材料力学性能指标

(3) 弯曲试验
弯曲试验不仅便于评价脆性和低塑性 材料的塑性，也更接近这些构件的实 际工作条件，因此弯曲试验也是工程 中常用的材料性能评价方法。但对塑 性材料的弯曲试验不能导致材料破坏。
弯曲试验一般用圆柱或方条形试样在 万能试验机上进行。三点弯曲试验操 作简便，因此在工程中的应用较广泛。
抗弯强度
应变（strain）：用来表征材料受力时 内部各质点之间的相对位移。
根据受力不同分为： 拉伸应变 剪切应变 压缩应变
拉伸应变：同一直
线上拉应力下发生的 形变。
= (l1-l0)/l0 =l/l0
剪切应变：平行剪
切应力下发生的形变。
= tg
压缩应变：均匀应
低碳钢刚刚开始塑性变形时，应力达到某 一水平后突然降低，并在较低的水平上几 乎维持不变，但应变持续增大，这一现象 叫屈服。出现屈服的应力高限称为上屈服 点，应力低限称为下屈服点。对有屈服现 象的材料，以其下屈服点为屈服强度 (yield strength)，以σs表示。屈服后材料 发生加工硬化，即随着塑性变形量的增大 应力持续增大。但应力增大到一定水平后 试样开始发生颈缩，即试样的变形不再均 匀分布在整个工作长度上，而是集中发生 在中间的某一部分，该部分试样变细并大 量变形最后导致断裂。颈缩后虽然试样的 名义应力降低，但变形持续增大，最后断 裂。试样在拉断前可承受的最大名义应力 称为材料的抗拉强度(tensile strength)，以 σb表示。
研究目的和意义
（1）正确地使用材料，保证构件在服役期内有 效运行。 （2）通过对材料力学性能的研究可以评价材料 合成与加工工艺的有效性，并通过控制材料的 加工工艺，提高材料的力学性能。 （3）在材料力学性能理论的指导下，采用新的 材料成分和结构，或新的加工和合成工艺，设 计和开发出新材料，以满足对材料的更高需求。
l0
式中，l0为试样工作部分的初始长度；lb为试
样工作部分断裂后的长度。δ越大，断裂前的 伸长率越大，代表塑性变形能力越大。
断面收缩率
表征塑性的另一指标为断面收缩率 (contraction of area)
其定义为试样断裂后的截面收缩率，即：
S0 Sb 100%
S0
式中，S0和Sb分别是试样的初始截面积 和断裂后的最小截面积。
抗剪强度
扭转条件强度极限τb通常也称为抗剪强 度，其定义为：
b

Mb W
式中，W为试样断面系数，由试样断面
的形状和尺寸决定。扭矩增大到某一极
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限值Mb时材料断裂。
扭转切应变
扭转切应变γb可代表材料的塑性，其计 算公式为：
b

bd0
2l0
100%
式中，φb为断裂后残余的扭转角；d0为 试样直径。
stress)：
0
=
F/A0
真实应力(real stress)： T = F/A （A：真实面积）
应力的方向规定：
拉应力为正，压应力为负。 剪切应力方向规定：
体积元上任意面上的法向应 力与坐标轴的正方向相同， 则该面上的剪切应力指向 坐标轴的正方向者为正； 如果该面上的法向应力指 向坐标轴的负方向，则剪 切应力指向坐标轴的正方 向者为负。
主要内容
2．1 材料的力学性能指标 2．2 材料的变形 2．3 材料的断裂 2．4 材料的断裂韧性 2．5 材料的疲劳 2．6 材料的抗冲击性能
概念
材料的力学性能是关于材料强度的一门 学科，即关于材料在外加载荷（外力）作用 下或载荷和环境因素（温度、介质和加载速 率）联合作用下表现的变形、损伤与断裂的 行为规律及其物理本质和评定方法的一门学 科。
力下体积变化。
= (V0-V1)/V0
2.1.2 材料的静载力学性能指标
静载力学性能是指材料在加载速度较慢 时表现出的力学性能。
(1) 静拉伸试验是工业上应用最广泛的力 学性能评定方法之一。试验时在试样两 端缓慢施加载荷，使其工作部分缓慢地 沿轴向伸长，直至拉断为止。
在应力较小时为弹性变形，外力去除后变 形消失。应力增大到一定程度后，外力去 除后变形也不能完全消失，而是有一部分 残余变形，即发生了塑性变形。材料不发 生塑性变形的最大应力为弹性极限σe。在 弹性变形阶段，应力—应变一般服从虎克 (Hook)定律，成正比关系，但应力达到某 一极限值σp后的短暂的弹性变形阶段应力 和应变偏离直线关系，σp是应力—应变成 正比关系的最大应力，称为比例极限。
2.1 材料的力学性能指标
2．1．1 应力和应变 2．1．2 材料的静载力学性能指标 2．1．3 硬度
2.1.1 应力和应变
应力（stress）：材料单位面积上所受的附加 内力，其数值等于单位面积上所受的外力。
= F/A
式中， 为应力，F为外力，A为面积。
国际单位：N/m2，Pa
工程应力、名义应力(nominal （A0：起始面积）
(1)莫氏硬度
(2)扭转试验
材料的塑性变形从本质上是由切应力引起的。 扭转试验可更真实地反映材料在切应力下的行 为。
扭转试验一般用圆柱形试样在扭转试验机上进 行。试验机自动记录每一时刻施加于试样上的 扭矩M和扭转角θ(在试样标距l0上的两个端面 间的相对扭转角)绘制成M-θ曲线，求出材料的 扭转强度、切弹性模量和剪切应变．。
静拉伸力学性能—— 应力应变曲线分析
不同材料的应力应变曲线
低碳钢
铝合金
不同材料的应力应变曲线
聚氯乙烯
无机材料
延伸率
材料的塑性是指材料发生塑性变形而不断裂的 能力。
延伸率（elongation percentage)δ定义为试样拉 断后工作部分长度的相对伸长量，即：
lb l0 100%
试样上的最大弯矩：M最大=PL/4，P为载荷， L为两支持点的距离。
根据最大弯矩值求弯曲强度。对弯断的脆性材 料只求断裂时的抗弯强度:
bb

Mb W
式中，Mb为断裂时的最大弯矩；W为试样截 面系数，由试样的截面形状和尺寸决定。
2.1.3 硬度
定义：硬度是衡量材料软硬程度的一种力 学性能指标，是在给定载荷条件下，材料 对形成表面压痕（刻痕）的抵抗能力。