3-5 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。
应力应变曲线材料力学讲解
坏的标志，所以屈服点 s是衡量材料强度的一
个重要指标。
(3)强化阶段 抗拉强度 b
经过屈服阶段后，曲线从c点又开始逐渐上
升，说明要使应变增加，必须增加应力，材料 又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称作强化， ce段称为强化阶段。曲线最高点所对应的应力
明显的四个阶段 1、弹性阶段ob P — 比例极限 e — 弹性极限
E E tan
(1)弹性阶段 比例极限σ p
oa段是直线，应力与应变在此段成正比关系，材
料符合虎克定律，直线oa的斜率 tan E 就是材
料的弹性模量，直线部分最高点所对应的应力值 记作σ p，称为材料的比例极限。曲线超过a点，图 上ab段已不再是直线，说明材料已不符合虎克定 律。但在ab段内卸载，变形也随之消失，说明ab 段也发生弹性变形，所以ab段称为弹性阶段。b点 所对应的应力值记作σ e ，称为材料的弹性极限。
、 值越大，其塑性越好。一般把 ≥5％的材
料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把 <5％的
材料称为脆性材料，如铸铁、混凝土、石料等。
工程应用：冷作硬化
e
d
b
b
e P
a c s
即材料在卸载过程中 应力和应变是线形关系，
f 这就是卸载定律。
材料的比例极限增高， 延伸率降低，称之为冷作硬 化或加工硬化。
塑性材料和脆性材料力学性能比较
塑性材料
脆性材料
延伸率 δ > 5%
延伸率 δ < 5%
断裂前有很大塑性变形
应力-应变曲线
混凝土是一种复合建筑材料，内部组成结构非常复杂。
它是由二相体所组成，即粗细骨料被水泥浆所包裹，靠水泥浆的粘接力，使骨料相互粘接成为整体。
如果考虑到带气泡和毛细孔隙的存在，混凝土实际是一种三相体的混合物，不能认为是连续的整体。
[2]1. 普通高强度混凝土只能测出压应力-应变曲线的上升段，因为混凝土一旦出现出裂缝，承力系统在加压过程中积累的大量弹性能突然急剧释放，使得裂缝迅速扩展，试件即刻发生破坏，无法测得应力-应变曲线的下降段。
[1]2. 拟合本文的高强混凝土和纤维与混杂纤维增强高强混凝土的受压本构方程的参数结果图3和图4为掺杂了纤维与混杂纤维的纤维增强高强混凝土的压缩应力一应变全曲线，由曲线可以看出，纤维与混杂纤维增强高强混凝土则能够准确地测出完整的压应力．应变曲线．纤维增强高强混凝土和混杂纤维增强高强混凝土的这两种曲线具有相同的形状啪，都由三段组成：线性上升阶段、初裂点以后的非线性上升阶段、峰值点以后的缓慢下降阶段．[2]3.[3]再生混凝土设计强度等级为C20，C25，C30，C40，再生骨料取代率100%。
标准棱柱体试件150mm*150mm*300mm，28天强度测试结果。
“等应力循环加卸载试验方法”测定再生混凝土的应力-应变全曲线，即每次加载至预定应力后再卸载至零，再次进行加载，多次循环后达不到预定应力而自动转向包络线时，进行下一级预定应力的加载。
再生粗骨料来源的地域性和差异性使再生骨料及再生混凝土的力学性能有较大差别。
4.通过对普通混凝土和高强混凝土在单轴收压时的应力应变分析发现，混凝土的弹性模量随混凝土的强度的提高而提高，混凝土弹性段的范围随混凝土强度的提高而增大，混凝土应力应变曲线的下降段，随混凝土强度的提高而越来越陡，混凝土的峰值应变与混凝土的抗压强度无正比关系。
图2给出了各组混凝土试件的平均应力应变曲线，从图中可以看出A1-A5试件的曲线为完整的圆滑曲线。
A6，A7由于混凝土试件强度较高实验设备刚度不够，当σc>f c 后，试验机释放的能量迅速传到周围的4个钢柱上，从而引起混凝土突然破坏，所以曲线只有上升段没有下降段，A1-A7试件的应力应变曲线的上升段是相似的，但下降段的曲线形状差别较大。
应力-应变曲线
第Ⅱ种类型的应力－应变曲线
20
多数塑性金属材料，如铝－镁合金、铜合金、中碳合金结构 钢（经淬火＋中高温回火）其应力-应变曲线也是如此。
材料由弹性连续过渡到塑性变形，塑性变形时无锯齿形平台， 变形时总伴随着加工硬化。
21
3）第Ⅲ种类型：弹性－不均匀塑性变形 在正常弹性后，有一系列锯齿叠加在抛物线型曲线上。 此类材料特性：是由于材料内部不均匀变形所致。
11
4、定义真应力S（应变e）的意义
1）真应力 S 和真应变 e 的定义：
承认了在变形过程中试件长度和直径间相互变化的事实。 因变形过程中体积保持不变，因此
A1L1 A2L2 常数
即长度伸长了，其实际截面积 A 就会相应减少，因此，
真应力S 工程应力
S
Fi Ai
瞬时载荷 试件瞬时截面积
2. 铸铁、陶瓷：只有第I阶段
3. 中、高碳钢：没有第II阶段
7
3、真应力S－真应变e 曲线
3、真应力S－真应变e 曲线：（流变曲线）
在实践的塑性变形中，试样的截面积与长度也在不断发生着变化，在研究 金属塑性变形时，为了获得真实的变形特性，应当按真应力和真应变来进 行分析。
流变曲线真实反映变形过程中，随应变量增大，材料性质的变化。
如：在混凝土材料中通过配钢筋来提高其抗拉伸性能。
18
高分子材料，聚氯乙烯：在拉伸开始时，应力和应变不成直 线关系，即不服从虎克定律，而且变形表现为粘弹性。
粘弹性：是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理 同时存在的力学行为。
其特征是应变对应力的响应 （或反之)不是瞬时完成的 （应变落后于应力），需要 通过一个弛豫过程，但卸裁 后，应变恢复到初始值，不 留下残余变形。
常用混凝土受压应力—应变曲线的比较及应用
常用混凝土受压应力—应变曲线的比较及应用摘要：为了对受弯截面进行弹塑性分析及其他研究，在对各种混凝土受压应力应变曲线研究的基础上，总结出了四种常用曲线，这些曲线已经被广泛应用。
对四种常用曲线进行简介，并指出了它们的适用范围及优缺点。
在进行受弯截面弹塑性分析时，介绍了运用四种常用曲线对其受力性能进行分析的计算模式，并且运用实际案例进行受弯截面弹塑性分析，方便工程师们参考和借鉴。
关键词：混凝土；受压应力应变曲线；本构关系；受弯截面0 引言混凝土受压应力—应变曲线是其最基本的本构关系，又是多轴本构模型的基础，在钢筋混凝土结构的非线件分析中，例如构件的截面刚度、截面极限应力分布、承载力和延性、超静定结构的内力和全过程分析等过程中，它是不可或缺的物理方程，对计算结果的准确性起决定性作用。
近年来，国内外学者对其进行了大量的研究及改进，已有数十条曲线表达式，其中部分具有代表性的表达式已经被各国规范采纳。
常用的表达式包括我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、CEB-FIP Model Code(1990)、清华过镇海以及美国学者Hognestad 建议的混凝土受压应力应变关系，在已有研究的基础上，本文将对各个表达式在实际运用中的情况进行比较，并且通过实际算例运用这些表达式进行受弯截面弹塑性分析，从而为工程师们在实际应用时提供参考和借鉴。
1 常用混凝土受压应力—应变曲线比较至今已有不少学者提出了多种混凝土受压应力应变曲线，常用的表达式采用两类，一类是采用上升段与下降段采用统一曲线的方程，一类是采用上升段与下降段不一样的方程。
1.1中国规范我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）采用的模式为德国人R üsch1960年提出的二次抛物线加水平直线，如图1-1所示。
上升阶段的应力应变关系式为：（1-1）)(](2[02000ε≤εεε-εε⨯σ=σA 点为二次抛物线的顶点，应力为，是压应力的最大值，A 点的压应变为。
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。
应力应变曲线类型
应力-应变曲线是用来描述材料在受到外部力作用时，其应力和应变之间的关系的图形。
这些曲线可以用来了解材料的弹性和塑性行为，以及其破坏点等重要信息。
应力-应变曲线的类型可以分为几种常见的情况：
1. 弹性材料的应力-应变曲线：
-在弹性阶段，应力和应变成正比，遵循胡克定律。
-弹性材料在卸载后会完全恢复原始形状。
-典型的弹性曲线是线性上升的，没有明显的屈服点。
2. 塑性材料的应力-应变曲线：
-塑性材料在一定应力下会发生屈服，超过这一点后应变增加但应力基本稳定。
-塑性材料的曲线通常有明显的屈服点。
-塑性变形是不可逆的，材料在卸载后会有永久的变形。
3. 韧性材料的应力-应变曲线：
-韧性材料通常在屈服点之后继续延展，具有良好的抗断裂性能。
-曲线的下降部分较为缓和，表示能够吸收相对大的应变能量。
4. 脆性材料的应力-应变曲线：
-脆性材料通常在屈服点之后迅速断裂，没有明显的延展性。
-曲线的下降部分陡峭，表示应变能量较小，容易断裂。
应力-应变曲线的形状取决于材料的类型，因此不同的材料会具有不同的曲线类型。
这些曲线可以用来评估材料的性能、工程应用以及材料的破坏特性。
应力应变曲线
700～1400 20～183
弯曲强度（MPa）
80～110 120～140
70～160 70～100 65～120 5～6 916 900～1100 9～20
延伸率：试件拉断后，弹性变形消失而塑性变 形保留。塑性是材料在静载荷作用下，产生塑 性变形而不破坏的能力。
延伸率是材料延展性的标志。表示材料塑性变 形的能力。
弹性模量 (GPa *)
22.4
金合金(Ⅳ型) 牙釉质 磷酸锌水门汀
99.3 84.1 13.7
银汞合金
27.6
牙本质
18.3
丙烯酸基托树脂 2.63
长石质烤瓷 硅橡胶(颌面赝复用)
69.0 0.002
复合树脂
16.6
塑性变形阶段(包括屈服与强 化)
当应力超过E点后，材料开始发生塑性 变形。 屈服强度：一般取下屈服极限作为材料 的屈服强度。 屈服变形阶段、屈服点
注意：采用标准试件、标准试验方法、 检定合格的仪器
万能材料试验机
液压式
电子式
径向拉伸强度(DTS)
ADA No27 ----充填材料 是将压缩性载荷于短圆
柱试样的直径上.产生拉应力.
DTS= 2P / π DT
D---直径, T----厚度
拉伸试验
微拉伸试验（牙本质粘接）
压缩强度
材料的机械性能主要是指材料在外 力作用下表现出来的变形和破坏方 面的特性。
口腔材料应具有良好的机械性能， 才能保证修复体在咀嚼应力的作用 下保持正常的功能。
一、力
物体受力后将使其运动状态或者它的形状 和体积发生变化。
力的单位：1kgf = 9.8N 1MPa = 10.02Kg/cm2
3-5 应力应变曲线
第17章 材料本构关系本章内容：本构关系constitutive relations （应力应变关系stress-strain relations ）的建立本章重点：增量理论单向拉伸（或压缩）→屈服应力sσ继续变形→材料强化→流动应力（真实应力） 真实应力应变曲线true stress strain curve 可以由实验建立17．1 拉伸试验曲线单向拉伸uniaxialtensile：2323211,0,εεεσσσ-====存在等效应力1σσ= 1εε=，因此εσεσ-⇒-曲线一致17.1.1 拉伸图和条件应力——应变曲线 00A F=σl l ∆=εp.比例极限 e.弹性极限 c.屈服极限 b.抗拉强度（颈缩点）b s σσσ,2.0,概念与定义拉伸失稳tensile instability 拉伸缩颈tensile necking17.1.2真实应力——应变曲线true stress strain curve真实应力()εσε+===+110A FA F S ， 真实应变()ε+∈=1ln颈缩后断裂点：K KK A F S = K K A A 0ln=∈修正correction ：ρ8/1SKKS S +=（颈缩处为三向应力）17.1.3 失稳点instability 特性（S ：真实应力）()bbd dS S =∈AA l l SA F 00lnln ......=∈==∈=∴e A A 0因此∈=e A S F 0 由于失稳点F有极大值，dF=0()00=∈-⇒∈-∈-d Se dS e A化简得dS-Sd ∈=017．2 压缩试验compressive test 曲线拉伸时∈达不到很大（一般∈≤1.0），但压缩时存在摩擦必须解决方法：1） 直接消除摩擦的圆柱体压缩法试样D 0=20~30mm ，D 0/H 0=1，压缩10%高度，记压力及实际高洗净、润滑（有鼓形则加工使D/H=1）HH 0ln∴∈=∈==e A F AF S 02） 外推法原理：5.0,0.1,0.2,0.3000=⇒=H D H D 压缩四个试样并求出每种S-∈曲线并转换为S-H D曲线加以外推、从而求出真实应力应变曲线拉伸曲线与压缩曲线略有区别（压缩时S 略大）17．3 真实应力—应变曲线的简化形式目的：便于计算 硬化曲线图1）()幂次式硬化n B S ∈= ()失稳点b n =∈且0<n<12） ms B S ∈+=1σ(有初始值硬化)()2..........s b S s D D S σσ-=∈+=直线硬化，用于室温下大变形3） s S σ=(无加工硬化)用于高温低速变形，理想弹塑性。
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。
应力-应变曲线
项目部对工程工序施工质量实行班组初检、技术主管复检和专职质检工程师终检“三检”应力-应变曲线-计算公式stress-straincurve在工程中，应力和应变是按下式计算的应力-应变曲线应力（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。
应力-应变曲线-特点从此曲线上，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。
应力-应变曲线-塑性变形当应力超过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。
应力-应变曲线-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。
而真应力-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-应变全曲线
混凝土的受压应力-应变曲线方程是其最基本的本构关系， 又是多轴本构模型的基础。在钢筋混凝土结构的非线性分析中， 是不可或缺的物理方程，对计算结果的准确性起决定性作用。
1.3.1 试验方法
棱柱体抗压试验若应用普通液压式材料试验机加载，可获 得应力应变曲线的上升段。但试件在达到最大承载力后急速破 裂，量测不到有效的下降段曲线。
第1章 基本力学性能
1.1 材料组成和材性特点 1.2 抗压强度 1.3 受压应力—应变全曲线 1.4 抗拉强度和变形 1.5 抗剪强度和变形
1.3 受压应力-应变全曲线
混凝土受压应力-应变全曲线包括上升段和下降段，是其力 学性能的全面宏观反应：
◆曲线峰点处的最大应力即棱柱体抗压强度，相应的应变为峰值 应变εp ； ◆曲线的（割线或切线）斜率为其弹性（变形）模量，初始斜率 即初始弹性模量Ec ； ◆下降段表明其峰值应力后的残余强度；曲线的形状和曲线下的 面积反映了其塑性变形的能力，等等。
上升段理论曲线随参数αa的变化： αa＞3，曲线局部y＞1，
显然违背试验结果； 1.1＜αa＜1.5，曲线的初始
段（x＜0.3）内有拐点，单 曲度不明显，在y≤0.5～0.6范 围内接近一直线；
αa＜1.1，上升段曲线上 拐点明显，与混凝土材性不 符。
下降段曲线方程为： αd下降段参数
对参数取αa 和αd 赋予不等的数值，可得变化的理论曲线。
对于曲线的上升段和下降段，有的用统一方程，有的则 给出分段公式。其中比较简单、实用的曲线形式如图。
我国《规范》采用曲线方程为： 上升段曲线方程为：
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。
应力应变曲线
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。
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第17章 材料本构关系
本章内容：本构关系constitutive relations （应
力应变关系stress-strain relations ）的建立
本章重点：增量理论
单向拉伸（或压缩）→屈服应力s
σ
继续变形→材料强化→流动应力（真实应力） 真实应力应变曲线true stress strain curve 可以由实验建立
17．1 拉伸试验曲线
单
向
拉
伸
uniaxial
tensile
：
2
323211
,0,εεεσσσ-====存在
等效应力1σσ= 1εε=，
因此εσεσ-⇒-曲线一致
17.1.1 拉伸图和条件应力——应变曲线 0
0A F
=
σ
l l ∆=ε
p.比例极限 e.弹性极限 c.屈服极限 b.抗拉强度（颈缩点）
b s σσσ,2.0,概念与定义
拉伸失稳tensile instability 拉伸缩颈
tensile necking
17.1.2真实应力——应变曲线true stress strain curve
真实应力()εσε
+===+110A F
A F S ， 真实应变()ε+∈=1ln
颈缩后断裂点：K K
K A F S = K K A A 0ln
=∈
修正correction ：ρ8/
1S
K
K
S S +=（颈缩处为三向
应力）
17.1.3 失稳点instability 特性（S ：真实应力）
()
b
b
d dS S =∈
A
A l l SA F 00
ln
ln ......=∈==
∈
=∴e A A 0
因此
∈=e A S F 0 由于失稳点
F
有极大值，
dF=0(
)
00=∈-⇒∈
-∈
-d Se dS e A
化简得dS-Sd ∈=0
17．2 压缩试验compressive test 曲线
拉伸时∈达不到很大（一般∈≤1.0），但压缩时存在摩擦必须解决
方法：1） 直接消除摩擦的圆柱体压缩法
试样D 0=20~30mm ，D 0/H 0=1，压缩
10%高度，记压力及实际高洗净、润滑（有鼓形则加工使D/H=1）
H
H 0ln
∴∈=
∈
=
=
e A F A
F S 0
2） 外推法
原
理
：
5.0,0.1,0.2,0.30
00=⇒=H D H D 压缩四个试样并求出每种S-∈曲线
并转换为S-H D
曲线加以外推、从而
求出真实应力应变曲线
拉伸曲线与压缩曲线略有区别（压缩时S 略大）
17．3 真实应力—应变曲线的简化形式
目的：便于计算 硬化曲线图
1）
()
幂次式硬化n B S ∈
= ()失稳点
b n =∈
且0<n<1
2） m
s B S ∈+=1σ(有初始值硬化)
(
)2
..........s b S s D D S σσ-=
∈+=
直线硬化，用于室温下大变
形
3） s S σ=(无加工硬化)
用于高温低速变形，理想弹塑性。
4） 弹塑性线性硬化
c ∈≤∈ ∈E =S c
∈≥∈
()c s D S ∈-∈+=1σ
用于室温下小变形
17．4 包申格效应
效应：反向加载变形后引起正向变形屈服应力降低
原因：残余应力
应用：拉应力构件不能用压缩来强化
习题P356 2
2 如何用单向拉伸试验绘制材料的真实应力—应变曲线？有哪些常见的简化形式？
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