材料力学性能概念

本文详细介绍金属材料试验时几个常用的概念，以供参考学习。

一、抗拉强度

抗拉强度，表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为Rm，单位为MPa。

抗拉强度（tensile strength）

试样拉断前承受的最大标称拉应力。

抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为Rm，单位为MPa。

试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为：

σ=Fb/So

式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）； So--试样原始横截面积，mm²。

抗拉强度（ Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。

万能材料试验机

当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。

单位:N/mm2(单位面积承受的公斤力)

抗拉强度：Tensile strength.

抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度

目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定!

二、屈服强度

屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。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，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。

1概念

屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。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，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。

（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；

（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩，应变增大，使材料破坏，不能正常使用。

当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，

称为屈服点或屈服强度(R

eL 或R

p0.2

)。

有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。

首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）。

建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。

2概要

[1]

yield strength，又称为屈服极限，常用符号δ

s

，是材料屈服的临界应力值。（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）；

（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生塑性变形，应变增大，使材料失效，不能正常使用。

当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为下屈服点和上屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，

称为屈服点或屈服强度(R

eL 或R

p0.2

)。

a．屈服点yield point（σ

s

）

试样在试验过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长（变形）时的应力。

b．上屈服点upper yield point（σ

su

）

试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。

c．下屈服点lower yield point（σ

sL

）

当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。

有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）。

首先解释一下材料受力变形。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）

建筑钢材以屈服强度作为设计应力的依据。

所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向弹-塑性状态过渡，它标志着宏观塑性变形的开始。

3类型

（1）：银文屈服：银纹现象与应力发白。（2）：剪切屈服。

屈服强度测定

无明显屈服现象的金属材料需测量其规定非比例延伸强度或规定残余伸长应力，而有明显屈服现象的金属材料，则可以测量其屈服强度、上屈服强度、下屈服强度。一般而言，只测定下屈服强度。

通常测定上屈服强度及下屈服强度的方法有两种：图示法和指针法。

图示法

试验时用自动记录装置绘制力-夹头位移图。要求力轴比例为每mm所代表的应力一般小于10N/mm2，曲线至少要绘制到屈服阶段结束点。在曲线上确定屈服平台

恒定的力F

e

、屈服阶段中力首次下降前的最大力Feh或者不到初始瞬时效应的最

小力F

eL

。

屈服强度、上屈服强度、下屈服强度可以按以下公式来计算：

屈服强度计算公式：R

e =F

e

/S

o

；F

e

为屈服时的恒定力。

上屈服强度计算公式：R

eh =F

eh

/S

o

；F

eh

为屈服阶段中力首次下降前的最大力。

下屈服强度计算公式：R

eL =F

eL

/S

o

；F

eL

为不到初始瞬时效应的最小力F

eL

。