应力应变曲线
应力-应变曲线
应力-应变曲线(stress-strain curves)根据圆柱试件静力拉伸试验所得拉伸图(图a)，对曲线上各对应点用试件原始尺寸除拉伸力与绝对伸长所得出的应力与延伸率的关系曲线(图6)。
应力一应变曲线是金属塑性加工工作中最重要的参考资料之一。
应力及应变值按下式计算：式中σi 表示拉伸图上任意点的应力值，δi为i点的延伸率，Pi及Δli为该点的拉力与绝对伸长值，F0及l为试件的断面积和计算长度。
试件受拉伸时，先产生弹性变形，这时应力应变成比例，当出现二者不能保持线性关系的点时，表示材料已屈服而将发生塑性变形，这时的应力定义为屈服应力或流变应力，用σs表示，其求法见屈服点。
拉伸时当试件计算长度上的均匀变形阶段结束而产生细颈时，变形将集中在细颈部分。
出现细颈前材料所能承受的应力名为强度极限或抗拉强度，用σb表示σb =Pmax/F式中Pmax为拉伸图上所记录的最大载荷值。
试件出现细颈后很快即断裂，断裂应力σfσf =Pf/Tf式中Pf 是断裂时的拉力，Ff是断口面积。
试件拉断时的延伸率δf(％)或断面收缩率ψ(％)是表示材料可承受最大塑性变形能力的指标：矾一牮×100(4)￡fPf=盐≯×100(5)』’0式中厶和Ff是将断开的试件对合后测定的试件长度和断口处的面积。
抗拉强度靠及延伸率d或断面收缩率妒是材料性能的两个基本指标，在工程上有着广泛的应用。
屈服应力民(或乱：)是金属塑性加工时变形体开始产生塑性变形所必需的最小应力，它是计算变形力的一个重要参数。
应力-应变曲线表征材料受外力作用时的行为。
材料受力后即发生弹性变形，这时应力应变呈简单的线性关系，继续增加作用力至一定大小后材料将出现塑性变形，以后变形与应力的关系复杂，当塑性变形至一定程度以后，试件破断则变形过程终结。
所以任何变形过程均包括弹性变形、塑性变形及破断3个典型阶段。
金属的塑性加工过程处于弹性变形与破断二者之间。
首先要创造一定的应力状态条件使金属能发生塑性变形，其次是安排一个使塑性变形尽可能大又不致发生破坏的热力学条件。
应力 应变 曲线
应力应变曲线
应力-应变曲线描述了材料在受到外部力作用下的应力和应变之间的关系。
应力（stress）指的是材料在单位面积上受到的力的大小，通常以强度（N/m^2）作为单位。
应力-应变曲线的横轴通常表示材料的应变（strain），应变指的是材料在受到力后产生的形变程度，通常以长度的相对变化或者角度的相对变化表示。
应力-应变曲线通常可以分为四个阶段：
1. 弹性阶段（Elastic region）：当材料受到小应力时，材料会表现出弹性行为，即应变与应力成正比。
在这个阶段，应力增加时材料会发生形变，但一旦外力消失，材料会恢复到原来的形状。
2. 屈服阶段（Yield Point）：当材料受到足够大的应力时，材料会超过其弹性限度，开始发生可见的形变。
这个阶段的应力-应变曲线通常表现为一个明显的曲线，材料开始变得塑性。
3. 塑性阶段（Plastic region）：在这个阶段，材料受到的应力继续增加，但应变的增加速度逐渐减慢。
材料开始发生不可逆的塑性变形。
4. 断裂阶段（Fracture point）：当材料受到过大的应力时，材料会发生断裂，即完全失去其机械性能。
应力-应变曲线的形状和材料的性质，结构和处理方式等因素密切相关。
不同材料（如金属、塑料、陶瓷等）的应力-应变曲线会有所不同，也受到温度、湿度等环境条件的影响。
这在工程设计和材料选择中具有重要的意义，可以帮助工程师评估材料的强度、延展性、可塑性和抗断裂性等性能。
应力-应变循环曲线
应力-应变循环曲线应力-应变曲线是材料力学性能测试中的一项重要指标。
它描述了材料在受力过程中的应变响应，可以用来评估材料的强度、韧性以及疲劳性能等。
在实际应用中，材料通常会经历多次的力加载和卸载过程，这就形成了应力-应变循环曲线。
本文将介绍应力-应变循环曲线的基本特征，以及其在工程中的应用。
1. 应力-应变循环曲线的基本概念与特征应力-应变循环曲线是通过在材料上施加周期性载荷而形成的。
曲线的一条完整循环包括载荷逐渐增大的上拉过程、最大载荷保持的保持过程，以及载荷逐渐减小的下拉过程。
该曲线通常以应力和应变之间的关系表示。
2. 循环应力-应变曲线的形态循环应力-应变曲线的形态因材料不同而异，常见的有弹性形态和塑性形态。
弹性形态的曲线表明材料在循环载荷作用下完全恢复其初始状态，而塑性形态则表明材料在应力加载后存在塑性变形。
3. 应力-应变循环曲线的主要特征应力-应变循环曲线有几个主要特征值得关注。
首先是弹性区，即曲线起点到塑性区的转折点，它表示了材料的弹性性能。
接下来是塑性区，表示了材料的塑性变形特性。
还有屈服点、极限点和断裂点等特征，它们反映了材料的强度、韧性以及断裂特性。
4. 应力-应变循环曲线的应用应力-应变循环曲线在工程实践中具有广泛的应用。
首先，循环曲线可以用来评估材料的疲劳寿命，通过对曲线形态和参数的分析，可以预测材料在循环载荷下的寿命。
其次，循环曲线也可以用于设计材料的使用安全范围，根据曲线的特征，可以确定材料的工作载荷范围。
此外，循环曲线还可以用于评估材料的韧性和断裂特性，为构件设计和工程材料选择提供依据。
5. 应力-应变循环曲线的测量方法应力-应变循环曲线的测量方法有很多种，其中最常用的是拉伸试验和循环试验。
拉伸试验可以获得材料的初始弹性特性和屈服点等参数，而循环试验则可以得到完整的循环曲线。
总结：应力-应变循环曲线是材料力学性能测试中的重要指标，可以评估材料的强度、韧性和疲劳性能等。
解释应力应变曲线
解释应力应变曲线
应力应变曲线是用来描述材料在受力时表现出的变形情况的一种图示方式。
一般来说，这种曲线是由一系列连续的曲线段组成的，每一个曲线段都代表了材料受到不同应力状态下的不同变形情况。
在这种曲线中，横坐标表示材料的应变程度，即它在受力后发生的变形程度；而纵坐标则表示材料所承受的应力程度，即它在受力时所受到的压力或拉力。
根据这些数据，我们可以通过绘制曲线来直观地看出材料在受力时的表现。
应力应变曲线中的曲线段一般可以分为四个阶段：
- 弹性阶段：在受力开始的时候，材料会根据胡克定律产生弹性变形，这个阶段的曲线段呈现出一个直线斜率，并且与应变轴相切。
这个斜率被称为杨氏模量，而这个阶段的结果被称为弹性极限，它描述了材料的弹性强度。
- 屈服阶段：当材料受到一定程度的应力时，它将进入一个屈服阶段。
在这个阶段，材料的应变程度将会加大，但它的应力却没有了增加，这个现象被称为“流动”。
在这个阶段中，曲线段将呈现出一个弧线状，因为材料的应变速率将逐渐减缓。
- 加工硬化阶段：当材料的应力增加到一定程度时，它将会进入一个加工硬化阶段。
在这个阶段中，材料的应变程度将会随着应力的
增加而快速增加，这个现象被称为“冷捏”。
在这个阶段中，曲线将会再次呈现出一个弯曲的形态，直到材料再次达到一个极限点。
- 断裂阶段：当材料的应力继续增加到一定程度时，它将不可避免地出现断裂。
在这个阶段中，曲线将会迅速下降，直到最终达到材料的破断点。
总体来说，应力应变曲线是材料力学中非常重要的一种工具，它可以用来描述材料在受力时的表现，并且还可以帮助我们分析材料的物理性质和结构，从而进一步提高材料的强度和耐用性。
应力-应变曲线
应力-应变曲线
四、强度
1.强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 2.强度特性指标主要是指屈服强度和抗拉强度。 （1）屈服强度：当材料受外力作用产生0.2%残余变形的应力，作为 该材料的屈服强度。
式中：
——材料屈服时的最小载荷， ；
——试件的原始横截面面积,；—源自屈服强度, 。应力-应变曲线
（4）强化：材料经过屈服点后，其变形抗力增大，这种现象称为强化。
应力-应变曲线
五、塑性
1.塑性：金属材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。
2.塑性指标
（1）断后伸长率：
式中： ——试件拉断后的长度, ；
——试件的原始长度,
。
（2）断面收缩率：
式中： ——试件的原始横截面面积, mm2 ； ——试件拉断处的横截面面积，mm2 。
图1-6 卸荷曲线
应力-应变曲线
三、弹性
1.弹性的定义：具有弹性变形特性的材料能够发生弹性变形而不发生永久 变形的能力，称为弹性。
2.弹性模量 （1）表示引起单位应变所需的应力的大小。 （2）工程上常用弹性模量作为衡量材料刚度的指标，E越大，刚度越好。 （3）刚度是材料抵抗弹性变形的能力。 （4）材料在一定外力作用下，弹性变形越大，刚度越小，反之，其刚度 越大。 （5）弹性极限是试件在最大弹性变形时材料所承受的应力。
四、强度
（2）屈服：应力没有增加，但试件变形仍自动增长的现象称为屈服。 （3）抗拉强度：材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度。 当应力达到抗拉强度时，试件某一部分的横截面积显著缩小。试件的变形 主要集中在该处，故抗拉强度通常被作为零件因断裂失效的设计依据。
式中： ——材料在屈服阶段后所能抵抗的最大力， ； ——试件的原始横截面面积， ； ——抗拉强度， 。
材料力学性能(2)应力应变曲线
拉伸试验得到的应力应变，通常是指工程应力和工程应变，用于计算应力应变的横截面积和长度，是未变形的初始横截面积和初始长度（便于测量）。
与之对应的，还有真应力和真应变，用于计算应力应变的横截面积和长度，是变形后的横截面积和长度。
在应力低于比例极限的情况下，应力σ与应变ε成正比，即σ=Εε；式中E为常数，称为弹性模量或杨氏模量，是正应力与正应变的比值，弹性模量的单位与应力的单位相同。
剪切模量的定义与之类似，是切应力与切应变的比值。
金属的应力应变曲线，通常分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、应变硬化阶段和颈缩断裂阶段。
注意：不同的材料，应力应变曲线会有差异，并不是每种材料都会表现出上述四个阶段。
屈服强度材料的屈服强度，是指材料开始发生塑性变形时所对应的应力。
由于不同材料应力应变曲线变化各异，通常很难确定在多大的应力下，材料开始屈服。
实际应用中，也会用到以下几种定义屈服点的方式：弹性极限（Elastic Limit）The lowest stress at which permanent deformation can be measured. 能检测到塑性变形的最小应力。
比例极限（Proportional Limit）The point at which the stress-straincurve becomes nonlinear. 应力-应变曲线开始出现非线性的应力。
很多金属材料的弹性极限和比例极限几乎是一样的。
偏移屈服点（Offset Yield Point 或 Proof Stress）有些材料的应力应变曲线，弹性阶段和塑性阶段之间没有明显的分界点。
可以采用某个指定的很小的塑性应变，通常是0.2%，对应的应力作为屈服点。
真应力和真应变前面拉伸试验得到的工程应力（σ）和工程应变（ε），是基于试件未变形的初始横截面积（A0）和初始长度（L0）计算的。
而实际中，随着载荷的变化，横截面积和长度都是在发生变化的。
应变应力曲线
应变应力曲线
应变应力曲线是材料性能测试中至关重要的一项指标。
它通过测
量受力材料的应变和应力，绘制出一条反映材料力学性质的曲线。
这
个曲线的形状可以告诉我们材料的强度、韧性、屈服点和断裂点等重
要信息，对于理解材料的性质和应用有着极大的指导意义。
应变应力曲线通常可以分为四个阶段：弹性阶段、塑性阶段、屈
服阶段和断裂阶段。
在弹性阶段，材料在受力下会发生应变，但是应
变与应力之间的关系是线性的。
只要停止受力，材料就会恢复到原来
的形状，没有留下任何变形。
进入塑性阶段后，材料的应变与应力之间的关系不再是线性的。
它开始发生塑性变形，也就是说它会留下一定的形变，即使停止受力
后也无法完全恢复原样。
通常这个阶段可以分为几个子阶段，比如颈
缩和局部塑性变形等。
当应力继续增加，材料会达到一个临界点即屈服点。
在这个点上，材料的应力达到了它的极限，无法继续承受更高的载荷了。
此时材料
的塑性变形将急剧加速，并且在这个点之后，材料会持续流动，直到
最终断裂。
这个阶段被称作屈服阶段，它是材料性能测试中最关键的
阶段。
最后，当材料继续受到巨大的应力时，会达到它的断裂点。
在这
个点上，材料会突然断裂，不再承载任何载荷。
这个阶段被称作断裂
阶段，它的应变应力曲线也被称作断裂曲线。
总之，应变应力曲线是材料性能测试中最为重要的指标之一，它
可以帮助我们了解材料的力学性质并指导我们进行材料的设计和选择。
无论你是从事工程、物理、材料科学还是其他相关领域，都要对应变
应力曲线有深入的认识。
几种典型的应力应变曲线
几种典型的应力应变曲线应力应变曲线指的是材料在受到外力作用下，应力和应变之间的关系曲线。
不同材料的应力应变曲线有一些共性特点，同时也有许多个体差异。
下面将介绍几种典型的应力应变曲线。
1.弹性应力应变曲线：弹性应力应变曲线是指材料在受到一定外力作用后，应变随着应力的变化而变化的曲线。
在这个过程中，材料表现出线性弹性行为。
这意味着材料在加载阶段应力与应变成正比，而在去加载阶段应力与应变也成正比，形成一个直线。
弹性应力应变曲线的特点是应力和应变呈线性关系，在超过材料的弹性极限后，应力会突然下降，材料进入塑性阶段。
2.塑性应力应变曲线：塑性应力应变曲线是指材料在受到一定外力作用后，应变随着应力的变化而变化的曲线。
在这个过程中，材料表现出塑性行为。
塑性应力应变曲线的特点是应力与应变之间的关系不再是线性的，材料在加载阶段应力与应变成非线性关系，呈现出一定的变形能力。
在加载阶段，应力逐渐增加，材料的应变也在不断积累。
当材料达到一定应力时，应变速率增加，材料出现明显的变形，这个时候材料进入了塑性阶段。
3.弹塑性应力应变曲线：弹塑性应力应变曲线是指材料在受到外力作用后，既有弹性行为又有塑性行为的应力应变曲线。
在这个过程中，材料在加载阶段内表现出弹性行为，到达一定应力后进入塑性阶段。
弹塑性应力应变曲线的特点是在弹性阶段内应力与应变成正比，之后应力与应变的关系不再是线性的，呈现出一定的变形能力。
当材料达到一定应力时，应变速率增加，材料出现明显的塑性变形。
4.蠕变应力应变曲线：蠕变应力应变曲线是指材料在长时间的恒载荷作用下，随着时间的积累，应变随着应力的变化而发生变化的曲线。
在这个过程中，材料表现出蠕变行为。
蠕变应力应变曲线的特点是应力和应变呈非线性关系，应变随着时间的积累而增加。
蠕变应力应变曲线的形状受到材料的类型、温度和应力水平等因素的影响。
总结来说，不同材料的应力应变曲线有一些共性特点，如弹性阶段和塑性阶段等；同时也有许多个体差异，如弹性极限、屈服点等。
应力应变曲线
应力应变曲线stress-strain curve在工程中，应力和应变是按下式计算的：应力（工程应力或名义应力）σ=P/A。
，应变（工程应变或名义应变）ε=（L-L。
）/L。
式中，P为载荷；A。
为试样的原始截面积；L。
为试样的原始标距长度；L 为试样变形后的长度。
这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线，它与载荷-变形曲线相似，只是坐标不同。
从此曲线上，可以看出低碳钢的变形过程有如下特点：当应力低于σe 时，应力与试样的应变成正比，应力去除，变形消失，即试样处于弹性变形阶段，σe 为材料的弹性极限，它表示材料保持完全弹性变形的最大应力。
当应力超过σe 后，应力与应变之间的直线关系被破坏，并出现屈服平台或屈服齿。
如果卸载，试样的变形只能部分恢复，而保留一部分残余变形，即塑性变形，这说明钢的变形进入弹塑性变形阶段。
σs称为材料的屈服强度或屈服点，对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限。
当应力超过σs后，试样发生明显而均匀的塑性变形，若使试样的应变增大，则必须增加应力值，这种随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象称为加工硬化或形变强化。
当应力达到σb时试样的均匀变形阶段即告终止，此最大应力σb称为材料的强度极限或抗拉强度，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
在σb值之后，试样开始发生不均匀塑性变形并形成缩颈，应力下降，最后应力达到σk时试样断裂。
σk为材料的条件断裂强度，它表示材料对塑性的极限抗力。
上述应力-应变曲线中的应力和应变是以试样的初始尺寸进行计算的，事实上，在拉伸过程中试样的尺寸是在不断变化的，此时的真实应力S应该是瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积（A），即：S=P/A；同样，真实应变e应该是瞬时伸长量除以瞬时长度de=dL/L。
下图是真应力-真应变曲线，它不像应力-应变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降，而是继续上升直至断裂，这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化，从而外加应力必须不断增高，才能使变形继续进行，即使在出现缩颈之后，缩颈处的真实应力仍在升高，这就排除了应力-应变曲线中应力下降的假象。
《应力应变曲线》课件
结果输出
绘制应力应变曲线，并分 析材料的弹塑性行为。
实验结果与分析
要点一
实验结果
通过实验获得一组应力应变数据，可以绘制出应力应变曲 线。
要点二
结果分析
根据应力应变曲线，可以分析材料的弹塑性行为，包括屈 服点、弹性极限、应变硬化等特性。这些特性对于材料的 选择和应用具有重要意义。例如，在机械设计中，需要选 择具有合适弹塑性行为的材料来保证结构的稳定性和安全 性。同时，通过分析材料的弹塑性行为，可以为材料的进 一步改性或优化提供理论依据。
理论计算方法
弹性力学公式
根据材料的弹性常数和几何形状，利用弹性力学公式计 算应力应变关系。
塑性力学公式
在达到屈服点后，材料进入塑性阶段，此时需要利用塑 性力学公式计算应力应变关系。
数值模拟方法
01
有限元分析
利用有限元分析软件建立材料的有限元模型，通 过模拟加载过程得到应力应变曲线。
02
有限差分法
06
应变曲线的理论计算
弹性力学基础
弹性力学定义
弹性力学是研究物体在弹性介质中受 到外力作用时的应力、应变和位移的 学科。
基本假设
弹性力学的基本方程
包括平衡方程、几何方程、物理方程 等。
连续性、均匀性、各向同性、小变形 等假设。
应变曲线的理论模型
应变曲线的基本形式
描述了应力与应变之间的关系，通常呈现非线性的特点。
通过建立材料的有限元模型，模拟材料的 应力应变行为，可以得到材料的应力应变 曲线。
材料模型的建立
根据材料的性质和实验数据，建立材料的 本构方程或材料模型，如弹性模型、弹塑 性模型、粘塑性模型等。
边界条件的设定
求解方法的选择
解释应力应变曲线
解释应力应变曲线介绍应力应变曲线是材料力学中常用的一种曲线，用于描述材料在外力作用下的变形行为。
应力应变曲线可以帮助我们了解材料的力学性能和变形特点，对材料的设计、选择和使用具有重要的指导作用。
应力和应变的概念在了解应力应变曲线之前，我们首先需要了解应力和应变的概念。
•应力（Stress）：指单位面积上的力，用符号σ表示，其公式为σ = F / A，其中F为作用力，A为受力面积。
应力的单位是帕斯卡（Pa）。
•应变（Strain）：指材料在外力作用下的变形程度，用符号ε表示，其公式为ε = ΔL / L0，其中ΔL为材料的长度变化量，L0为材料的初始长度。
应变是一个无单位的量。
应力应变曲线的特点应力应变曲线通常呈现出以下几个特点：1.线性弹性阶段：当外力作用于材料时，材料开始发生变形，此时应力与应变之间呈线性关系。
在这个阶段，应变随应力的增加而增加，而且应力和应变之间的比例关系是恒定的。
这个阶段称为线性弹性阶段，也是材料的弹性变形阶段。
2.屈服点：当材料受到一定程度的外力作用时，应力不再与应变成线性关系，材料开始出现塑性变形。
在应力应变曲线上，这个转折点称为屈服点。
屈服点的位置可以用来描述材料的屈服强度。
3.塑性变形阶段：在屈服点之后，材料进入塑性变形阶段。
在这个阶段，应变随应力的增加而增加，但是应力和应变之间的比例关系不再是恒定的。
材料会持续变形，形成塑性变形区。
4.最大应力点：在塑性变形阶段，应力会逐渐增加，直到达到一个最大值。
这个最大值称为最大应力点，也是材料的抗拉强度。
5.断裂点：在最大应力点之后，材料开始出现断裂现象。
在应力应变曲线上，这个点称为断裂点。
应力应变曲线的应用应力应变曲线在工程实践中具有广泛的应用。
1.材料性能评估：通过分析应力应变曲线，可以评估材料的强度、韧性、硬度等性能指标。
不同材料的应力应变曲线形状和特点不同，可以用于比较和选择不同材料。
2.材料设计：根据应力应变曲线的特点，可以设计出适合特定工程需求的材料。
材料的应力应变曲线
材料的应力应变曲线材料的应力应变曲线是描述材料在受力过程中应变与应力关系的一个重要参数。
它反映了材料在不同应力下的变形行为，对于材料的力学性能评价具有重要意义。
应力应变曲线的形状与材料的组织结构、化学成分、加工工艺等密切相关，通过分析应力应变曲线可以深入了解材料的力学特性，为工程设计与材料选择提供指导。
应力应变曲线一般分为弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和断裂阶段四个阶段。
在弹性阶段，材料受力后产生的应变与应力呈线性关系，也就是材料在受力后能恢复到原始状态，这是由于材料内部的分子结构没有发生破坏或移动。
此阶段所得到的应力应变曲线呈直线，称为弹性变形。
当材料受力继续增大时，会进入屈服阶段。
在屈服阶段，材料内部开始出现塑性变形，也就是材料的分子结构发生了破坏或移动。
此时所受力时刻的应变与应力之间的关系仍然是线性的，但应变增加的速度下降，材料变得不再具备完全恢复性。
此阶段的应力应变曲线有一个明显的拐点，称为屈服点或屈服强度。
接下来是塑性阶段，当材料受力超过屈服点后，应力将不再保持恒定，而是继续增大。
在这个阶段中，材料的应变随着应力的增大而增加，存在一定的塑性变形。
此阶段的应力应变曲线呈现出非线性的特点，也称为塑性变形。
最后一个阶段是断裂阶段，在这个阶段中，材料由于承受的应力过大而发生断裂。
此阶段的应力应变曲线会呈现下降趋势，直至材料完全断裂。
通过识别和分析材料的应力应变曲线，我们可以了解材料的强度、韧性、延展性等性能指标。
当应力应变曲线的斜率较大时，说明材料的强度较高；而当应力应变曲线的曲线斜率较小时，说明材料具有较好的韧性和延展性。
此外，应力应变曲线的形状也可以提示材料的特性和应用领域。
例如，当材料的应力应变曲线呈现出强韧性时，适合在需要高强度和耐磨损的场合使用；而如果材料的应力应变曲线表现出较高的延展性和可塑性，可以考虑在需要较好变形能力和导电性的场合使用。
综上所述，应力应变曲线是材料强度、韧性和延展性等力学特性的重要表征之一。
五种应力应变曲线及其特点
五种应力应变曲线及其特点应力应变曲线是材料在外界施加力或载荷时表现出的力与应变之间的关系曲线。
根据材料的性质和应变的变化规律，可以将应力应变曲线分为五种不同类型，它们分别是弹性曲线、塑性曲线、颈缩曲线、断裂曲线和复合曲线。
1. 弹性曲线：弹性曲线是最基本的应力应变曲线类型之一。
当材料在外力作用下受力时，初始阶段材料会呈现线性增长的特点，该阶段被称为弹性阶段。
当外力停止作用时，材料会立即恢复到初始形状。
弹性曲线的特点是应力与应变成正比，没有塑性变形的发生。
2. 塑性曲线：塑性曲线是在弹性曲线的基础上引入了塑性变形的特点。
当材料受力超过一定程度时，会发生可逆的塑性变形，即材料会永久性地改变其形状。
在塑性曲线中，应变会随着应力的增大而增加，但增长速度逐渐减慢。
3. 颈缩曲线：颈缩曲线常见于延展性较好的材料，在塑性阶段之后发生。
随着应力的进一步增大，材料会出现应变不均匀的现象，出现局部收缩，形成一个细颈。
颈缩曲线的特点是应力和应变在颈缩区域呈现非线性关系，其他区域仍然保持线性关系。
4. 断裂曲线：断裂曲线出现在材料即将破裂或发生断裂时。
在这个阶段，应力会大幅度增加，但应变增长较小。
断裂曲线有一个明显的峰值，代表了材料的最大强度。
断裂曲线的特点是应变增大缓慢，而应力增大较快。
5. 复合曲线：复合曲线是由上述曲线类型组合而成的。
材料的应力应变曲线通常呈现出这种复杂的形态。
在复合曲线中，可以观察到弹性阶段、塑性阶段、颈缩阶段和断裂阶段的特征。
总的来说，应力应变曲线的形态和特点会受到材料的物理和化学性质、载荷速率、温度等因素的影响。
了解和分析不同类型的应力应变曲线对于材料工程和结构设计具有重要的意义，有助于预测材料的性能和寿命。
几种典型的应力应变曲线
几种典型的应力应变曲线
应力-应变曲线是材料力学性质的重要描述，不同材料在受力过
程中的应力-应变曲线形态各异。
以下是几种典型的应力-应变曲线： 1. 弹性材料的应力-应变曲线：
弹性材料在受力后，应变随着应力的增加呈线性关系，称为线
弹性阶段。
在该阶段，应力-应变曲线呈直线，斜率代表了材料的弹
性模量，材料会完全恢复到原始状态。
2. 塑性材料的应力-应变曲线：
塑性材料在受力后，经过线弹性阶段后会出现塑性变形。
在这
个阶段，应力-应变曲线呈现出一个明显的屈服点，称为屈服阶段。
在屈服点之后，材料的应变会继续增加，但应力不再线性增加，而
是逐渐饱和。
3. 蠕变材料的应力-应变曲线：
蠕变材料是指在长时间持续受力下会发生徐变（蠕变）现象的
材料。
蠕变材料的应力-应变曲线呈现出三个阶段，初期蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段。
初期蠕变阶段是指应力随时间呈指数增长，而应变增长较慢；稳定蠕变阶段是指应力和应变的增长速度逐渐趋于稳定；加速蠕变阶段是指应力和应变的增长速度明显加快。
4. 脆性材料的应力-应变曲线：
脆性材料在受力后，应力-应变曲线呈现出一个明显的峰值，称为破裂点。
在破裂点之前，应力和应变的增长较为线性，但在破裂点之后，材料会迅速破裂。
需要注意的是，不同材料的应力-应变曲线可能会有一些变化，而且曲线的形态还受到温度、应变速率等因素的影响。
以上只是一些常见材料的应力-应变曲线的一般特征，具体情况还需要根据具体材料和实验条件来确定。
应力应变曲线
应力应变曲线
应力应变曲线是描述材料在受力过程中的应力和应变关系的曲线。
它可以用来衡量材料的力学性能和变形行为。
根据不同的材料和受力情况，应力应变曲线可以呈现出不同的形状。
一般来说，应力应变曲线可以分为五个阶段：弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段、颈缩阶段和断裂阶段。
在弹性阶段，材料的应变随着应力的增加呈线性关系，当受力结束后，材料可以完全恢复到初始状态，没有永久变形。
在屈服阶段，随着应力的继续增加，材料的应变开始出现非线性增加，达到一定应力时，材料会发生塑性变形，即出现应力不会完全消失的永久应变。
在塑性阶段，材料的应变随着应力的增加而不断增加，但增加的速度逐渐减缓。
在颈缩阶段，材料会出现局部变形的现象，即出现应力集中区域，这会导致材料的断裂强度降低。
在断裂阶段，材料无法承受继续增大的应力，最终发生断裂。
不同材料的应力应变曲线形状可能有所不同，一些材料可能会显示出更加复杂的曲线，例如在应变硬化阶段或剩余应变阶段出现。
同时，不同的外部加载条件和试验方法也可能会产生不同的应力应变曲线。
材料应力应变曲线
材料应力应变曲线材料的应力应变曲线是材料力学中的一个重要概念，它是材料在受力作用下的应变量与应力量之间的关系曲线。
它可以反映出材料的力学性质，为材料的设计、制造和使用提供了重要的依据。
应力应变曲线的基本概念应力应变曲线是指在材料受力作用下，应力与应变之间的关系曲线。
其中，应力是指单位面积内的力量，通常用σ表示，单位为Pa；应变是指材料在受力作用下发生的变形程度，通常用ε表示，无单位。
应力应变曲线通常分为三个阶段：线性弹性阶段、塑性阶段和断裂阶段。
其中，线性弹性阶段是指在小应力下，材料的应变与应力之间呈线性关系；塑性阶段是指在大应力下，材料开始发生塑性变形；断裂阶段是指在材料承受过大应力时，发生断裂现象。
应力应变曲线的实验方法实验测定应力应变曲线的方法通常采用拉伸试验或压缩试验。
拉伸试验是指将试样置于拉伸机上，施加不断增大的拉力，测量试样的应变和应力，绘制应力应变曲线。
压缩试验则是将试样置于压缩机上，施加不断增大的压力，测量试样的应变和应力，绘制应力应变曲线。
应力应变曲线的特征应力应变曲线的特征与材料的性质有关。
常见的材料如钢材、铝材、铜材等的应力应变曲线特征如下：1. 钢材的应力应变曲线特征：钢材的应力应变曲线呈现出明显的线性弹性阶段和塑性阶段，当应力达到一定值时，材料开始发生塑性变形，应变增加速度明显加快。
当应力达到一定值时，材料开始进入断裂阶段，应变急剧增加，最终发生断裂。
2. 铝材的应力应变曲线特征：铝材的应力应变曲线与钢材类似，呈现出明显的线性弹性阶段和塑性阶段，但铝材的弹性模量比钢材小，因此在同等应力下，铝材的应变比钢材大。
3. 铜材的应力应变曲线特征：铜材的应力应变曲线与钢材和铝材不同，它的线性弹性阶段比较短，塑性阶段比较长，而且铜材的弹性模量比钢材和铝材都小，因此在同等应力下，铜材的应变比钢材和铝材都大。
应力应变曲线的应用应力应变曲线的应用十分广泛，它可以为材料的设计、制造和使用提供重要的依据。
材料的应力应变曲线
材料的应力应变曲线材料的应力应变曲线是材料力学性能的重要指标之一，它能够直观地反映出材料在外力作用下的变形和破坏规律，对于工程设计和材料选用具有重要意义。
应力应变曲线通常由拉伸试验得到，通过对材料施加拉伸力并测量相应的应变和应力，可以得到材料的应力应变曲线。
在应力应变曲线中，通常会有一些特征点和特征段，这些特征点和特征段对于材料的性能评价和工程应用具有重要的指导意义。
下面将对材料的应力应变曲线的特征点和特征段进行详细介绍。
首先，应力应变曲线的起始阶段是线性弹性阶段。
在这个阶段，材料受到外力作用发生应变，而且应变与应力成正比，遵从胡克定律。
在这个阶段内，材料的分子和原子结构并未发生明显的改变，只是产生了弹性变形。
当外力作用停止时，材料会恢复到原来的形状和大小，这种变形称为弹性变形。
弹性模量是衡量材料抵抗弹性变形能力的重要参数。
其次，当外力继续增加时，材料会进入屈服阶段。
在这个阶段，材料开始发生塑性变形，应力随着应变的增加而增加，但是应力和应变之间不再是线性关系。
在屈服点之后，材料的应力开始迅速下降，这是因为材料发生了局部的塑性变形，晶粒开始滑动和重新排列，从而使得材料的应力下降。
屈服点是材料的抗拉强度的重要指标。
接着，当外力继续增加时，材料会进入应变硬化阶段。
在这个阶段，材料的应力会随着应变的增加而逐渐增加，虽然材料发生了塑性变形，但是随着应变的增加，材料的抗拉强度也在不断增加。
这是因为材料的晶粒继续发生滑动和重新排列，从而增加了材料的抗拉强度。
应变硬化阶段是材料的延展性能的重要指标。
最后，当材料接近破坏时，会进入颈缩阶段。
在这个阶段，材料的应力会随着应变的增加而迅速下降，最终导致材料的破坏。
颈缩是材料破坏前的典型现象，它使得材料的截面减小，应力集中，最终导致材料的破坏。
颈缩现象对于材料的破坏形式和破坏机理具有重要的指导意义。
综上所述，材料的应力应变曲线是材料力学性能的重要指标，通过对应力应变曲线的分析可以评价材料的强度、韧性、硬度等性能，并且对于工程设计和材料选用具有重要的指导意义。
应力应变曲线
应力应变曲线
应力应变曲线四个阶段是：
（1）弹性阶段ob：这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部卸除荷载后，试样将恢复其原长。
（2）屈服阶段bc：试样的伸长量急剧地增加，而万能试验机上的荷载读数却在很小范围内波动。
如果略去这种荷载读数的微小波动不计，这一阶段在拉伸图上可用水平线段来表示。
（3）强化阶段ce试样经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性变形过程中不断强化，故试样中抗力不断增长。
（4）颈缩阶段和断裂Bef试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。
曲线的横坐标是应变，纵坐标是外加的应力。
曲线的形状反应材料在外力作用下发生的脆性、塑性、屈服、断裂等各种形变过程。
这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线，它与载荷-变形曲线外形相似，但是坐标不同。
原理上，聚合物材料具有粘弹性，当应力被移除后，一部分功被用于摩擦效应而被转化成热能，这一过程可用应力应变曲线表示。
金属材料具有弹性变形性，若在超过其屈服强度之后 继续加载，材料发生塑性变形直至破坏。
这一过程也可用应力应变曲线表示。
该过程一般分为：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形四个阶段。
应力-应变曲线
应力-应变曲线
应力-应变曲线是一个很重要的工程参数，用来描述物体对外力的反应，以及在力学变形
过程中物体材料所受的变形程度。
它在建护坝、桥梁、钢结构等工程建设中，具有重要的
参考价值。
应力-应变曲线的建立需要进行受力实验，从而确定材料的应力-应变曲线。
一般情况下，应力-应变曲线可以分为三段：线性、非线性和断裂部分。
线性段表示材料
的应力与应变呈现直线关系，应力随应变的增加而增加，即材料的弹性模量基本恒定；非
线性段表示材料的应力曲线突然变弯，即材料弹性模量随应变量的变大而减小，表明材料
强度开始逐渐衰减；断裂段则表示材料在后续应变量变大了，材料出现断裂现象，它反映
了材料强度的极限值。
它的实际模型表现形式也是多种多样，但是它们都反映了材料外力和应变变化之间的关系，可以用来预测材料的受力性能，进一步判断材料是否符合工程应用的要求，从而为工程的
设计和施工提供依据。
综上所述，应力-应变曲线是一种很重要的工程参数，可以用来表征物体的受力性能，为
工程的设计与施工提供重要参考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
应力-应变曲线MA 02139，剑桥麻省理工学院材料科学与工程系David Roylance2001年8月23日引言应力-应变曲线是描述材料力学性能的极其重要的图形。
所有学习材料力学的学生将经常接触这些曲线。
这些曲线也有某些细微的差别，特别对试验时会产生显著的几何变形的塑性材料。
在本模块中，将对表明应力-应变曲线特征的几个点作简略讨论，使读者对材料力学性能的某些方面有初步的总体了解。
本模块中不准备纵述“现代工程材料的应力-应变曲线”这一广阔的领域，相关内容可参阅参考文献中列出的博依（Boyer ）编的图集。
这里提到的几个专题——特别是屈服和断裂——将在随后的模块中更详尽地叙述。
“工程”应力-应变曲线在确定材料力学响应的各种试验中，最重要的恐怕就是拉伸试验1了。
进行拉伸试验时，杆状或线状试样的一端被加载装置夹紧，另一端的位移δ是可以控制的，参见图1。
传感器与试样相串联，能显示与位移对应的载荷)(δP 的电子读数。
若采用现代的伺服控制试验机，则允许选择载荷而不是位移为控制变量，此时位移)(P δ是作为载荷的函数而被监控的。
图1 拉伸试验在本模块中，应力和应变的工程测量值分别记作e σ和e ε，它们由测得的载荷和位移值，及试样的原始横截面面积和原始长度按下式确定0A 0L1 应力-应变试验及材料力学中几乎所有的试验方法都由制定标准的组织，特别是美国试验和材料学会(ASTM)作详尽的规定。
金属材料的拉伸试验由ASTM 试验E8规定；塑料的拉伸试验由ASTM D638规定；复合材料的拉伸试验由ASTM D3039规定。
当以应变e ε为自变量、应力e σ为函数绘制图形时，就得到如图2所示的工程应力-应变曲线。
图2 退火的多晶体铜在小应变区的工程应力-应变曲线（在许多塑性金属中，这一曲线具有典型性）在应力-应变曲线的初始部分（小应变阶段），作为合理的近似，许多材料都服从胡克定律。
于是应力与应变成正比，比例常数即弹性模量或杨氏模量，记作E :随着应变的增大，许多材料的应力与应变最终都偏离了线性的比例关系，该偏离点称为比例极限。
这种非线性通常与试样中由应力引起的“塑性”流动有关。
在此阶段，材料内部的分子或微观结构重新排列或调整，原子移动到新的平衡位置。
材料呈现塑性的机理是分子的活动性，对晶体材料，分子的活动性可由位错运动引起（在随后的模块中将深入讨论）。
若材料内部的分子缺少这种活动性，例如其内部微观结构会阻碍位错运动，则这种材料通常是脆性而不是塑性的。
脆性材料的应力-应变曲线，在其整个变形范围内都近似为直线，最后试验因断裂而终止，没有明显的塑性流动现象。
在图2中可见，塑性材料的应变超过比例极限后，要使应变再增加，所需的应力必须在超出比例极限后继续增加，这一现象称为应变硬化。
这些与塑性流动相关的微观结构重新调整通常在卸载后并不能逆转，因此比例极限往往就是材料的弹性极限，或者至少两者很接近。
弹性是指在卸除载荷后、材料完全并立即从强制的变形状态恢复原形的性能，弹性极限是指这样的应力值：当材料达到此应力值后，卸载后仍将保留永久的残余变形。
要确定由给定应力引起的残余变形，可从该应力在应力-应变曲线上达到的最高点，向应变轴画一条卸载直线，此直线的斜率与初始弹性加载直线的斜率相同，直线与应变轴的交点对应的应变值即残余应变值。
产生残余变形的原因是：材料卸载后弹性变形虽然消失，但已没有外力强迫分子结构恢复其初始位置。
与应力-应变曲线密切相关的术语是屈服应力，在这些模块中记作Y σ。
屈服应力是试样产生塑性变形所需的应力。
因为往往很难精确确定开始产生塑性变形时的应力值，故通常取产生特定量的永久应变时（通常为0.2%）的应力为屈服应力。
求“条件屈服应力”的作图过程如图2所示：从应变轴=e ε0.2%处作斜率为E 的直线，这就是会引起特定的永久变形的卸载线。
此直线与应力-应变曲线交点处的应力即条件屈服应力。
图3所示为铜的工程应力-应变曲线，已按比例放大，该图显示了变形从零开始直至试样断裂的全过程。
由图可见，在到达标为UTS （即拉伸强度极限，在这些模块中记为f σ）的点之前，应变硬化率2逐渐减少。
过了此点后，材料出现应变软化，对新加的应变的每一增量只需较小的应力。
图3 退火的多晶体铜完整的工程应力-应变曲线然而，材料从应变硬化到应变软化这一明显的改变，如同在应力-应变曲线的UTS 点看到的应力极值一样，毕竟是人为的作图过程的产物。
材料在屈服点以后，分子的流动使试样的横截面面积显著减小,因此材料实际承受的应力A A P t /=σ要大于按原始的横截面面积计算的工程应力(0/A P e =σ)。
所加载荷应等于真实应力与实际面积的乘积（A P t σ=），只要应变硬化引起的t σ的增大足以弥补横截面面积的减小，则载荷及相应的工程应力将继续随着应变的增大而上升。
但最终，由流动造成的横截面面积的减小要超过由应变硬化导致的真实应力的增大，于是载荷开始下跌。
这是一种几何效应，如果试验时画出的是真实应力、而不是工程应力的话，应力-应变曲线中将不出现最大值。
A 在拉伸强度极限处，载荷P 的微分为零，由此可给出在颈缩时真实应力与横截面面积之间的解析关系式：最后的式子表明：当横截面面积的缩减率等于真实应力的增加率时，载荷及相应的工程应力作为应变的函数，都将达到最大值。
在拉伸试验的实验报告中，记录得最多的材料性能可能就是拉伸强度极限。
尽管如此，由于上述几何尺寸的影响，拉伸强度极限并非对材料的直接测量值,应当慎用。
当设计涉及塑性金属时，通常宁愿用屈服应力Y σ，而不用拉伸强度极限。
不过，拉伸强度极限对脆性材料而言还是有效的设计依据，因为脆性材料不会出现因流动而使横截面面积缩减的现象。
2 应变硬化率是应力-应变曲线的斜率，也称为切线模量。
真实应力值在整个试样上并不是完全相同的，试样上总有一些区域（如表面上的划痕或某些其他缺陷）的局部应力最大。
一旦应力达到工程应力-应变曲线上的最大值时，在该部位材料的局部流动无法由进一步的应变硬化来弥补，于是该处的横截面面积进一步缩小。
这使局部应力变得更大，从而进一步加速了材料的流动。
这种局部的不断增加的材料流动很快导致在试样标距内的“颈缩”，如图4所示。
图4 拉伸试样的颈缩直到颈缩形成，整个试样的变形基本上是均匀的，但在颈缩后，所有随后的变形都在颈缩处发生。
颈缩处变得越来越小，局部真实应力不断地增大，直到试样被拉断。
这就是大部分塑性金属的失效模式。
当颈部收缩时，颈部变化的几何形状使该处的单轴应力状态变成复杂的应力状态——除正应力外，还有切应力分量。
试样最终常以锥杯状的断口断裂，如图5所示。
由图可见，材料的外层是剪切破坏，而内部是拉伸破坏。
当试样断裂时，断裂点的工程应变（记作f ε）将把颈缩区和非颈缩区的变形包括在一起。
由于材料在颈缩区的真实应变大于非颈缩区，f ε值将取决于颈缩区的长度与试样标距的比值。
所以，f ε不仅是材料性能的函数，而且是试样几何形状的函数，因而它只是对材料塑性的粗略测量值。
图5 塑性金属的锥杯状断裂图6所示为半晶质的热塑性塑料的工程应力-应变曲线，这种材料的响应与图3所示铜的响应很相似。
在图3中，响应显示了比例极限，随后在曲线的应力最大值处发生颈缩现象。
对塑料，通常称此应力的最大值为屈服应力，虽然塑性流动实际上在达到此应变前就已开始了。
但聚合物和铜的响应也有显著区别：聚合物的颈部不会持续收缩到试样被拉断，而是颈缩区的材料被拉长，直至达到“固有伸长比3”（固有伸长比是温度和试样加工工艺的函数）。
超过固有伸长比后，颈缩处的材料停止伸长，靠近颈缩处的新材料开始颈缩。
于是颈缩区域 不断扩展变长，直至蔓延到试样的整个标距，这一过程称为冷拉。
当拉伸由“六原子小基团”组成的聚乙烯时,不用试验机就可看到这一过程，如图7所示。
3 固有伸长比是冷拉区的长度与同一材料原始长度之比。
——译者注并非所有聚合物都能持续这一冷拉过程。
颈缩过程使材料的微观结构强化，当其破坏载荷大于使颈缩区外围未变形材料发生颈缩所需的载荷时，才会出现冷拉现象。
下文将对此作进一步的讨论。
图6 聚酰胺（尼龙）热塑性塑料的应力-应变曲线图7 聚乙烯材料的颈缩和冷拉“真实”的应力-应变曲线正如上节所述，超过弹性极限后，由于试样的尺寸与其原始值相比已有明显的改变，对这部分的工程应力-应变曲线必须谨慎地加以诠释。
使用真实应力A P t /=σ、而不是工程应力0/A P e =σ，可以更直接地度量材料在塑性流动范围内的响应。
与真实应力相对应的常用的应变度量方法，则是取应变的增量为位移的增量除以当前的长度：dL L通常称此为“真实”应变或“对数”应变。
在屈服及随后的塑性流动期间，材料流动引起的体积改变可忽略不计，因为长度增加的影响被横截面面积的减小抵消了。
在颈缩前，应变沿整个试样长度仍旧是相同的，体积不变的约束条件可写成：比值称为伸长比，记作0/L L λ。
应用这些关系式，容易导出拉应力和拉应变的真实值与工 程测量值之间的关系（见习题2）：在应变达到开始颈缩的值之前，应用这些方程，可从工程应力-应变曲线导出真实的应力-应变曲线。
图8重画了图3，并增添了按上述方程算得的真实的应力-应变曲线，以供对照。
图8 铜的工程应力-应变曲线与真实的应力-应变曲线的比较。
箭头指出了工程曲线上的UTS （拉伸强度极限）在“真实”曲线上的位置。
发生颈缩后，应变在试样的标距内是不均匀的，这时再对更大的工程应变值计算真实的应力-应变曲线就没有多大意义了。
但若在整个拉伸试验过程中，都对颈缩处的横截面面积进行监控，则可画出完整的真实应力-应变曲线。
因为由对数应变可得图9 用幂律表示铜的塑性应力-应变关系对塑性材料，其真实的应力-应变关系常可用简单的幂律关系来描述，如下式所示：根据图8所示的关系，用双对数坐标画出铜的真实应力-应变数据4，如图9所示。
图中，参数=0.474称为应变硬化参数,通常作为材料抗颈缩能力的度量。
塑性材料在室温下的n 值大致为0.02到0.5。
n “康西特莱（Considere ）作图法”利用真实应力-应变曲线的形状来量化不同材料在颈缩和冷拉过程中的差别。
该法以真实应力t σ为纵坐标、伸长比0/L L =λ为横坐标，重新画出拉伸时的应力-应变曲线。
在此λσ−t 曲线上找到真实应力为任意值t σ的点，过此点和坐标原点（原点处0=λ，不是1=λ）作割线，由式（6）可知，与t σ相对应的工程应力e σ即此割线的斜率。
图10 康西特莱作图法：（a ）真实的应力-应变曲线没有过原点的切线 ——无颈缩或冷拉过程；（b ）有一条过原点的切线——有颈缩而无冷拉过程；（c ）有两条过原点的切线——有颈缩和冷拉过程。
在真实的应力-应变曲线假设的许多可能形状中，考虑图10所示的向上凹、向下凹和S 形这三种情况。