1、ThisdocumentincludesMechanicalpropertiesofmetalmaterials,failureanalysisanddesigncriteria(strengththeories).Itisthefundamentalsofmechanicsofmaterials.Pleaserefertoreferencesforextensivereading.第三節(jié)金屬材料的性能材料的性能有使用性能和工藝性能兩類。使用性能是保證工件的正常工作應(yīng)具備的性能，主要包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。工藝性能是材料在被加工過程中適應(yīng)各種冷熱加工的性能，包括鑄造性能、鍛壓性能、

2、焊接性能、熱處理性能、切削加工性能等。本節(jié)主要講述力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能、工藝性能一、材料的力學(xué)性能載荷：零件和工具在使用過程中所受的力，按作用方式不同，可分為拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等，又可分為靜載荷和動(dòng)載荷。靜載荷力的大小不變或變化緩慢的載荷。如靜拉力、靜壓力等。動(dòng)載荷力的大小和方向隨時(shí)間而發(fā)生改變。如沖擊載荷、交變載荷、循環(huán)載荷等。應(yīng)力：材料在任一時(shí)刻所受的力除以橫截面積之商。用表示。變形：金屬在外力的作用下尺寸和形狀的變化，“彈性變形”和“塑性變形”彈性變形去除外力后，物體能完全恢復(fù)原狀的變形。塑性變形當(dāng)外力取消后，物體的變形不能完全恢復(fù)，而產(chǎn)生的永久變形。力學(xué)性能：是指在力的作

3、用下所顯示的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性能，通俗地講是指材料抵抗外力引起的變形和破壞的能力。強(qiáng)度(strength)：材料在力的作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。分為抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度等塑性(plasticity):塑性是金屬在外力作用下能穩(wěn)定地改變自己的形狀和尺寸，而各質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系不被破壞的性能硬度(hardness):材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度韌性(toughness):韌性是指金屬在沖斷前吸收變形能量的能力，即抵抗沖擊破壞的能力1、抗拉強(qiáng)度與塑性測(cè)量拉伸試驗(yàn):GB/T228-1987(新標(biāo)準(zhǔn)，GB/T228-2002)。采用萬能材料試

4、驗(yàn)機(jī)，給拉伸試驗(yàn)緩慢施以拉力，測(cè)出拉力與變量的關(guān)系。可用于測(cè)量材料在拉力作用下的強(qiáng)度和塑性。拉伸試驗(yàn)方法拉伸試樣拉伸試樣的頸縮拉伸試樣：按國家標(biāo)準(zhǔn)制作，試樣的截面可以為圓形、矩形、多邊形、環(huán)形等。其中圓形拉伸試樣如圖所示。L0原始標(biāo)距長度；d0原始直徑。一般應(yīng)符合一定的比例關(guān)系：國際上常用的是L。/d=5（短試樣），原始標(biāo)距長度不小于15mm；當(dāng)試樣橫截面太小時(shí)，可采用L0/d=10（長試樣），或采用非比例試樣。L1拉斷后試樣標(biāo)距長度；d1拉斷后試樣斷口直徑。拉伸曲線：拉伸試驗(yàn)中記錄的拉伸力F與伸長量AL（某一拉伸力時(shí)試樣的長度與原始長度的差A(yù)L=Lu-LO）的FAL曲線稱為拉伸曲線圖。低碳鋼

5、拉伸曲線“oe”為純彈性變形階段，卸去載荷時(shí)，試樣能恢復(fù)原狀“e”點(diǎn)開始塑性變形“s點(diǎn)出現(xiàn)“屈服”現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯塑性變形“sb”為強(qiáng)化階段，試樣產(chǎn)生均勻的塑性變形，并出現(xiàn)了強(qiáng)化“b”點(diǎn)為最大載荷，試樣出現(xiàn)“縮頸”現(xiàn)象“k”點(diǎn)試樣被拉斷（1）強(qiáng)度（strength）強(qiáng)度表示：強(qiáng)度一般用拉伸曲線上所對(duì)應(yīng)某點(diǎn)的應(yīng)力來表示。單位采用N/mm2（或MPa兆帕）=F/So式中：應(yīng)力（MPa）；F拉力（N）；S截面積（mm2）。o強(qiáng)度判據(jù)：拉伸試驗(yàn)可用于測(cè)量彈性極限、屈服強(qiáng)度、規(guī)定殘余伸長強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等彈性極限：e保持純彈性變形的最大應(yīng)力。ee=Fe/Seeo屈服強(qiáng)度（yieldstrength）：s產(chǎn)生

6、屈服時(shí)的應(yīng)力（屈服點(diǎn)），亦表示材料發(fā)生明顯塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。=F/S規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：sso產(chǎn)生0.2%殘余伸長率時(shí)的應(yīng)力。r0.2=F/Sr0.2r0.2o抗拉強(qiáng)度（tensilestrength）：斷裂前最大載荷時(shí)的應(yīng)力（強(qiáng)度極限）。b強(qiáng)度意義：一般機(jī)械零件或工具使用時(shí)，不允許發(fā)生塑性變形，故屈服點(diǎn)。s是機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)；抗拉強(qiáng)度代表材料抵抗拉斷的能力，若應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度，則會(huì)發(fā)生斷裂而造成事故。工程上還通過計(jì)算屈強(qiáng)比（os/ob，屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度的比值來判別材料強(qiáng)度的利用率，屈強(qiáng)比高，材料性能使用效率高，一般材料的屈強(qiáng)比以0.75為宜。(2)塑性(plasticity)塑

7、性判據(jù)：可用拉伸試驗(yàn)測(cè)定斷后伸長率和斷面收縮率斷后伸長率（specificelongation）：S，用斷后標(biāo)距的殘余伸長量（L1-L0）與原始標(biāo)距長度（L0）之比的百分?jǐn)?shù)。S=（L1-L0/L0）X100%*采用長、短試樣測(cè)出的斷后伸長率分別用5和J。表示。（一般JS10；一般大20%左右）。斷面收縮率（percentagereductioninarea）：巾，用拉斷后試樣橫截面積的最大縮減量（S0-S1）與試樣原始橫截面積（S。）的百分比。巾=（S0-S1）/S。X100%塑性意義：S和巾的數(shù)值越大，表明材料的塑性越好。塑性良好的金屬可進(jìn)行各種塑性加工，同時(shí)使用安全性也較好。S10%屬塑性

8、材料金屬強(qiáng)度與塑性新、舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表性能符號(hào)性能符號(hào)斷面收縮率Z斷面收縮率斷后伸長率A斷后伸長率S5A113S10屈服強(qiáng)度一屈服點(diǎn)0s上屈服強(qiáng)度ReH上屈服點(diǎn)0sU下屈服強(qiáng)度RLeL下屈服點(diǎn)0sL規(guī)定殘余伸長強(qiáng)度Rr0r例如：Rr02規(guī)疋殘余伸長應(yīng)力例如：0r02抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度0b新標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-2002舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-19872、硬度測(cè)量硬度測(cè)量的應(yīng)用：硬度測(cè)量具有簡便、快捷；不破壞試樣（非破壞性試驗(yàn)）；硬度能綜合反映材料的強(qiáng)度等其他力學(xué)性能；硬度與耐磨性具有直接關(guān)系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度測(cè)量應(yīng)用極為廣泛，常把硬度標(biāo)注于圖紙上，作為零件檢驗(yàn)、驗(yàn)收的主要依據(jù)。測(cè)量方法

9、：可采用壓入法、加彈法、劃痕法等測(cè)量方法。生產(chǎn)中常用壓入法(有布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法等)。布氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)(1)布氏硬度:HB(Brinell-hardness)(HBS、HBW)布氏硬度測(cè)量原理：采用直徑為D的球形壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量殘余壓痕平均直徑d,用球冠形壓痕單位表面積上所受的壓力表示硬度值。實(shí)際測(cè)量可通過測(cè)出d值后查表獲得硬度值。HBS(HBW)=F/S=2F/nDD-(D2-d2)i/2】HBS表示用淬火鋼球壓頭測(cè)量的布氏硬度值。適用范圍：小于450；HBW表示用硬質(zhì)合金壓頭測(cè)量的布氏硬度值。適

10、用范圍：450650Fl!ilIlliIlliIIIIIIIHIIIIIIIIIIf布氏硬度的測(cè)雖布氏硬度的測(cè)量原理布氏硬度表示方法：符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如：120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在lOOOkgf(9.807kN)載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120布氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確，能較真實(shí)地反映材料的平均硬度；缺點(diǎn)：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產(chǎn)的成品件和薄形件布氏硬度測(cè)量范圍：用于原材料與半成品硬度測(cè)量，可用于測(cè)量鑄鐵；非鐵金屬(有色金屬)、硬度較低的鋼(如退火、

11、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼)洛氏硬度:HR(Rockwllhardnes)洛氏硬度測(cè)量原理：用金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗(yàn)壓力F的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，去除主試驗(yàn)力，保持初始試驗(yàn)力，用殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度值，實(shí)際測(cè)量時(shí)，可通過試驗(yàn)機(jī)的表盤直接讀出洛氏硬度的數(shù)值。HR=K-h/0.002K常數(shù)，金剛石壓頭取值100，球形壓頭取值1301加上初載荷后壓頭的包置2抑上初載荷+主載荷后壓頭的位置43卸去主載荷后壓頭的位骨h亡：卸去主載的彈性恢復(fù)洛氏硬度測(cè)量原理洛氏硬度測(cè)量條件：洛氏硬度可以測(cè)量從軟到硬較大范圍的硬度值，根據(jù)被測(cè)對(duì)象硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗(yàn)力，如下表。常

12、用洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍硬度符號(hào)壓頭類型總試驗(yàn)力F/N(kgf)硬度范圍應(yīng)用舉例HRA120o金剛石圓錐588.4(60)2088硬質(zhì)合金、碳化物、淺層表面硬化鋼等HRB1.588mm淬火鋼球980.7(100)20100退火、正火鋼，鋁合金、銅合金、鑄鐵HRC120o金剛石圓錐1471(150)2070淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼洛氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量迅速、簡便、壓痕小、硬度測(cè)量范圍大，缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、重復(fù)性不如布氏硬度洛氏硬度測(cè)量范圍：可用于成品和薄件，但不宜測(cè)量組織粗大不均勻的材料(如上表所示)維氏硬度:HV(diamondpenetratorhardness)維氏硬

13、度測(cè)量原理：與布氏硬度相似。采用相對(duì)面夾角為136。金剛石正四棱錐壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用正四棱錐壓痕單位表面積上所受的平均壓力表示硬度值。維氏硬度測(cè)量原理維氏硬度特點(diǎn)：測(cè)量范圍大，可測(cè)量硬度為101000HV范圍的材料；量壓痕小。維氏硬度應(yīng)用：可測(cè)量較薄的材料和滲碳、滲氮等表面硬化層。*上述各種硬度測(cè)量法，相互間沒有理論換算關(guān)系，故試驗(yàn)結(jié)果不能直接進(jìn)行比較，應(yīng)查閱硬度換算表進(jìn)行比較。*各種硬度的換算經(jīng)驗(yàn)公式：硬度在200600HBS時(shí)：1HRC相當(dāng)于10HBS；硬度小于450HBS時(shí)：1HBS相當(dāng)于1HV*利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度

14、：根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個(gè)計(jì)算簡單且容易記住的經(jīng)驗(yàn)公式：HRC=(479-100D)/4,其中D為10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測(cè)量值。該公式計(jì)算出的值與換算值的誤差在0.5-1范圍內(nèi)，該公式在現(xiàn)場用起來十分方便，您不妨試一試。3、沖擊韌性測(cè)量金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)：按GB/T229-1994進(jìn)行，采用橫截面尺寸為10mmX10mm、長度為55mm,試樣的中部開有V或U形缺口的沖擊試樣。試驗(yàn)時(shí)沖擊試樣的開口背向擺錘的沖擊方向置于試驗(yàn)機(jī)的支架上，將試樣一次沖斷。翔桿卻MS盤指針/沖擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)原理沖擊吸收功的測(cè)量沖擊吸收功ak:試樣在一次沖擊試驗(yàn)力作用下

15、，斷裂時(shí)所吸收的功稱為沖擊吸收功，用akv（或KKVA）表示，單位為J（焦?fàn)枺Umgh-mgh=12mg(h-h)12沖擊吸收功的意義:判斷材料抵抗沖擊載荷的能力，沖擊吸收功小的材料，其脆性大，易被沖斷；沖擊吸收功對(duì)溫度敏感，可用于評(píng)定材料的冷脆傾向；沖擊及收功對(duì)組織敏感，可用于進(jìn)行冶金夾雜物和熱加工質(zhì)量的簽定。4、疲勞極限疲勞現(xiàn)象:在循環(huán)力或交變力作用下工作的，盡管這種應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后斷裂的現(xiàn)疲勞斷裂原因：由于零件中存在疲勞源（如裂紋、夾雜、刀痕等缺陷），在循環(huán)力或交變力作用下疲勞源處產(chǎn)生疲勞裂紋，并不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致零件即發(fā)生突然斷裂。疲勞斷裂特點(diǎn)：無論為韌性還是

16、脆性材料，在疲勞斷裂時(shí)，事先無明顯塑性變形的預(yù)兆，因此疲勞斷裂具有很大的危險(xiǎn)性。疲勞極限的測(cè)量：疲勞試驗(yàn)測(cè)定疲勞極限，給試樣施加不同大小的循環(huán)力F,測(cè)量在不同交變應(yīng)力。作用下，試樣斷裂時(shí)循環(huán)力作用的次數(shù)N,并畫出疲勞曲線（o-N曲線）。疲勞極限，表示材料經(jīng)無數(shù)次交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力值疲勞極根的實(shí)際確定方法：鋼鐵材料N取107次時(shí)，所對(duì)應(yīng)的交變應(yīng)力；有色金屬N取108次時(shí)，所對(duì)應(yīng)的交變應(yīng)力疲勞試驗(yàn)原理示意圖疲勞曲線力學(xué)性能小結(jié)力學(xué)性能判據(jù)性能名稱符號(hào)含義抗拉強(qiáng)度試樣拉斷前所能承受的最大應(yīng)力屈服點(diǎn)強(qiáng)度規(guī)定殘余延伸強(qiáng)r0.2拉伸試驗(yàn)產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，試樣產(chǎn)生明顯塑性變形規(guī)定殘余伸

17、長率為0.2%時(shí)的應(yīng)力試樣橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分?jǐn)嗝媸湛s率塑性斷后伸長率斷后標(biāo)距的殘余伸長與原始標(biāo)距之比的百分率硬度韌性疲勞布氏硬度洛氏硬度維氏硬度沖擊吸收功疲勞極限HBS(HBW)HRA、HRB、HRCHV球形壓痕單位面積上承受的平均壓力用洛氏硬度標(biāo)尺的滿程與壓痕深度之差計(jì)算的硬度正四棱錐壓痕單位面積上承受的平均壓力試樣沖斷所吸收的能量試樣受無數(shù)次循環(huán)應(yīng)力作用仍不破斷的最大應(yīng)力Reference: HYPERLINK /gccl/01/wangluokecheng/jiang/1gongchengcailiaodejichuzhishi/1-3/1-3.ht /gccl/0

18、1/wangluokecheng/jiang/1gongchengcailiaodejichuzhishi/1-3/1-3.ht失效的概念與分類失效-由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象。比如說飛機(jī)因?yàn)楸ǘフ９δ埽@就是失效。失效由于材料的力學(xué)行為而使構(gòu)件喪失正常功能的現(xiàn)象。又比如，建筑工地的腳手架中由于某一桿件突然由直的變成彎的，從而使部分或全部腳手架失去正常的功能，這也是失效。失效分類*強(qiáng)度失效(FailurebyLostStrength)-由于斷裂(Rupture)或屈服(Yield)引起的失效，剛才的飛機(jī)由于爆炸失效就是強(qiáng)度失效。汽輪機(jī)的葉片與葉輪固定在一起，如果葉片根

19、部質(zhì)量發(fā)生問題，就有可能從葉片的端部首先發(fā)生破壞，這也是強(qiáng)度失效。首剛度失效(FailurebyLostRigidity)-由于過量的彈性變形引起的失效，它不發(fā)生斷裂，也不發(fā)生塑性變形，而是發(fā)生比較大的彈性變形。比如說樓板承載過大向下彎曲，這就是剛度失效。又比如，鉆床在鉆孔時(shí)，立柱受到一個(gè)軸向力和一個(gè)彎矩的作用，這個(gè)彎矩使立柱發(fā)生彎曲變形，鉆頭就不能保持垂直位置，從而影響了鉆孔的精度，如果立柱彈性變形過大，也會(huì)因此喪失其正常的功能，這也是剛度失效。之屈曲失效(FailurebyBuckling,FailurebyLostStability)由于平衡構(gòu)形的突然轉(zhuǎn)變而引起的失效。比如說如圖大型橋梁

20、，橋面通過纜繩支撐在立柱上，若立柱比較高且比較細(xì)，則在纜繩產(chǎn)生的壓力作用下，有可能突然從直線的平衡構(gòu)形轉(zhuǎn)變成彎曲的平衡構(gòu)形，這時(shí)不僅立柱發(fā)生屈曲失效，而且會(huì)使整個(gè)橋面坍塌。疲勞失效(FailurebyFatigue)由于交變應(yīng)力的作用，初始裂紋不斷擴(kuò)展而引起的脆性斷裂，比如來回反復(fù)折斷鐵絲的過程中，鐵絲就發(fā)生了疲勞失效。蠕變失效(FailurebyCreep)-在一定的溫度和應(yīng)力下，應(yīng)變隨著時(shí)間的增加而增加，最終導(dǎo)致構(gòu)件失效。比如長期懸掛重量的纜繩的變形隨時(shí)間？曲松弛失效(FailurebyRelaxation)-在一定的溫度下,應(yīng)變保持不變，應(yīng)力隨著時(shí)間增加而降低，從而導(dǎo)致構(gòu)件失效。比如容器

21、在密封時(shí)需要用螺栓栓緊，螺栓就承受了預(yù)緊力，隨著時(shí)間增加，這個(gè)力就會(huì)越來越小，以至于密封失效。請(qǐng)注意區(qū)分蠕變失效和松弛失效的區(qū)別。本章主要討論強(qiáng)度失效和屈曲失效。Reference: HYPERLINK .en/03/2/gclx/zx/gclx-xx/gclx_12_1.htm .en/03/2/gclx/zx/gclx-xx/gclx_12_1.htm建立一般應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度失效判據(jù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的思路建立一般應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度失效判據(jù)的難點(diǎn)：空應(yīng)力狀態(tài)的多樣性。從應(yīng)力狀態(tài)的種類和應(yīng)力狀態(tài)中主應(yīng)力的比值兩個(gè)角度來看，應(yīng)力狀態(tài)的種類有無窮多種。試驗(yàn)的復(fù)雜性。對(duì)于一些復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)，也不可

22、能通過試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)每一種應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度失效。不可能性與可能性不可能性與可能性逐一由試驗(yàn)建立失效判據(jù)的不可能性；對(duì)于相同的失效形式建立失效原因假說的可能性；利用拉伸試驗(yàn)的結(jié)果建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的失效判據(jù)觀察發(fā)生強(qiáng)度失效的形式是否相同，如果相同，則有可能有相同的失效原因，就能夠通過建立失效原因的假說來建立復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度失效判據(jù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。因此，關(guān)鍵是：第一，有沒有共同的失效形式；第二，對(duì)于相同的失效形式建立失效原因假說，當(dāng)然這要經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)?兩種強(qiáng)度失效形式屈服無裂紋體斷裂“含裂紋體經(jīng)過大量的試驗(yàn)歸納與總結(jié)，強(qiáng)度失效基本上可分為兩種失效形式，一種是屈服，一種是斷裂，包括無裂紋體和含裂紋體。這

23、兩種形式在常溫、靜載荷下都成立，于是我們就能建立關(guān)于這兩種失效形式的失效原因，從而建立關(guān)于這兩種失效形式的失效判據(jù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。單向應(yīng)力狀態(tài)下材料的力學(xué)行為前面我們已經(jīng)做過幾種典型材料的拉伸試驗(yàn)，現(xiàn)在歸納總結(jié)一下。包括:三種拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性行為屈服行為斷裂行為硬化與軟化行為拉延行為卸載與重新加載行為單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)下材料的力學(xué)行為單向應(yīng)力狀態(tài)下材料的失效判據(jù)o脆性材料三種拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖是脆性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。如圖是韌性金屬材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。rE聚合物頸縮如圖是聚合物（工程塑料）的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。拉伸曲線的四個(gè)階段觀察韌性金屬材料拉伸曲線的四個(gè)階段。如圖，第一個(gè)階段是彈性階段

24、，這個(gè)階段分為兩種，當(dāng)應(yīng)力小于op時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，此時(shí)應(yīng)力最大值叫做這種材料的比例極限；超過比例極限后，應(yīng)力和應(yīng)變雖然不保持正比關(guān)系，但變形依然是彈性的，卸載后變形完全恢復(fù)為零。第二個(gè)階段是屈服階段，超過彈性極限后，應(yīng)力不增加，應(yīng)變大幅度增加應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，此時(shí)即使不加載，試樣的變形依然在增加，第三個(gè)階段強(qiáng)化階段，過了屈服階段后，應(yīng)力繼續(xù)增加，此時(shí)構(gòu)件又能承受第四個(gè)階段是斷裂階段，構(gòu)件發(fā)生斷裂。彈性行為所以，從這四個(gè)階段可以看出材料在單向拉伸時(shí)有這樣幾種行為。第一種行為是彈性行為，所有的變形都是彈性的，有兩個(gè)指標(biāo)，一個(gè)是比例極限，一個(gè)是彈性極限。屈服行為第二種行為是屈服行為，

25、這時(shí)的應(yīng)力值就叫做屈服強(qiáng)度或屈服應(yīng)力。o0.20-2%條件屈服應(yīng)力塑性應(yīng)變等于0.2%時(shí)旳應(yīng)力值對(duì)于沒有屈服平臺(tái)的材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，用條件屈服強(qiáng)度（條件屈服應(yīng)力）來表示其屈服行為，即當(dāng)加載后再卸載，若在試樣上還存在著0.2%的塑性應(yīng)變，這時(shí)的應(yīng)力值就叫做條件的屈服強(qiáng)度，用。0.2表示。硬化與軟化行為第三種行為是硬化和軟化行為，當(dāng)材料超過屈服階段時(shí)，要產(chǎn)生變形就必須繼續(xù)加力，這種現(xiàn)象就叫做強(qiáng)化現(xiàn)象，在強(qiáng)化階段的最后試樣上出現(xiàn)緊縮，即某一個(gè)截面突然變小。緊縮之后試樣發(fā)生斷裂，這就是所謂的斷裂行為。斷裂行為剛才介紹的是韌性材料的斷裂行為，現(xiàn)在看脆性材料的斷裂行為。脆性材料沒有屈服、強(qiáng)化和軟化行為，

26、只有斷裂行為，從零到斷裂的整個(gè)曲線可以近似認(rèn)為是直線，這時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變近似地認(rèn)為存在線性關(guān)系。韌性指標(biāo)3=俎嚴(yán)xlOO%延伸率.兩種材料的強(qiáng)度指標(biāo)，即失效應(yīng)力也不同。對(duì)于韌性材料，失效應(yīng)力等于屈服應(yīng)力；對(duì)于脆性材料，失效應(yīng)力就是強(qiáng)度極限。除了強(qiáng)度指標(biāo)之外還有韌性指標(biāo)，對(duì)于韌性材料，韌性指標(biāo)5就是延伸率，其表達(dá)式如圖所示。卸載與重新加載行為如左圖，沿ABC加載，在C點(diǎn)時(shí)卸載，當(dāng)卸載到零時(shí)，可以看到應(yīng)變并不為零，這就是卸載行為，但是卸載直線的斜率和加載時(shí)AB段的斜率近似平行。然后從D點(diǎn)再加載，最后可能在R處發(fā)生斷裂。單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)下材料的力學(xué)行為如圖是低碳鋼壓縮的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以看到比例極限、屈

27、服強(qiáng)度都是存在的，而且也有比較明顯的屈服階段，但低碳鋼沒有最后的斷裂，而是塑性變?nèi)鐖D是灰鑄鐵壓縮的應(yīng)力應(yīng)變曲線，這與拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯差異，主要是產(chǎn)生了比較明顯的塑性變形，也就是由圓柱形壓縮破壞成圓鼓形；此外，破壞面也不同，拉伸時(shí)沿著橫截面斷裂，壓縮時(shí)沿著一個(gè)與軸線成一定角度的斜面破壞，破壞面說明這種破壞是被剪斷的。MPaoo門=amax11Jmixb一般應(yīng)力狀態(tài)下最大拉應(yīng)力就是。1,發(fā)生脆性斷裂時(shí)，最大拉應(yīng)力就等于強(qiáng)度極限。根據(jù)一般應(yīng)力狀態(tài)下最大拉應(yīng)力的數(shù)值和單向應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生脆性斷裂時(shí)最大拉應(yīng)力等于強(qiáng)度極限，就可以建立失效判據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。其中nb和強(qiáng)度極限相對(duì)應(yīng)。帶裂紋體的斷裂準(zhǔn)則一線性斷裂力學(xué)準(zhǔn)則打韌性材料脆性斷裂，由于在裂紋尖端存在應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中區(qū)域處于三向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，就可能發(fā)生脆性斷裂。如裂紋尖端的應(yīng)力集中應(yīng)力集中拉伸的桿子開一個(gè)小孔，沒有開孔時(shí)應(yīng)力均勻分布，開孔后靠近空的地方應(yīng)力最大，離孔遠(yuǎn)的地方應(yīng)力比較小。把最大應(yīng)力和平均應(yīng)力的比值叫做應(yīng)力集中因數(shù)K,K越大，表示最大應(yīng)力和平均應(yīng)力相差越大，應(yīng)力集中的程度就越高。應(yīng)力集中因數(shù)KI舊丄L一亠一I.丄000.20.30JE.B=0.9I