金屬材料力學(xué)性能及相關(guān)試驗(yàn)原理

強(qiáng)度和應(yīng)力

   材料的強(qiáng)度f(wàn)u是材料在經(jīng)受外力或其他作用時(shí)抵抗破壞的能力。某種材料的強(qiáng)度可用這種材料制成的標(biāo)準(zhǔn)試件，在一定的受力狀態(tài)或工作條件下進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)確定。在結(jié)構(gòu)工程中,常用材料的極限強(qiáng)度,即在試驗(yàn)過(guò)程中試件截面所能承受的zui大應(yīng)力來(lái)表示強(qiáng)度。應(yīng)力是指由外力、溫度變化或其他作用等因素引起的材料內(nèi)部單位截面面積上的內(nèi)力。應(yīng)力沿截面法向的分量稱(chēng)為正應(yīng)力；沿截面切向的分量稱(chēng)為剪應(yīng)力。
　根據(jù)外力和其他作用施加方式的不同，材料的強(qiáng)度主要可分為靜態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)強(qiáng)度中包括抵抗沖擊作用的沖擊強(qiáng)度和抵抗交變外力或作用的疲勞強(qiáng)度。此外，根據(jù)環(huán)境溫度不同，材料強(qiáng)度還可分為常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和低溫強(qiáng)度等。
　根據(jù)外力或其他作用的效應(yīng)的不同，材料的強(qiáng)度又可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度

強(qiáng)度和應(yīng)力　材料的強(qiáng)度f(wàn)u是材料在經(jīng)受外力或其他作用時(shí)抵抗破壞的能力。某種材料的強(qiáng)度可用這種材料制成的標(biāo)準(zhǔn)試件，在一定的受力狀態(tài)或工作條件下進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)確定。在結(jié)構(gòu)工程中,常用材料的極限強(qiáng)度,即在試驗(yàn)過(guò)程中試件截面所能承受的zui大應(yīng)力來(lái)表示強(qiáng)度。應(yīng)力是指由外力、溫度變化或其他作用等因素引起的材料內(nèi)部單位截面面積上的內(nèi)力。應(yīng)力沿截面法向的分量稱(chēng)為正應(yīng)力；沿截面切向的分量稱(chēng)為剪應(yīng)力。
　根據(jù)外力和其他作用施加方式的不同，材料的強(qiáng)度主要可分為靜態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)強(qiáng)度中包括抵抗沖擊作用的沖擊強(qiáng)度和抵抗交變外力或作用的疲勞強(qiáng)度。此外，根據(jù)環(huán)境溫度不同，材料強(qiáng)度還可分為常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和低溫強(qiáng)度等。
　根據(jù)外力或其他作用的效應(yīng)的不同，材料的強(qiáng)度又可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度

材料的抗拉力學(xué)性質(zhì)　拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線,表示從開(kāi)始加載直至破壞的拉伸試驗(yàn)全過(guò)程中應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。例如低碳鋼的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖1）低碳鋼拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線可劃分為彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮四個(gè)階段

①    彈性階段圖[低碳鋼拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線]中0a段是一條直線，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，稱(chēng)為比例階段，與點(diǎn)a相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,稱(chēng)為比例極限在這階段內(nèi)，材料變形是彈性的。由實(shí)驗(yàn)得知，材料的彈性范圍較比例階段還要大一些，即當(dāng)應(yīng)力略微超過(guò)比例極*，盡管應(yīng)力與應(yīng)變不再成線性關(guān)系，但撤除外力或其他作用后，變形仍能*消除。由于的彈性范圍很難測(cè)準(zhǔn)，它又與比例階段相接近，因此在工程中常將比例極限作為彈性極限來(lái)處理。在彈性階段中應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比例系數(shù)稱(chēng)為彈性模量，用E表示。

②    屈服階段。過(guò)a點(diǎn)以后,應(yīng)變較應(yīng)力增長(zhǎng)為快,應(yīng)力與應(yīng)變不成正比，到達(dá)b點(diǎn)，鋼材開(kāi)始塑流,應(yīng)力不增加而應(yīng)變繼續(xù)增加，段稱(chēng)為流幅或屈服階段，相應(yīng)于bc段中zui低點(diǎn)b1對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為屈服應(yīng)力,此時(shí)的材料強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度;有些材料，如高強(qiáng)度鋼絲和鋼筋、鑄鐵、鋁合金等，在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上,沒(méi)有屈服階段。通常規(guī)定對(duì)應(yīng)于殘余應(yīng)變?yōu)?.2％的應(yīng)力值為條件屈服極限;

③    強(qiáng)化階段當(dāng)屈服階段的變形增加到一定的程度(圖中的C點(diǎn)）以后,繼續(xù)增加外力，則應(yīng)力曲線上升，變形繼續(xù)增大，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段,曲線到達(dá)zui高點(diǎn)d,相應(yīng)應(yīng)力達(dá)到zui大值,此時(shí)的材料強(qiáng)度為極限強(qiáng)度，又稱(chēng)拉伸極限強(qiáng)度。　

④    頸縮階段。過(guò)了點(diǎn)以后，試件變形開(kāi)始集中在某一局部區(qū)域，橫截面出現(xiàn)顯著收縮現(xiàn)象，形成局部頸縮，變形迅速增加，應(yīng)力隨之下降，zui后被拉斷，曲線下降到達(dá)點(diǎn)。此階段稱(chēng)為頸縮階段。若試件原標(biāo)距為 ，將斷裂試件拼合后量出拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng) ，則可按下式計(jì)算其延伸率：對(duì)圓形截面試件，規(guī)定延伸率應(yīng)按標(biāo)距 ＝10d或＝5d（為圓形截面試件直徑）進(jìn)行測(cè)定。值越大，材料的塑性性能越好；值小，即材料的變形值小,無(wú)明顯的塑性變形,這種材料稱(chēng)為脆性材料。通常＜5％的材料為脆性材料，如鑄鐵、石、陶瓷等。脆性材料的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度要高很多，不宜用于承受振動(dòng)荷載和沖擊荷載。頸縮處的截面收縮率，則為試件斷裂橫截面積的縮減值占原來(lái)橫截面積的百分比。

總之；強(qiáng)度的試驗(yàn)研究是綜合性的研究，主要是通過(guò)其應(yīng)力狀態(tài)來(lái)研究零部件的受力狀況以及預(yù)測(cè)破壞失效的條件和時(shí)機(jī)；強(qiáng)度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過(guò)容許限度的殘余變形的能力。也就是說(shuō)，強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。