材料力學效能概念

2021-03-04 09:35:23 字數 4714 閱讀 1302

一、抗拉強度

抗拉強度,表徵材料最大均勻塑性變形的抗力,拉伸試樣在承受最大拉應力之前,變形是均勻一致的,但超出之後,金屬開始出現縮頸現象,即產生集中變形;對於沒有(或很小)均勻塑性變形的脆性材料,它反映了材料的斷裂抗力。符號為rm,單位為mpa。

抗拉強度(tensile strength)

試樣拉斷前承受的最大標稱拉應力。

抗拉強度是金屬由均勻塑性變形向區域性集中塑性變形過渡的臨界值,也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。對於塑性材料,它表徵材料最大均勻塑性變形的抗力,拉伸試樣在承受最大拉應力之前,變形是均勻一致的,但超出之後,金屬開始出現縮頸現象,即產生集中變形;對於沒有(或很小)均勻塑性變形的脆性材料,它反映了材料的斷裂抗力。符號為rm,單位為mpa。

試樣在拉伸過程中,材料經過屈服階段後進入強化階段後隨著橫向截面尺寸明顯縮小在拉斷時所承受的最大力(fb),除以試樣原橫截面積(so)所得的應力(σ),稱為抗拉強度或者強度極限(σb),單位為n/mm2(mpa)。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。計算公式為:

σ=fb/so

式中:fb--試樣拉斷時所承受的最大力,n(牛頓); so--試樣原始橫截面積,mm。

抗拉強度( rm)指材料在拉斷前承受最大應力值。

萬能材料試驗機

當鋼材屈服到一定程度後,由於內部晶粒重新排列,其抵抗變形能力又重新提高,此時變形雖然發展很快,但卻只能隨著應力的提高而提高,直至應力達最大值。此後,鋼材抵抗變形的能力明顯降低,並在最薄弱處發生較大的塑性變形,此處試件截面迅速縮小,出現頸縮現象,直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應力值稱為強度極限或抗拉強度。

單位:n/mm2(單位面積承受的公斤力)

抗拉強度:tensile strength.

抗拉強度=eh,其中e為楊氏模量,h為材料厚度

目前國內測量抗拉強度比較普遍的方法是採用萬能材料試驗機等來進行材料抗拉/壓強度的測定!

二、屈服強度

屈服強度:是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限,亦即抵抗微量塑性變形的應力。對於無明顯屈服的金屬材料,規定以產生0.

2%殘餘變形的應力值為其屈服極限,稱為條件屈服極限或屈服強度。大於此極限的外力作用,將會使零件永久失效,無法恢復。

屈服強度:是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限,亦即抵抗微量塑性變形的應力。對於無明顯屈服的金屬材料,規定以產生0.

2%殘餘變形的應力值為其屈服極限,稱為條件屈服極限或屈服強度。大於此極限的外力作用,將會使零件永久失效,無法恢復。如低碳鋼的屈服極限為207mpa,當大於此極限的外力作用之下,零件將會產生永久變形,小於這個的,零件還會恢復原來的樣子。

(1)對於屈服現象明顯的材料,屈服強度就是屈服點的應力(屈服值);

(2)對於屈服現象不明顯的材料,與應力-應變的直線關係的極限偏差達到規定值(通常為0.2%的原始標距)時的應力。通常用作固體材料力學機械性質的評價指標,是材料的實際使用極限。

因為在應力超過材料屈服極限後產生頸縮,應變增大,使材料破壞,不能正常使用。

當應力超過彈性極限後,進入屈服階段後,變形增加較快,此時除了產生彈性變形外,還產生部分塑性變形。當應力達到b點後,塑性應變急劇增加,應力應變出現微小波動,這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力分別稱為上屈服點和下屈服點。

由於下屈服點的數值較為穩定,因此以它作為材料抗力的指標,稱為屈服點或屈服強度(rel或rp0.2)。

有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象,通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該鋼材的屈服強度,稱為條件屈服強度(yield strength)。

首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形(外力撤銷後可以恢復原來形狀)和塑性變形(外力撤銷後不能恢復原來形狀,形狀發生變化,伸長或縮短)。

建築鋼材以屈服強度作為設計應力的依據。

[1]yield strength,又稱為屈服極限 ,常用符號δs,是材料屈服的臨界應力值。

(1)對於屈服現象明顯的材料,屈服強度就是屈服點的應力(屈服值);

(2)對於屈服現象不明顯的材料,與應力-應變的直線關係的極限偏差達到規定值(通常為0.2%的原始標距)時的應力。通常用作固體材料力學機械性質的評價指標,是材料的實際使用極限。

因為在應力超過材料屈服極限後產生塑性變形,應變增大,使材料失效,不能正常使用。

當應力超過彈性極限後,進入屈服階段後,變形增加較快,此時除了產生彈性變形外,還產生部分塑性變形。當應力達到b點後,塑性應變急劇增加,應力應變出現微小波動,這種現象稱為屈服。這一階段的最大、最小應力分別稱為下屈服點和上屈服點。

由於下屈服點的數值較為穩定,因此以它作為材料抗力的指標,稱為屈服點或屈服強度(rel或rp0.2)。

a.屈服點yield point(σs)

試樣在試驗過程中力不增加(保持恆定)仍能繼續伸長(變形)時的應力。

b.上屈服點upper yield point(σsu)

試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力。

c.下屈服點lower yield point(σsl)

當不計初始瞬時效應時屈服階段中的最小應力。

有些鋼材(如高碳鋼)無明顯的屈服現象,通常以發生微量的塑性變形(0.2%)時的應力作為該鋼材的屈服強度,稱為條件屈服強度(yield strength)。

首先解釋一下材料受力變形。材料的變形分為彈性變形(外力撤銷後可以恢復原來形狀)和塑性變形(外力撤銷後不能恢復原來形狀,形狀發生變化,伸長或縮短)

建築鋼材以屈服強度作為設計應力的依據。

所謂屈服,是指達到一定的變形應力之後,金屬開始從彈性狀態非均勻的向彈-塑性狀態過渡,它標誌著巨集觀塑性變形的開始。

(1):銀文屈服:銀紋現象與應力發白。(2):剪下屈服。

屈服強度測定

無明顯屈服現象的金屬材料需測量其規定非比例延伸強度或規定殘餘伸長應力,而有明顯屈服現象的金屬材料,則可以測量其屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。一般而言,只測定下屈服強度。

通常測定上屈服強度及下屈服強度的方法有兩種:圖示法和指標法。

試驗時用自動記錄裝置繪製力-夾頭位移圖。要求力軸比例為每mm所代表的應力一般小於10n/mm2,曲線至少要繪製到屈服階段結束點。在曲線上確定屈服平台恆定的力fe、屈服階段中力首次下降前的最大力feh或者不到初始瞬時效應的最小力fel。

屈服強度、上屈服強度、下屈服強度可以按以下公式來計算:

屈服強度計算公式:re=fe/so;fe為屈服時的恆定力。

上屈服強度計算公式:reh=feh/so;feh為屈服階段中力首次下降前的最大力。

下屈服強度計算公式:rel=fel/so;fel為不到初始瞬時效應的最小力fel。

試驗時,當測力度盤的指標首次停止轉動的恆定力或者指標首次迴轉前的最大力或者不到初始瞬時效應的最小力,分別對應著屈服強度、上屈服強度、下屈服強度。[2]

建設工程上常用的屈服標準有三種:

1、比例極限應力-應變曲線上符合線性關係的最高應力,國際上常採用σp表示,超過σp時即認為材料開始屈服。

2、彈性極限試樣載入後再解除安裝,以不出現殘留的永久變形為標準,材料能夠完全彈性恢復的最高應力。國際上通常以rel表示。應力超過rel時即認為材料開始屈服。

3、屈服強度以規定發生一定的殘留變形為標準,如通常以0.2%殘留變形的應力作為屈服強度,符號為rp0.2。

影響屈服強度的內在因素有:結合鍵、組織、結構、原子本性。

如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結合鍵的影響是根本性的。從組織結構的影響來看,可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度,這就是:(1)固溶強化;(2)形變強化;(3)沉澱強化和瀰散強化;(4)晶界和亞晶強化。

沉澱強化和細晶強化是工業合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中,前三種機制在提高材料強度的同時,也降低了塑性,只有細化晶粒和亞晶,既能提高強度又能增加塑性。

影響屈服強度的外在因素有:溫度、應變速率、應力狀態。

隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度公升高,尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感,這導致了鋼的低溫脆化。應力狀態的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內在效能的乙個本質指標,但應力狀態不同,屈服強度值也不同。

我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度。

傳統的強度設計方法,對塑性材料,以屈服強度為標準,規定許用應力[σ]=σys/n,安全係數n因場合不同可從1.1到2或更大,對脆性材料,以抗拉強度為標準,規定許用應力[σ]=σb/n,安全係數n一般取6。

需要注意的是,按照傳統的強度設計方法,必然會導致片面追求材料的高屈服強度,但是隨著材料屈服強度的提高,材料的抗脆斷強度在降低,材料的脆斷危險性增加了。

屈服強度不僅有直接的使用意義,在工程上也是材料的某些力學行為和工藝效能的大致度量。例如材料屈服強度增高,對應力腐蝕和氫脆就敏感;材料屈服強度低,冷加工成型效能和焊接效能就好等等。因此,屈服強度是材料效能中不可缺少的重要指標。

三、斷裂伸長率

斷裂伸長率

斷裂伸長率 elongation at break

試樣在拉斷時的位移值與原長的比值。以百分比表示(%)

斷裂伸長率的計算方法

原長l。,橫截面積a,在軸向拉力n作用下,變形後的斷裂長度為l',於是斷裂伸長△l=l'-l。

應變為ε=△l/l

橫截面上的正應力δ=p/a

將(1)、(2)帶入虎克定律得:p/a=e*△l/l

得: △l=pl/ea

式中:e是材料的彈性模量

斷裂伸長率=△l/l。*100%

編織袋生產過程中所涉及的斷裂伸長率

斷裂伸長率,是指扁絲拉伸時有效標線部分(兩夾具間)拉斷時長度增加量與初始有效標線部分(兩夾具間)長度的百分比,斷裂伸長率是衡量扁絲韌性(彈性)指標。

具有較大的斷裂伸長率,表徵扁絲抗衝擊時有一定的單性伸長,不會立即脆斷。國標中要求斷裂伸長率為15-30%.

斷裂伸長率與拉伸率的區別

材料力學效能

蠕變 金屬在長時間的恆溫 恆載荷作用下緩慢地產生塑性變形的現象。蠕變極限 在高溫長時間載荷作用下不致產生過量塑性變形的抗力指標。該指標與常溫下的屈服強度相似。應力腐蝕 金屬在拉應力和特定的化學介質共同作用下,經過一段時間後所產生的低應力脆性斷裂叫應力腐蝕。靜力韌度 材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到...

材料力學效能

斷裂是機械和工程構件失效的主要形式之一,它比其它失效形式,如失穩 磨損 腐蝕等,更具有危險性。斷裂是材料的一種十分複雜的行為,在不同的力學 物理和化學環境下,會有不同的斷裂形式。例如,在迴圈應力作用下材料會發生疲勞斷裂,在高溫持久應力作用下會發生蠕變斷裂,在腐蝕環境下會發生應力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂等等...

材料力學效能

試說明高溫下金屬蠕變變形的機理與常溫下金屬塑性變形的機理有何不同?答 常溫下金屬塑性變形主要是通過位錯滑移和孿晶進行的,以位錯滑移為主要機制。當滑移面上的位錯運動受阻產生塞積時,必須在更大的切應力作用下才能使位錯重新運動和增值,巨集觀變現為加工硬化現象,或對於螺型位錯,採用交滑移改變滑移面來實現位錯...