非线性弹性变形 均匀塑性变形 应力σ /MPa 缩颈后局集
铜 铝 工程塑料 锰青铜
高塑性材料
0
应变ε / %
25
常见材料的应力应变曲线
弹性材料
应力σ /MPa
线性弹性变形 非线性弹性变形
弹性材料
0
应变ε / %
26
常见材料的应力应变曲线
综合对比
脆性材料 低塑性材料 塑性材料
应力σ /MPa
泊松比
应力σ
10 高分子材料 0 应变ε
18
各个性能指标的特点
延伸率
l k − l0 δl = ×100% = δ b + δ n l0
均匀伸长率 取决于合金基体相状态的常数 局集伸长率 与试件的几何形状有关
δ n = γ A0 / l0
只有几何形状相同的试件 延伸率才可以相互比较！
δκ 0
l/A01/2
材料的拉伸性能
拉伸性能
弹性 塑性 强度 应变硬化 韧性
工程应用
预测其他力学性能，如抗疲劳、断裂性能 结构静强度设计的主要依据 选择材料改善起力学性能的主要依据
评价方法
拉伸试验
2
本章要点
拉伸试验
试验仪器和试样的要求 试验方法和过程 试验的结果与分析——应力应变曲线
应力应变曲线分析
强度指标 弹性指标 塑性指标
断裂真应变
ε f = − ln(1 −ψ k )
30
材料的真应力应变曲线
真应力-应变曲线
韧度 外力使材料断裂所做的功
应力σ /MPa
弹性变性能 塑性变性能 断裂能
真应力应变曲线
Ut = ∫
l
l0
εf Pdl = ∫ Sdε 0 V
0
应变ε / %
根据曲线的面积测定和计算！
31
塑性材料
大多数纯金属 有色金属 冷变形钢 中低温回火钢
塑性材料
应力σ /MPa
弹性变形 均匀塑性变形 缩颈
0
应变ε / %
23
常见材料的应力应变曲线
低塑性材料
低塑性材料
高碳钢 高锰钢 铝青铜 锰青铜
应力σ /MPa
弹性变形 均匀塑性变形
0
应变ε / %
24
常见材料的应力应变曲线
高塑性材料
试样外形的变化
8
拉伸试验概述
拉伸试验过程
拉伸内部应力的变化
9
拉伸试验概述
两个重要现象
缩颈
断裂
10
拉伸试验概述
拉伸试验结果
拉伸曲线
工程应力
σ = P/ A
载荷P/kN
e = ∆l / l0
0 伸长量∆l/mm
11
工程应变
拉伸试验概述
拉伸试验结果
工程应力-工程应变曲线
应力σ /MPa
与拉伸曲线的意义不同！
实际材料的拉伸性能
脆性材料的应力应变曲线 塑性材料的应力应变曲线 真应力与真应变
力学性能指标的特点
3
1. 拉伸试验
4
拉伸试验概述
拉伸试验机
传感器
试样
夹具
5
拉伸试验概述
拉伸试样
GB6397-86 标准圆柱形拉伸试件
试验前
试验后
缩颈
6
拉伸试验概述
拉伸试样
板状拉伸试件
7
拉伸试验概述
拉伸试验过程
弹性模量不同！
高塑性材料
变形过程不同！
0
弹性材料
应变ε / %
27
材料的真应力应变曲线
工程应力-应变曲线的问题
实际截面积减小！ 真应力 真应变
P P A0 σ S= = = = σ (1 + e) A A0 A 1 −ψ l dl 1 l ε =∫ = ln = ln(1 + e) = ln 1 −ψ 0 l l0
Байду номын сангаас
均匀塑性变形时(均匀) 伸长率大于(均匀)断面收缩率 延伸率大于等于断面收缩率——低塑性材料，没有缩颈
20
3. 常见材料的应力应变曲线
21
常见材料的应力应变曲线
脆性材料
脆性材料
玻璃 陶瓷 淬火高碳钢 硬质合金
只有弹性变形 脆性断裂 抗压不抗拉
应力σ /MPa 0
应变ε / %
22
常见材料的应力应变曲线
ν = −el / er
泊松比
E =σ /e
0 应变ε
16
弹性模量
应力应变曲线
塑性指标
抗拉强度σb 屈服强度σs 应力σ
δ k = ∆l / l0 ×100%
延伸率
ψ = ∆A / A0 ×100%
断面收缩率
0
应变ε
17
各个性能指标的特点
弹性模量
400 陶 瓷、 硬 质 合 金 普通金属
G ≈ 2(1 +ν )E

真应力应变与工程应力应变对比 塑性变形阶段，真应力大于工程应力 塑性变形阶段，真应变小于工程应变 缩颈阶段到最后断裂，真应力仍持续增大
28
材料的真应力应变曲线
真应力-应变曲线
真应力应变曲线
应力σ /MPa
修正曲线
工程应力应变曲线
反应材料的真实性质！
0
应变ε / %
29
材料的真应力应变曲线
真应力-应变曲线
Bridgeman真应力修正 缩颈外形为圆弧，半径为R 整个试验中缩颈区界面依然是半径为a的圆 缩颈界面上应变是常数
*
S a / r = 0.76 − 0.94(1 − ε ) S = (1 + 2 R / a )[ln(1 + a / 2 R)]
断裂真应力
σ f = Pf / Af = σ b (1 +ψ k )
19
各个性能指标的特点
断面收缩率
标准圆柱件 板状试件
d 02 − d k2 ψk = ×100% 2 d0 A0 − Ak ab − a1b1 ψk = ×100% = ×100% A0 ab
利用体积不变原理
与伸长率和应变的关系
ψ e= 1 −ψ
e ψ= 1+ e
ψb δb = 1 −ψ b
δb ψb = 1+ δb
0
应变ε / %
12
2. 应力应变曲线
13
应力应变曲线
不同阶段
弹性 屈服 变形 塑性 变形 均匀塑性变形 不均匀塑 性变形
应力σ 0
应变ε
14
应力应变曲线
强度指标
抗拉强度σb 弹性极限σe
应力σ
断裂强度σk 比例极限σp 屈服强度σs
0
应变ε
15
应力应变曲线
弹性指标
弹性极限σe
应力σ
比例极限σp