材料试验机
材料的力学性能 在材料试验机上 进行测试。材料 试验机的式样有 很多，但大多为 机械传动或液压 传动。
P
L0
P
拉伸图：P ~ ΔL 曲线 s P /A0
σ
e ΔL / L0 应力－应变曲线： s ~ e 曲线
P
ΔL
ε
(1) 塑性材料拉伸时的力学性能
σ
强度极限σb
弹性极
限σe
屈服应力σs
2 设计准则
➢ 对飞机结构的静强度问题，实际是指飞 机结构在使用当中承受各种载荷工况下 最大使用载荷的能力。不同的载荷工况 将导致结构元件的受力状态不同，因此， 必须全面考察飞机飞行中所遇到的各种 载荷状态(工况)，而同一载荷工况下， 静强度仅考虑最大载荷值即可。
➢ 通常飞机结构静强度设计采用设计载荷 法，即取安全系数，乘上使用载荷即为 设计载荷。一般安全系数取1.5，有时 视情况还需乘上附加安全系数。
国家标准规定《金属拉伸试验方法》
对圆截面试样：
L=10d
L
L=5d
对矩形截面试样：
l0 11.3 A0
l0 5.65 A0
标准试件
国家标准不仅规定了试验方法，对试件的形 式也作了详细规定
当 l=10d 时的试件称为长试件，为推荐尺寸
当 l=5d 时的试件称为短试件，为材料尺寸不 足时使用
与 表征材料破坏后的塑性变形程度。
与试件的原始尺寸L/d有关； 与试件的原始尺寸无关。
在工程中按 区分
塑性材料和脆性材料
塑性材料 脆性材料
>5% <5%
(4) “名义屈服应力”σ0.2
有些塑性材料(如:铝合金)没有明显的屈服平台。 由于无法确定其屈服点,只能采用人为规定的方法。
➢ 在早先的结构内力分析计算上，由于缺少大型的计 算机硬件系统和分析软件，强度计算仅针对结构的 局部部件甚至分成构件，采用材料力学或结构力学 的模型简化方法，逐个进行分析计算。
➢ 由于现代计算机技术的蓬勃发展，特别是结合现代 计算技术研究发展起来的结构数值分析理论和软件 系统，为大规模结构计算提供了强有力的工具，不 仅结构元件的细节可细致模型化，而且像一个整体 机翼、机身甚至全机那样多的结构元件也可纳入到 一个大规模的结构模型中进行分析。这样，可大大 提高分析精度，特别对元件或构件间的连接关系予 以了充分考虑，使得一些关键部位的分析更加准确。
(5) 脆性材料的拉伸性能
特点： 无屈服过程 无塑性变形 无塑性指标
σb是衡量脆性材料强度的唯一指标。
4.2 材料压缩的机械性能
试件： 金属材料－短圆柱 混凝土、石料－立方体
国家标准规定《金属压缩试验方法》（GB7314—87)
d L
b b
L
➢ 静强度设计准则为结构的极限载荷(或 极限应力)大于、等于结构的设计载荷 (或设计应力)，其工作步骤为: 获取结构上作用的载荷数 据；进行细致的结构内力分析计算；做出强度判断。
➢ 作用于飞机结构上的载荷主要有气动力载荷、质量 力以及连接节点上的集中力。这些载荷主要由气动 和强度组专业技术人员提供。
（s

s
）时成立
P
E tg 弹性摸量
s e — 弹性极限 s
②屈服阶段
s s — 屈服极限
③强化阶段
s b — 强度极限
④局部变形阶段
d
sb
sS se sP
O
bc a
e
e%
合金钢20Cr 高碳钢T10A 螺纹钢16Mn
低碳钢A3 黄铜H62
(2) 塑性材料的卸载(unloading)过程
σ
C AB
比例极限σP
名义应力 (Nominal stress)
真应力(True stress)
F D
E 断裂
O
弹性阶段 屈 服 阶 段 Elastic stage Yielding stage
强化阶段 Hardening stage
ε
局部化阶段 Localization stage
①弹性阶段
s p — 比例极限 s Ee 虎克定律
冷作硬化。
e p
ee
e e pe
e
sb
e' le
ee
(3) 韧性指标:
延伸率 (Percent elongation)
L1 L 100%
L
截面收缩率(Percent reduction in area)
A A1 100%
A
L1
A1
注意：材料拉断后经过卸载得到残余应变εp 应变实质就是延伸率δ
飞机的静强度设计
王晓军 航空科学与工程学院固体力学研究所
1 前言
• 静强度属于结构的静力学设计问题，即 主要关心工程上结构元件材料本身的最 大承载能力(或称抗力、强度)。主要考 虑结构元件上局部点的工作应力是否有 大于其强度极限的危险，问题的分析相 对简单。
• 静强度设计方法及准则是飞机结构设计 中最基本的设计原则，也是最早发展成 熟的设计规范之一。它是飞机结构设计 活动中首先考虑的基本要求，即结构必 须能够承受飞机使用过程中所遇到的各 种载荷，而不破坏，也不至于产生影响 到飞机功能的永久变形。
加载
卸载
重新加载
(reloading)
加载 卸载
α
α
O
ε
残余(塑性)应变 弹性回复
卸载定律 冷作硬化
材料在卸载过程中应力与应变成线形关系。
称为：卸载定律 。
s P s' f d
在常温下把材料冷 拉到强化阶段，然后卸
b ac
载，当再次加载时，材 料的比例极限提高而塑
se sp

ss
性降低。这种现象称为
按照国家标准规定，
σ
取 对 应 于 试 件 产 生 0.2%
的 塑 性 应 变 (εp=0.2%) 的
应 力 作 为 屈 服 点 , 称 为 s 0.2
“ 条 件 屈 服 点 ” , 用 σ0.2
表示名义屈服应力。
ε
确定的方法是: σ
b
s0.2
o
ε
0.2%
在ε轴上按刻度取0.2％（即：0.002）的点, 对此点作平行于σ－ε曲线的直线段的直线(斜率亦 为E), 与σ－ε曲线相交点对应的应力即为σ0.2 .
4 材料的试验及其屈服
• 4.1 材料拉伸的力学性能
力学性能———指材料受力时在强度和变形方面 表现出来的性能。
塑性变形 变形
弹性变形
塑性变形又称永久变形或残余变形
塑性材料：断裂前产生较大塑性变形的材料,如低碳钢
脆性材料：断裂前塑性变形很小的材料，如铸铁、石料
•材料的机械性质通过试验测定，通常为常温 静载试验。试验方法应按照国家标准进行。