A V /l l0
真应力总是大于工程应力！
工程应变与真应变之间的关系
l0 l l e ln ln( ) ln(1 ) l0 l0
原子结构
电子结构和化 学键性质
内因
凝聚态结构 组织结构 温度 介质气氛
晶体或非晶体，晶 体点缺陷或线缺陷 多晶体晶界、 多相材料相 界、形态、 大小、分布、 组织缺陷和 裂纹
外因 载荷形式
试样尺寸和形状
5. 材料性能的测试
对材料性能的研究建立在实验的基础上，而所有在
产品设计或材料选择的实践活动中，所需参考的性
橡胶：天然橡胶 合成橡胶 纤维：聚酰铵纤维 聚胺纤维 聚氯乙烯纤维
材料的分类
热塑性塑料：尼龙 热固性塑料：树脂
按材料成分：
聚乙烯 聚氯乙稀 聚丙烯 …… 聚氨酯 …… 合成橡胶
2. 高分子材料：有机聚合物。
弹性材料：天然橡胶
材料的分类
按材料成分：
3. 陶瓷材料：一种或多种金属氧化物或其他化合物。 广义陶瓷(特种陶瓷)：金属与氧、碳、氮、硅等化 合物
L L0 应变：
△L——试样长度方向上的伸长量 L0——试样原始标距长度
应力－应变曲线（工程应力－应变曲线）
工程应力一应变曲线对材料在工程中的应用是非常重要的， 根据该曲线可获得材料静拉伸条件下的基本力学性能指标， 可提供给工程设计或选材应用时参考。
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塑性变形
e s
B
K
P
弹性变形
如何确定残余变形量多少？ 如在B点卸载，一部分弹性变形会恢复，剩下不会恢复 的则为残余变形量。从卸载点出发沿平行于弹性变形阶段 的方向画线（如图中虚线部分），则与x轴相交点所表示 的应变量即为残余变形量。 36 在K点卸载？