力学第五章5-6.pptVIP

* * §5.6 材料在拉伸和压缩时的力学性质 所谓材料的力学性质是指：材料在外力作用下所表现出的强度和变形方面的性能。 材料的力学性质都要通过试验来确定。 本节只讨论材料在常温、静荷载情况下，受到轴向拉力或压力作用时的力学性质。 一、低碳钢的力学性质 低碳钢是建筑工程中应用很广泛的一种材料，而且它在拉伸时表现出的力学现象比较全面，它的力学性质比较典型。因此，本节重点研究低碳钢的拉伸试验。 (一)低碳钢拉伸时的力学性质 试验时采用国家规定的标准试件。常用的试件有圆截面和矩形截面两种。 l d 试件的中间部分是工作长度l，称为标距。 l A 1. 拉伸图和应力——应变图 试验机的自动绘图设备，可在试件拉伸过程中，自动绘出试件所受拉力 FP与标距 l 段相应的伸长量 l 的关系曲线。该曲线以伸长量 l 为横坐标，拉力 FP 为纵坐标，通常称它为拉伸图。下图为低碳钢的拉伸图。 为了消除试件尺寸对试验结果的影响，使图形反映材料本身的性质， 通常把横坐标⊿l 除以标距 l 得 把纵坐标FP除以杆件横截面的面积A得： 画出以ε为横坐标，σ为纵坐标的曲线，这种曲线与试件的尺寸无关，只反映材料本身的一些力学性质，该曲线称为应力——应变图，也称σ——ε曲线。 2. 变形发展的四个阶段 ⑴ 弹性阶段 在此阶段材料的变形是完全弹性的，在此范围内卸载后，试件能恢复原长。弹性阶段的最高点对应的应力值为 弹性极限 ——σe 比例极限 ——σp ⑵ 屈服阶段 进入屈服阶段后，由于材料产生了显著的塑性变形，应力——应变关系已不是线性关系了。 若试件表面光滑，可以看到在试件表面出现了一些与杆轴线大约成45°的倾斜条纹，通常称之为滑移线。 在此阶段应力基本不变但应变显著增加。屈服阶段对应的特征应力值为屈服极限，用σs表示。 ⑶ 强化阶段 经过屈服阶段后，材料的内部结构重新得到了调整，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使试件继续变形就得继续增加荷载。 强化阶段对应的特征应力极限值为强度极限，用σb表示。 将材料预拉到强化阶段，然后卸载，卸载后再重新加载，使材料的弹性极限、屈服极限都得到提高，而塑性变形有所降低的现象称为冷作硬化。 工程中常借此来提高某些构件在弹性阶段的承载能力。 ⑷ 缩颈阶段 在试件某一段内的横截面面积将开始显著收缩，出现缩颈现象，如下图所示，这一阶段称为缩颈阶段。 3. 延伸率和断面收缩率 延伸率 δ ≥ 5%的材料为塑性材料 δ ＜ 5%的材料为脆性材料 低碳钢的延伸率约为20% ~ 30% 断面收缩率 低碳钢的断面收缩率约为60% ~ 70% (一)低碳钢压缩时的力学性质 试件——短圆柱体 把低碳钢看作拉压性能相同的材料。 二、铸铁的力学性质 铸铁是一种典型的脆性材料。 ⒈ 拉伸性质 拉断时的应力就是衡量它强度的唯一指标，称为强度极限，用符号σb表示。 ⒉ 压缩性质 压坏时的应力就是衡量它强度的唯一指标，也称为强度极限，用符号σb表示。 铸铁是一种抗压性能好而抗拉性能差的材料，工程中常将它用于受压杆件。 三、其他材料的力学性质 锰钢、铝合金等的性质与低碳钢相似。 在强度方面表现为：拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限基本相同，应力超过弹性极限后有屈服现象；在变形方面表现为：破坏前有明显预兆，延伸率和截面收缩率都较大等。 混凝土、石材等的性能与铸铁相似 。 在强度方面表现为：压缩强度大于拉伸强度；在变形方面表现为：破坏是突然的，延伸率较小等。 总的来说，塑性材料的抗拉、抗压能力都较好，既能用于受拉构件又能用于受压构件； 脆性材料的抗压能力比抗拉能力好，一般只用于受压构件。 需特别指出：影响材料力学性质的因素是多方面的，上述关于材料的一些性质是在常温、静荷载条件下得到的。若环境因素发生变化（如温度不是常温，或受力状态改变），则材料的性质也可能随之而发生改变。