单项静拉伸力学性能.ppt

第二章 材料的静拉伸力学性能 §2.1 引言 §2.2 静拉伸试验 §2.3 弹性变形 §2.4 塑性变形 §2.5 材料的断裂 2.1 前言 1、拉伸性能: 通过拉伸试验可测材料的弹性、强度、延性、应变硬化和韧度等重要的力学性能指标，它是材料的基本力学性能。 2、拉伸性能的作用、用途： 　　a.在工程应用中，拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一。 　　b.提供预测材料的其它力学性能的参量，如抗疲劳、断裂性能。 （研究新材料，或合理使用现有材料和改善其力学性能时，都要测定材料的拉伸性能） 2.2 应力应变曲线 1、拉伸试验 拉伸试验是测定材料在静载荷作用下力学性能的一个最基本最重要的试验。 a. 拉伸 试件的形状和尺寸 常用的拉伸试件:为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样的几何相似，l0／A01/2要为一常数．其中A0为试件的初始横截面积。 光滑圆柱试件:试件的标距长度l0比直径d0要大得多；通常，l0=5d0或l0=10d0 板状试件:试件的标距长度l0应满足下列关系式：l0=5.65A01/2或11.3A0 1/2 ； 具体标准：GB 6397－86 2.拉伸实验中注意的问题 a. 拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。 严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互相比较。 b. 拉伸试验机带有自动记录或绘图装置，记录或绘制试件所受的载荷P和伸长量ΔL之间的关系曲线; 3. 拉伸试验机 电子式万能试验机 用于金属、塑料、橡胶、弹簧、各种绳带等材料及制品的机械性能测试研究. 4. 应力应变曲线 拉伸图----加载后标距间的长度变化量?L ? 载荷P关系曲线 拉伸曲线----应力?应变曲线 工程应力――载荷除以试件的原始截面积即得工程应力，σ=P／A0 工程应变――伸长量除以原始标距长度即得工程应变ε，ε=ΔL／L0 拉伸曲线 2.2.3 典型的拉伸曲线 1、材料分类： 按材料在拉伸断裂前是否发生塑性变形，将材料分为脆性材料和塑性材料两大类。脆性材料在拉伸断裂前不产生塑性变形, 只发生弹性变形；塑性材料在拉伸断裂前会发生不可逆塑性变形。 高塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀的伸长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量大。低塑性材料在拉伸断裂前只发生均匀伸长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。 a. 脆性材料 脆性材料，如玻璃、陶瓷、岩石、低温下的金属材料、淬火状态的高碳钢和普通灰铸铁等，只发生弹性变形，不发生塑性变形，在最高载荷点断裂，形成平断口。 b. 塑性材料 工程中许多金属材料如调质钢和一些轻合金具有a类应力应变行为；退火低碳钢和某些有色金属具有b类应力应变行为；塑性较低的金属如铝青铜和变形强化能力特别强的金属如高锰钢具有c类应力应变行为；某些低熔质固溶体铝合金和含杂质的铁合金具有d类应力应变行为。 c. 高聚物材料 玻璃态高聚物的拉伸 玻璃态高聚物拉伸时，曲线的起始状态是一段直线，应力和应变呈正比；同种材料随不同的测试温度，应力应变行为发生很大的变化。 2. 结晶聚合物的拉伸 它比玻璃态聚合物的拉伸具有更明显的转折，整个曲线可分为三段：第一段应力随应变线性增加，试样被均匀拉长；第二段应力不变，应变不断增加；第三段是成颈后的试样重新被均匀拉伸，应力随应变的增加而增加。 玻璃态聚合物与结晶态聚合物拉伸的相似之处： 现象上，两种拉伸过程都经历弹性变形、屈服、发展大变形以及应变硬化等阶段，拉伸的后阶段材料都呈现强烈的各向异性，断裂前的大变形在室温下都不能自发回复，而加热后却能回复到原状。因而本质上讲，两种拉伸过程造成的大变形都是高弹变形，通常把它们统称为冷拉。 玻璃态聚合物与结晶态聚合物拉伸的不同之处： 它们可被冷拉的温度范围不同，玻璃态高聚物的冷拉温度范围是Tb(脆化温度)至Tg，结晶态高聚物的冷拉温度范围是Tg至Tm；更主要和本质差别在于晶态高聚物的拉伸过程伴随着比玻璃态高聚物拉伸过程复杂得多的分子聚集态结构的变化。 3. 聚合物材料的应力-应变特征 聚合物材料具有明显的非线性黏弹特性，应力-应变曲线有很大的畸变。 按拉伸过程中屈服点的变化、伸长率大小及断裂情况，大致可分为5种类型。 由于高分子材料具有松弛性，依赖于温度和变形速率，对破坏过程的影响体现在脆性破坏和延性破坏的转变上。 当温度在玻璃化温度以下时，材料呈脆性破坏；当温度在玻璃化温度以上时，材料呈延性破坏，而且随温度的升高塑性变形分量