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刘鸿文材料力学课件

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刘鸿文材料力学课件

材料力学的知识大家还记得吗？下面小编整理了刘鸿文材料力学课件，欢迎大家阅读学习参考！

刘鸿文材料力学课件

铸铁比低碳钢脆性高。低碳钢的屈服强度高于铸铁。（铸铁很脆，几乎不存在屈服强度），但是铸铁的拉伸强度大于低碳钢，因为铸铁含碳量高于低碳钢。冲击强度低碳钢明显要优于铸铁。

低碳钢由于含碳量低，它的延展性、韧性和可塑性都是高于铸铁的，拉伸开始时，低碳钢试棒受力大，先发生变形，随着变形的增大，受力逐渐减小，当试棒断开的瞬间，受力为“0”，其受力曲线是呈正弦波＞0的形状。

铸铁由于轫性差，拉伸开始时，受力是逐步加大的，当达到并超过它的拉伸极限时，试棒断开，受力瞬间为“0”，其受力曲线是随受力时间延长，一条直线向斜上方发展，试棒断开，直线垂直向下归“0”。

同样的道理：低碳钢抗压缩的能力比铸铁要低，当对低碳钢试块进行压缩实验时，受力逐渐加大，试块随外力变形，当试块变形达到极限时，其受力也达到最大值，其受力曲线是一条向斜上方的直线。铸铁则不然，开始时与低碳钢受力情况基本相同，只是当铸铁试块受力达到本身的破坏极限时，受力逐渐减小，直到试块在外力下被破坏（裂开），受力为“0”其受力曲线与低碳钢拉伸时的受力曲线相同。以上就是低碳钢和铸铁在拉伸和压缩时力学性质的异同点。赞同4| 评论

低碳钢：低碳钢为塑性材料.开始时遵守胡克定律沿直线上升，比例极限以后变形加快，但无明显屈服阶段。相反地，图形逐渐向上弯曲。这是因为在过了比例极限后，随着塑性变形的迅速增长，而试件的横截面积逐渐增大，因而承受的载荷也随之增大。从实验我们知道，低碳钢试件可以被压成极簿的平板而一般不破坏。因此，其强度极限一般是不能确定的。我们只能确定的是压缩的屈服极限应力。 2．铸铁：铸铁为脆性材料，其压缩图在开始时接近于直线，与纵轴之夹角很小，以后曲率逐渐增大，最后至破坏，因此只确定其强度极限。 ζbc＝Fbc/S 铸铁试件受压力作用而缩短，表明有很少的塑性变形的存在。当载荷达到最大值时，试件即破坏，并在其表面上出现了倾斜的裂缝（裂缝一般大致在与横截面成45°的平面上发生）铸铁受压后的破坏是突然发生的，这是脆性材料的特征。从试验结果与以前的拉伸试验结果作一比较，可以看出，铸铁承受压缩的能力远远大于承受拉伸的能力。抗压强度远远超过抗拉强度，这是脆性材料的一般属性。

铸铁的拉伸实验方法与低碳钢的拉伸实验相同,但是柔性铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢,其应力应变曲线.球墨铸铁从开始受力直至断裂,变形始终很小,既不存在屈服阶段,也无颈缩现象.断口垂直于试样轴线,这说明引起试样破坏的原因是最大拉应力.

低碳钢试件在压缩过程中,在加载开始段,从应力应变曲线图可以看出,应力与应变成正比,即满足胡克定理.当载荷达到一定程度时,低碳钢试件发生明显的屈服现象.过了屈服阶段后,试件越压越扁,最终被压成腰鼓形,而不会发生断裂破坏.

铸铁试件在压缩过程中,没有明显的线性阶段,也没有明显的屈服阶段.柔性铸铁的压缩

强度极限约为拉伸强度极限的3-4倍.球墨铸铁试件断裂时,断口方向与试件轴线约成550.一般认为是切应力和摩擦力共同作用的结果.

一、弹性阶段OB

在这一阶段如果卸去“荷载”，变形即随之消失，也就是说，在“荷载”作用下所产生的变形是弹性的。弹性阶段所对应的最高应力称为弹性极限（elastic limit），常以ζe表示。精密的量测表明，低碳钢在弹性阶段内工作时，只有当应力不超过另一个称为比例极限（proportional limit）ζp的值时，应力与应变才呈线性关系（ b中的斜直线OA），即材料才服从胡克定律，而有ζ= Eε。Q235钢的比例极限约为：ζp≈200 MPa。弹性极限ζe与比例极限ζp虽然意义不同，但它们的数值非常接近，工程上通常不加区别。

二、屈服阶段DC

应力超过弹性极限后，材料便开始产生不能消除的永久变形（塑性变形），随后在ζ-ε图线上便呈现一条大体水平的锯齿形线段DC，即应力几乎保持不变而应变却大量增长，它标志着材料暂时失去了对变形的抵抗能力。这种现象称为屈服（yield）。材料在屈服阶段所产生的变形为不能消失的塑性变形。

若试件表面非常光滑，屈服时可看到一系列迹线，它们是由于材料沿最大切应力面（与试件轴线成45°）发生滑移所致。这些迹线称为滑移线（slip-lines）。

在屈服阶段里，应力ζ有幅度不大的波动。试验结果指出，很多因素对屈服应力的高限有影响，屈服应力的低限则较为稳定。通常将屈服应力的第一个低限取为材料的屈服极限（yield limit）ζs。对于Q235钢，ζs≈240 MPa。

值得注意的是，如图7-23 b所示的ζ-ε曲线，无论纵坐标ζ= F/A，还是横坐标ε= Δl/l，都是名义值。因为到了屈服阶段，试件的横截面面积和标距均已发生较显著的改变，

此时，仍用原面积A去求应力和用原标距l 去求应变，所得结果显然不是真实的值。尽管如此，由于在对拉杆作计算时所用的也是横截面面积和长度的初始值，所以材料的上述名义值仍不失为判别杆件是否会发生破坏的依据。

三、强化阶段CG

在试件内的晶粒滑移终了时，屈服现象便告终止，试件恢复了继续抵抗变形的能力，即发生强化。图7-23 b中的曲线线段CG所显示的便是材料的强化阶段。

ζ- 曲线上的最高点G所对应的名义应力，即试件在拉伸过程中所产生的最大抗力Fb除以初始横截面面积A所得的值，称为材料的强度极限（ultimate strength）ζb。对于Q235钢，ζb≈400 MPa。

四、局部变形阶段GH

名义应力达到强度极限后，试件便发生局部变形，即在某一横截面及其附近出现局部收缩即所谓缩颈的现象。在试件继续伸长的过程中，由于“缩颈”部分的横截面面积急剧缩小，试件对于变形的抗力因而减小，于是按初始横截面面积计算的名义应力随之减小。当“缩颈”处的横截面收缩到某一程度时，试件便断裂。

屈服极限ζs和强度极限ζb是低碳钢重要的强度指标。

为了比较全面地衡量材料的力学性能，除了强度指标，还需要知道材料在拉断前产生塑性变形（永久变形）的能力。

工程上常用的.塑性指标有伸长率（percentage elongation）δ和断面收缩率（percentage reduction of area）ψ。前者表示试件拉断后标距范围内平均的塑性变形百分率，即δ= l 1 l l ×100%(7-14)式中，l 为试件拉伸前的标距，l1 为试件拉断后标点之间的距离。容易看出，由于计算伸长率δ时所用的l1 包括了“缩颈”部分的局部伸长在内，因此当采用不同的标距l 时，

即使在同一试件上，所得的δ亦不相同，例如采用l = 10d所得的δ10必小于采用l = 5d

所得的δ5。这在比较材料的塑料指标时是必须注意的。对于伸长率δ，如果未加说明，通常是指δ10。

材料另一个塑性指标——断面收缩率ψ，是指试件断口处横截面面积的塑性收缩百分率，即ψ= AA 1 A ×100%(7-15)式中，A是拉伸前试件的横截面面积，A1是拉断后断口处的横截面面积。

对于Q235钢，δ= 25~30%，ψ≈60 %。

δ和ψ愈大，说明材料的塑性愈好。这种δ和ψ的数值较大的材料（例如δ≥ 5%），通常称为塑性材料（ductile material）。

对于塑性材料，还有一个值得注意的力学性能，即卸载和再加载规律。如图7-23 b所示，当材料进入强化阶段而应力达到例如图中点F所对应的值时，若进行卸载，则在卸载过程中应力与应变将按线性关系减小，图线沿着与OA平行的直线FO1下降，当卸载完毕后只有如图中线段O1O2所代表的那部分应变消失，而线段OO1所代表的那部分应变并不消失，

即它是残余应变。这就是说，当加载而应力达到图中点F所对应的值时，相应的应变包括了弹性应变εe和塑性应变εp两部分，即ε=εe+εp。

卸载后有了残余变形的试件如果立即重新加载，则应力—应变图线将沿着卸载直线O1F上升，直到点F后才变为曲线，当应力达到原来的屈服极限ζs时不再发生屈服。倘若卸载后经过一段时间再加载，则应力—应变图线甚至会在超过卸载应力一定值后才变为曲线。工程实践中有时就利用卸载再加载规律将碳钢进行预张拉以提高材料的比例极限。当然，经过预张拉的钢材，比例极限是提高了，但塑性却降低了。材料在室温下经受塑性变形后强度提高而塑性降低的现象，叫做冷作硬化（cold hardening）。

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