拉伸或緊縮時資料的力學功能

一、概述
　分析構件的強度時，除核算應力外，還應了解資料的力學性質（Mechanicaiproperty），資料的力學性質也稱為機械性質，是指資料在外力作用下表現出的變形、損壞等方面的特性。它要由試驗來測定。在室溫下，以緩慢平穩的辦法進行試驗，稱為常溫靜載試驗，是測定資料力學性質的根本試驗。為了便于對比不一樣資料的試驗成果，對試件的形狀、加工精度、加載速度、試驗環境等，國家規范規則了相應變形方式下的試驗規范。本章只研討資料的微觀力學性質，不觸及資料成分及安排構造對資料力學性質的影響，而且因為工程中常用的資料種類許多，主要以低碳鋼和鑄鐵為代表，介紹資料拉伸、緊縮以及純剪切時的力學性質。
二、低碳鋼拉伸時的力學性質
　　低碳鋼是工程中運用較廣泛的金屬資料，一起它在常溫靜載條件下表現出來的力學性質也代表性。低碳鋼的拉伸試驗按《金屬拉伸試驗辦法》（GB/T228-2002）國家規范在全能資料試驗機上進行。規范試件（Standard specimen）有圓形和矩形兩種類型，如圖3-1所示。試件上符號A、B兩點之間的間隔稱為標距，記作l0。圓形試件標距l0與直徑d0有兩種份額，即l0=10d0和l0=5d0。矩形試件也有兩種規范，即。其間A0為矩形試件的截面面積。試件裝在試驗機上，對試件緩慢加拉力FP，對應著每一個拉力FP，試件標距l0有一個伸長量Δlo表明FP和Δl的聯系曲線，稱為拉伸圖或FP-Δl曲線。如圖3-2a，因為FP-Δl曲線與試件的尺度有關，為了消除試件尺度的影響，把拉力FP除以試件橫截面的初始面積A0，得出正應力為縱坐標；把伸長量Δl除以標距的初始長度l0，得出應變為橫坐標，做圖表明σ與ε的聯系（圖3-2b）稱為應力--應變圖或σ-ε曲線（Stress-strain curve）。
三、低碳鋼的拉伸力學性質
1、彈性期間
　　由斜直線Oa和很短的微曲折線ab構成。斜直線Oa表明應力和應變成正比聯系，即σε，直線的斜率即為資料的彈性模量E，寫成等式σ=Eε，即是拉伸或緊縮的虎克規則。與a點對應的應力σp為稱為份額極限（Proportional limit）。顯著，只要應力低于份額極限時，應力才與應變成正比，資料才遵守虎克規則。這時，稱資料是線彈性的（Linear elasticity）。
　　關于微曲折線段ab，應力和應變之間不再遵守線性聯系，但免除拉力后變形仍可徹底不見，這種變形稱為彈性變形（Elastic deformation），b點對應的應力σe是資料只呈現彈性變形的極限值，稱為彈性極限（Elastic limit）。因為ab期間很短，σe和σp相差很小，一般并不嚴厲區別。
　　在應力大于彈性極限后，如再免除拉力，則試件發生的變形有一部分不見，這即是上面說到的彈性變形。但還遺留下一部分不能不見的變形，這種變形稱為塑性變形或剩余變形（Plastic deformation）。
2、屈從（活動）期間  當應力超越b點添加到c點以后，應變有十分顯著的添加，而應力先是下降，然后作細小的動搖，在σ-ε曲線上呈現挨近水平線的小鋸齒形線段。這種應力根本堅持不變，而應變明顯添加的表象，稱為屈從或活動（Yield）。在屈從期間內的應力（c點）和應力（c′點）別離稱為上屈從極限和下屈從極限。上屈從的數值與試件形狀、加載速度等要素有關，一般是不安穩的。下屈從極限則相對較為安穩，可以反映資料的性質，一般就把下屈從極限稱為屈從極限（Yield limit）或屈從點，用σs來表明。
關于粗糙度值很低的外表潤滑試件，屈從以后在試件外表上隱約可見與軸線成45o的滑移線。資料屈從表現為明顯的塑性變形，而零件的塑性變形將影響機器的正常作業，所以屈從極限σs是衡量資料強度的主要目標。
3、強化期間  
　　過屈從期間后，資料又康復了反抗變形的才能，要使它繼續變形有必要添加拉力。這種表象稱為資料的強化（Strengthening）。在圖3-2b中，強化期間中的點e所對應的應力σb是資料所能接受的應力，稱為強度極限（Strength limit）或抗拉強度。它是衡量資料強度的另一主要目標。在強化期間，試件標距長度顯著地變長，直徑顯著地減小。
4、部分變形期間  
　　過e點以后，進入部分變形期間，試件部分呈現明顯變細的表象，亦即頸縮（Necking）表象（如圖3-3）。因為在頸縮部位橫截面面積敏捷減小，使試件繼續伸長所需求的拉力也相應削減。在σ-ε圖中，用橫截面初始面積A算出的應力σ=FP/A隨之下降，直到f點，試件被拉斷。
5、延伸率和斷面縮短率
　　試件拉斷后，因為保存了塑性變形，試件加載前的標距長度l0拉斷后變為l1。用百分比表明的比值
稱為延伸率（Percentage elongation）。試件的塑性變形（l1-l0）越大，δ也就越大。因而，延伸率是衡量資料塑性的目標。低碳鋼的延伸率很高，其平均值為20%～30%，這說明低碳鋼的塑性功能極好。
    工程上一般按延伸率的巨細把資料分紅兩大類，δ＞5%的資料稱為塑性資料，如碳鋼、黃銅、鋁合金等；而把δ＜5%的資料稱為脆性資料，如鑄鐵、玻璃、陶瓷等。
　　初始橫截面面積為A0的試件，拉斷后頸縮處的最小截面面積變為A1，用百分比表明的比值稱為斷面縮短率。φ也是衡量資料塑性的目標。
6、卸載規則和冷作硬化表象
　　在上述的試驗過程中，假如不是繼續將試件拉斷，而是加載至超越屈從極限后如抵達圖3-2b中的d點），然后逐步卸除拉力，應力應變聯系將沿著斜直線dd′回到d′點，斜直線dd′近似地平行于Oa。這說明：在卸載過程中，應力和應變按直線規則改變。這即是卸載規則。拉力徹底卸除后，應力一應變圖中，d′g表明不見了的彈性變形，而Od′表明保存下來的塑性變形。
卸載后，如在短期內再次加載，則應力和應變又從頭沿著卸載直線dd′上升，直到d點后，又沿直線def改變?？梢娫谠俅渭虞d時，直到d點曾經資料的變形是彈性的，過d點后才開端呈現塑性變形。對比圖3-2b中的Oabcdef和d′def兩條曲線，可見在第2次加載時，其份額極限（亦即彈性期間）得到了進步，但塑性變形和延伸率卻有所下降。這種表象稱為冷作硬化。