【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ： ?， ?? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 48 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 d L b b L L/d(b): 1~3 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 《 金屬壓縮試驗(yàn)方法 》 （ GB228—2020) 材料的拉伸和壓縮試驗(yàn) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 49 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 萬能試驗(yàn)機(jī) 材料的拉伸和壓縮試驗(yàn) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 50 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn) ， 首先將 標(biāo)準(zhǔn)試樣 (standard specimen)通過卡具或夾具安裝在試驗(yàn)機(jī)上 。 試驗(yàn)機(jī)通過上下夾頭的相對(duì)移動(dòng)將軸向載荷緩慢的加在試樣上 。試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄下試樣所受的載荷和變形 ， 得到應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線 ， 稱為 應(yīng)力 應(yīng)變曲線 (stressstrain curve)。 材料的拉伸和壓縮試驗(yàn) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 51 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 材料的拉伸和壓縮試驗(yàn) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 O FP ?L LL???AFP??O 52 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 53 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 54 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 55 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 56 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 彈性階段 彈性模量 應(yīng)力 應(yīng)變曲線上的初始階段通常都有一直線段 ， 稱為 彈性階段 ， 在這一區(qū)段內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系 ， 其比例常數(shù) ， 即直線的斜率稱為材料的 彈性模量（ 楊氏模量 ） ， 用 E 表示 。 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 57 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 對(duì)于應(yīng)力 應(yīng)變曲線初始階段的非直線段 ， 工程上通常定義兩種模量： 切線模量 ， 即曲線上任一點(diǎn)處切線的斜率 ， 用Et表示 。 割線模量 ， 即自原點(diǎn)到曲線上的任一點(diǎn)的直線的斜率 ， 用 Es表示 。 二者統(tǒng)稱為工程模量 。 ? 彈性模量 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 58 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 應(yīng)力 應(yīng)變曲線上線彈性階段的應(yīng)力最高限稱為 比例極限 ， 用 σp表示 。 線彈性階段之后 ， 應(yīng)力 應(yīng)變曲線上有一小段微彎曲線 ， 應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比關(guān)系 。 ? 比例極限與彈性極限 大部分塑性材料比例極限與彈性極限極為接近，只有通過精密測(cè)量才能加以區(qū)分。 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 59 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 許多塑性材料的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ，在彈性階段之后 ， 出現(xiàn)近似的水平段 ， 其應(yīng)力幾乎不變 ， 而變形急劇增加 ， 這種現(xiàn)象稱為 屈服 。 這一階段稱為屈服階段 ， 曲線最低點(diǎn)的應(yīng)力值稱為 屈服極限 或 屈服強(qiáng)度 ， 用 σs表示 。 ? 屈服階段 屈服極限 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 60 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 對(duì)于沒有明顯屈服階段的塑性材料 ， 工程上則規(guī)定產(chǎn)生 ％ 塑性應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值為其屈服強(qiáng)度 ， 稱為 條件屈服極限 （ ） 。 ? 條件 屈服極限 在 ε軸上取 ％ 的點(diǎn) ,對(duì)此點(diǎn)作平行于 ζε曲線的直線段的直線 （ 斜率為 E） ， 與 ζε曲線相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為 。 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 61 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ?強(qiáng)化階段 強(qiáng)度極限 應(yīng)力超過屈服應(yīng)力或條件屈服應(yīng)力后 ， 要使試樣繼續(xù)變形 ， 必須再繼續(xù)增加載荷 。 這一階段稱為 強(qiáng)化階段 ， 此時(shí)應(yīng)力的最高限稱為 強(qiáng)度極限 ， 用 σb表示 。 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 62 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 頸縮階段 某些塑性材料 ， 應(yīng)力超過強(qiáng)度極限后 ， 試樣開始發(fā)生局部變形 ， 該區(qū)域橫截面急劇縮小 ， 這稱為頸縮 。 之后 ， 試樣變形所需拉力相應(yīng)減小 ， 應(yīng)力 應(yīng)變曲線出現(xiàn)下降階段 ，直至試樣被拉斷 。 低碳鋼拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 63 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 鑄鐵拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 64 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 工程塑料拉伸時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 其它材料拉伸應(yīng)力 應(yīng)變曲線 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 65 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 韌 性 指 標(biāo) ── 延伸率 δ 和 截面收縮率 ψ 其中 ， l0為標(biāo)距； A0為試樣初始橫截面面積； l1和 A1分別為試樣拉斷后長(zhǎng)度和斷口處最小的橫截面面積 。 延伸率和截面收縮率的數(shù)值越大 ， 表明材料的塑性越好 。 工程中一般認(rèn)為 δ5％ 者為塑性材料； δ＜ 5％ 者為脆性材料 。 %100001 ?lll －＝? %100010 ?AAA －＝?? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 66 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 材料壓縮實(shí)驗(yàn) ， 通常采用短試樣 。 低碳鋼壓縮時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 。 與拉伸時(shí)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線相比較 ， 拉伸和壓縮屈服前的曲線基本重合 ， 即拉伸 、 壓縮時(shí)的彈性模量及屈服應(yīng)力相同 ， 但屈服后 ， 由于試樣愈壓愈扁 ，應(yīng)力 應(yīng)變曲線不斷上升 ， 試樣不會(huì)發(fā)生破壞 。 單向壓縮時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 67 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 單向壓縮時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 68 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 69 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 單向壓縮時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 70 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 鑄鐵壓縮時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線 ， 與拉伸時(shí)的應(yīng)力 ─應(yīng)變曲線不同的是 ， 壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拉伸時(shí)的數(shù)值 ， 通常是拉伸強(qiáng)度極限的 4~5倍 。 對(duì)于壓縮強(qiáng)度極限明顯高于拉伸強(qiáng)度極限的脆性材料 ， 通常用于制作受壓構(gòu)件 。 ?o? 鑄鐵壓縮 鑄鐵拉伸 單向壓縮時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 71 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 72 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 脆性材料壓縮時(shí)的 應(yīng)力 應(yīng)變曲線 混凝土 幾種非金屬材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 73 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 木 材 幾種非金屬材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 74 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 玻 璃 鋼 幾種非金屬材料的力學(xué)性質(zhì) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 75 塑性 材料極限應(yīng)力值 屈服極限 或 條件屈服極限 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 脆性材料極限應(yīng)力值強(qiáng)度極限 ? 極限應(yīng)力值 強(qiáng)度指標(biāo) ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 76 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 ? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ， 當(dāng)桿件承受軸向拉伸 （ 或壓縮 ） 時(shí) ， 在載荷作用的附近區(qū)域 ， 橫截面上的正應(yīng)力不再是均勻分布的 ， 其應(yīng)力分布規(guī)律受到不同加載方式的影響 ， 其影響范圍可由 圣維南原理 (SaintVenant priciple)解釋 。 在工程實(shí)際中 ， 由于構(gòu)件所處工況的不同 ， 在外力作用區(qū)域內(nèi) ， 外力分布方式有各種可能 ， 如圖所示 。 圣 維 南 原 理 77 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程 組 ? 材料拉伸、壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì) 第 5章 軸 向 拉 伸 和 壓 縮 實(shí)驗(yàn)證明：桿端載荷的作用方式 ， 將顯著地影響作用區(qū)附近的應(yīng)力分布規(guī)律 ， 但距桿端較遠(yuǎn)處上述影響逐漸消失 ， 應(yīng)力趨于均勻 ， 其影響范圍和 1～2倍的橫向尺寸相當(dāng) ， 此即圣維南原理 。 圣 維 南 原 理 78 水 利 土 木 工 程 學(xué) 院 工 程 力 學(xué) 課 程