【正文】 注：圖中應(yīng)力0SF?? ， F 為拉力， 0S 為試樣原始橫截面積；應(yīng)變0Ll??? ， l?為試樣伸長， 0L 為試樣原始標(biāo)距。 拉伸開始階段 OA 為一條斜直線，應(yīng)力 ? 與應(yīng)變 ? 成正比，將其斜率表示如下 ??? ??tgE ，得： ?? E? 此式即為虎克定律。由此可見，當(dāng)應(yīng)力一定時(shí)，材料的 E 越大，應(yīng)變 ? 越小；E 值越小，應(yīng)變 ? 越大，因此， E 值表征了材料對(duì)彈性形變的抵抗能力，它是材料的剛性指標(biāo)，稱 E 為材料的彈性模量。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到 A 點(diǎn)時(shí)，材料開始非比例伸長，稱 A 點(diǎn)為比例極限或彈性極限，以 e? 表示，若在此點(diǎn)卸載拉力，試樣便停 止變形。因 此，虎克定律可以表述如下：當(dāng)應(yīng)力不超過彈性極限 e? 時(shí)，材料的 應(yīng)力 ? 與應(yīng)變 ? 成正比，并將遵守虎克定律的材料稱為線性彈性材料。 當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后，曲線明顯變彎，如圖 中的 AC 段，材料在這一階段，應(yīng)力幾乎不變的情況下，仍然繼續(xù)變形，對(duì)變形失去了抵抗能力，此階段6 稱為屈服階段。材料在屈服階段中的最大應(yīng)力點(diǎn)，即 B 點(diǎn)，稱為上屈服點(diǎn)，用 sU?表示； 排除屈服階段剛開始時(shí)出現(xiàn)的第一個(gè)最小應(yīng)力點(diǎn)，即忽略初始瞬時(shí)效應(yīng)，以后出現(xiàn)的最小應(yīng)力點(diǎn)稱為下屈服點(diǎn)，用 sL? 表示；若取屈服階段應(yīng)力的平均值s? ，稱其為屈服點(diǎn)。下屈服點(diǎn) sL? 是材料重要的強(qiáng)度指標(biāo)，因?yàn)楫?dāng)應(yīng)力達(dá)到它所對(duì)應(yīng)的值時(shí)，材料就會(huì)產(chǎn)生塑性變形，因此也稱之為屈服極限。當(dāng)材料所受應(yīng)力超過屈服極限后，將影響構(gòu)件的正常工作，這在工程上是不允許的。 屈服階段 AC 結(jié)束后，曲線開始上升，這表明材料又恢 復(fù)了抵抗形變能力，此階段稱為材料的強(qiáng)化階段，如圖中 CH 階段。 H 點(diǎn)的應(yīng)力值是強(qiáng)化階段中的最高應(yīng)力值，稱之為強(qiáng)度極限，以 b? 表示，在強(qiáng)化階段以塑性變形為主，且比彈性階段變形大得多。 當(dāng)材料應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限 b? 時(shí)，在試件某處其橫向尺寸顯著縮小，形成細(xì)頸，此現(xiàn)象稱為“頸縮”。此時(shí)得變形集中在細(xì)頸附件，相應(yīng)得橫截面積隨之收縮，因而使試件變形所需的拉力減少，曲線由 H 點(diǎn)急劇下降，達(dá)到 K 點(diǎn)時(shí)，試件在細(xì)頸處被拉斷。這一階段 HK 被稱為頸縮階段 (或稱局部變形階段 )。強(qiáng)度極限也是材料的又一重要指標(biāo)，當(dāng)材料應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，就標(biāo)志著斷裂即將到來。 試件斷裂后，變形中的彈性變形 (如圖 中的 1OG 段 )消失，而塑性變形 (如圖 中的 OG 段 )保留下來，為了確定塑性變形的程度，引入 %1001 ??? l ll? 式中： l 是試件原始標(biāo)距長度， 1l 為斷后對(duì)接得到的試件標(biāo)距長度。 ? 稱為材料的延伸率，此值越大，材料的塑性性能就愈好。 工程上通常按延伸率 ? 的大小將材料進(jìn)行分類， %5?? 的材料稱為塑性材料，如低碳剛等：而將 %5?? 的材料稱為脆性材料，如混凝士等。 材料力學(xué)性能參數(shù)測定 力學(xué)性能參數(shù)的測定，即利用材料試驗(yàn)機(jī)等儀器獲得材料試驗(yàn)過程曲線，通過分析曲線，計(jì)算得到該材料的重要力學(xué)性能參數(shù)。以常見的會(huì)屬拉伸試驗(yàn)為例，首先定義幾個(gè)重要的力學(xué)性能參數(shù)如下： 規(guī) 定非比例伸長應(yīng)力 ( p? )，試樣標(biāo)距部分的非比例伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力，表示此應(yīng)力的符號(hào)附以腳注說明，例如 ? ：，表示規(guī)定非比例伸長率為 ％時(shí)的應(yīng)力；規(guī)定總伸長應(yīng)力 ( t? )，試樣標(biāo)距部分的總伸長 (彈性伸長加塑性伸長 )達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力；規(guī)定殘余伸長應(yīng)力 ( r? )，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始 標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力；屈服點(diǎn)伸長率 ( s? )，試樣從屈服開始至屈服階段結(jié)束之間標(biāo)距的伸長與原始7 標(biāo)距的百分比；最大力下的伸長率，試樣拉到最大力時(shí)標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比，分總伸長率 ( gt? )和非比例伸長率 ( t? )。 國標(biāo) GB／ T228— 2020 規(guī)定，當(dāng)測定規(guī)定非比例伸長應(yīng)力、規(guī)定總伸長應(yīng)力、規(guī)定殘余伸長應(yīng)力、屈服點(diǎn)和上屈服點(diǎn)時(shí)，彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力速率應(yīng)符合表 規(guī)定，并保持試驗(yàn)機(jī)控制固定 于這一速率上，直到該性能測出為止。 表 應(yīng)力速率表 測定下屈服點(diǎn)時(shí)，平行長度內(nèi)的應(yīng)變速率應(yīng)在 0． 00025～ 0． 0025mm／ s之間，應(yīng)盡可能保持恒定。如不能直接控制這一速率，則應(yīng)通過調(diào)節(jié)在屈服開始前的應(yīng)力速率將其固定，直至屈 服階段過后。但彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力速率不能超過表 中所允許的最大速率。屈服過后或只需測定抗拉強(qiáng)度時(shí)，試驗(yàn)機(jī)兩夾頭在力作用下的分離速率應(yīng)不超過 min/ cL ， cL 為試樣平行長度。現(xiàn)將幾個(gè)力學(xué)性能參數(shù)的測定方法簡述如下。 1．規(guī)定非比例伸長應(yīng)力的測定 (1)圖解法 圖 圖解法 圖 逐步逼近法 參考圖 的力 F 伸長 X 曲線，在曲線圖的 x 軸上，截取一段相應(yīng)規(guī)定非比例伸長的 OC 段， penLOC ?? ， n 為位移放大倍數(shù)， eL 為引伸計(jì)標(biāo)距， p? 為規(guī)定非比例伸長率。過 C 點(diǎn)作彈性直線段的平行線 CA 交曲線于 A 點(diǎn)， A 點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的8 力 pF 即為所測規(guī)定非比例伸長力，則規(guī)定非比例伸長應(yīng)力為0SFpp ?? ， 0S 為試樣原始橫截面積。 (2)逐步逼近法 當(dāng)力 F 一伸長 X 曲線沒有明顯彈性直線段，以致較難測出相應(yīng)的非比例伸長力時(shí)，用此種辦法。如圖 所示，以獲取 為例，在曲線上估取一 點(diǎn) 0A 為規(guī)定非比例伸長率等于 ％時(shí)的力 ，在曲線上分別確定力為 0 pF 和0 pF 的 1B 和 1D 兩點(diǎn)，并進(jìn)行連接。從曲線原點(diǎn) O 起截取 OC ( % ? )，過 C 點(diǎn)作平行于 11DB 的 直線 1CA 交曲線于 1A 點(diǎn)。如 1A 和 0A 重合，則 為規(guī)定非比例伸長率為 ％時(shí)的力。 如 1A 與 0A 點(diǎn)重合，則需采取與上述相同的步驟進(jìn)行進(jìn)一步逼近。此時(shí)取 1A 點(diǎn)的力 ，分別確定力為 和 0 pF 的 2B 和 2D 兩點(diǎn)。然后過 C 點(diǎn)作 22DB的平行線確定交點(diǎn) 2A 。如此重復(fù)，直到最后一次得到的交點(diǎn)與前一次重合。 2．規(guī)定總伸長應(yīng)力的測定 可參見圖 ，在力 F 一伸長 X 曲線上，自曲線的原點(diǎn) O 起，截取等于規(guī)定總伸長的 OE 段 ( tenLOE ?? )， n 一般不小于 50 倍。過 E 點(diǎn)作力軸的平行線 EA 交曲線于 A 點(diǎn)， A 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的力 tF 為所測定總伸長應(yīng)力的力，則規(guī)定總伸長應(yīng)力為 0SFtt ?? 。 3．屈服點(diǎn)、上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)的測定 有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，應(yīng)測定其屈服點(diǎn)、上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)。通常可用圖示法，如圖 、 所示，在 力 F 一伸長 X 曲線上，確定屈服平臺(tái)恒定的力 SF 、上屈服點(diǎn) SUF 和下屈服點(diǎn) SLF ，則屈服點(diǎn)、上屈服點(diǎn)、下屈服點(diǎn)的相應(yīng)應(yīng)力分別按以下公式來計(jì)算 圖 屈服平臺(tái)恒定的力一伸長曲線 圖 典型力一伸長曲線 9 (屈服點(diǎn) )、 0SFsUsU ?? （ 上屈服點(diǎn) ） 、 0SFsLsL?? (下屈服點(diǎn) ) 本章小結(jié) 在介紹材料力學(xué)性能的基本概念基礎(chǔ)上，以低碳鋼拉伸試驗(yàn)的 應(yīng)力 ? 應(yīng)變? 曲線為例，詳細(xì)分析了材料被拉伸時(shí)表現(xiàn)出的典型力學(xué)特性，它是定量分析材料試驗(yàn)曲線的理論依據(jù)。最后，以金屬拉仲的力學(xué)性能參數(shù)測定為例，利用圖示法求解規(guī)定非比例伸長應(yīng)力、規(guī)定總伸長應(yīng)力及不同屈服點(diǎn)等典型參數(shù)，為電控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及計(jì)算主要力學(xué)性能參數(shù)提供了依據(jù)。 10 第二章 材料試驗(yàn)機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 電液伺服 試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)采用以工控機(jī)為核心控制器， 以壓力傳感器、引伸計(jì)、位移傳感器、信號(hào)放大器、信號(hào)調(diào)理器、 DA/ 為輔助外圍電路組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以 D／ A、控制放大器、 伺服閥閥、數(shù)字驅(qū)動(dòng)器 等組成信號(hào)輸出控制系統(tǒng)，用戶通過人機(jī)界面、打印報(bào)表、數(shù)據(jù)庫管理等實(shí)現(xiàn)與工控機(jī)的人機(jī)交互，利用工控機(jī)的高速計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理，其電液 伺服 控制液壓材料試驗(yàn)機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 橫梁壓力傳感器上夾頭試件立柱下夾頭工作臺(tái)活塞位移傳感器伺服閥K3K2K1夾式引伸計(jì)K工控機(jī)s伺 服閥控制放大器 圖 試驗(yàn)機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 由圖 可見，試驗(yàn)機(jī)主機(jī)主要由 伺服 閥控制放大 器、比例閥、液壓缸及負(fù)荷傳感器、引伸計(jì)、位移傳感器等幾部分組成，其它硬件還包括底座、油缸、活塞、立柱、絲桿、工作臺(tái)、上下移動(dòng)橫梁、試樣夾持裝置以及橫梁升降機(jī)構(gòu)等，由試樣夾持裝置夾緊試樣，通過控制橫梁的升降機(jī)構(gòu)可以調(diào)整試樣夾持空間，并且通過油缸活塞完成對(duì)試樣的加載