应力应变曲线
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应力-应变曲线(stress-strain curves)根据圆柱试件静力拉伸试验所得拉伸图(图a),对曲线上各对应点用试件原始尺寸除拉伸力与绝对伸长所得出的应力与延伸率的关系曲线(图6)。
应力一应变曲线是金属塑性加工工作中最重要的参考资料之一。
应力及应变值按下式计算:式中σi 表示拉伸图上任意点的应力值,δi为i点的延伸率,Pi及Δli为该点的拉力与绝对伸长值,F0及l为试件的断面积和计算长度。
试件受拉伸时,先产生弹性变形,这时应力应变成比例,当出现二者不能保持线性关系的点时,表示材料已屈服而将发生塑性变形,这时的应力定义为屈服应力或流变应力,用σs表示,其求法见屈服点。
拉伸时当试件计算长度上的均匀变形阶段结束而产生细颈时,变形将集中在细颈部分。
出现细颈前材料所能承受的应力名为强度极限或抗拉强度,用σb表示σb =Pmax/F式中Pmax为拉伸图上所记录的最大载荷值。
试件出现细颈后很快即断裂,断裂应力σfσf =Pf/Tf式中Pf 是断裂时的拉力,Ff是断口面积。
试件拉断时的延伸率δf(%)或断面收缩率ψ(%)是表示材料可承受最大塑性变形能力的指标:矾一牮×100(4)£fPf=盐≯×100(5)』’0式中厶和Ff是将断开的试件对合后测定的试件长度和断口处的面积。
抗拉强度靠及延伸率d或断面收缩率妒是材料性能的两个基本指标,在工程上有着广泛的应用。
屈服应力民(或乱:)是金属塑性加工时变形体开始产生塑性变形所必需的最小应力,它是计算变形力的一个重要参数。
应力-应变曲线表征材料受外力作用时的行为。
材料受力后即发生弹性变形,这时应力应变呈简单的线性关系,继续增加作用力至一定大小后材料将出现塑性变形,以后变形与应力的关系复杂,当塑性变形至一定程度以后,试件破断则变形过程终结。
所以任何变形过程均包括弹性变形、塑性变形及破断3个典型阶段。
金属的塑性加工过程处于弹性变形与破断二者之间。
首先要创造一定的应力状态条件使金属能发生塑性变形,其次是安排一个使塑性变形尽可能大又不致发生破坏的热力学条件。
应力应变曲线
应力-应变曲线描述了材料在受到外部力作用下的应力和应变之间的关系。
应力(stress)指的是材料在单位面积上受到的力的大小,通常以强度(N/m^2)作为单位。
应力-应变曲线的横轴通常表示材料的应变(strain),应变指的是材料在受到力后产生的形变程度,通常以长度的相对变化或者角度的相对变化表示。
应力-应变曲线通常可以分为四个阶段:
1. 弹性阶段(Elastic region):当材料受到小应力时,材料会表现出弹性行为,即应变与应力成正比。
在这个阶段,应力增加时材料会发生形变,但一旦外力消失,材料会恢复到原来的形状。
2. 屈服阶段(Yield Point):当材料受到足够大的应力时,材料会超过其弹性限度,开始发生可见的形变。
这个阶段的应力-应变曲线通常表现为一个明显的曲线,材料开始变得塑性。
3. 塑性阶段(Plastic region):在这个阶段,材料受到的应力继续增加,但应变的增加速度逐渐减慢。
材料开始发生不可逆的塑性变形。
4. 断裂阶段(Fracture point):当材料受到过大的应力时,材料会发生断裂,即完全失去其机械性能。
应力-应变曲线的形状和材料的性质,结构和处理方式等因素密切相关。
不同材料(如金属、塑料、陶瓷等)的应力-应变曲线会有所不同,也受到温度、湿度等环境条件的影响。
这在工程设计和材料选择中具有重要的意义,可以帮助工程师评估材料的强度、延展性、可塑性和抗断裂性等性能。
应力-应变循环曲线应力-应变曲线是材料力学性能测试中的一项重要指标。
它描述了材料在受力过程中的应变响应,可以用来评估材料的强度、韧性以及疲劳性能等。
在实际应用中,材料通常会经历多次的力加载和卸载过程,这就形成了应力-应变循环曲线。
本文将介绍应力-应变循环曲线的基本特征,以及其在工程中的应用。
1. 应力-应变循环曲线的基本概念与特征应力-应变循环曲线是通过在材料上施加周期性载荷而形成的。
曲线的一条完整循环包括载荷逐渐增大的上拉过程、最大载荷保持的保持过程,以及载荷逐渐减小的下拉过程。
该曲线通常以应力和应变之间的关系表示。
2. 循环应力-应变曲线的形态循环应力-应变曲线的形态因材料不同而异,常见的有弹性形态和塑性形态。
弹性形态的曲线表明材料在循环载荷作用下完全恢复其初始状态,而塑性形态则表明材料在应力加载后存在塑性变形。
3. 应力-应变循环曲线的主要特征应力-应变循环曲线有几个主要特征值得关注。
首先是弹性区,即曲线起点到塑性区的转折点,它表示了材料的弹性性能。
接下来是塑性区,表示了材料的塑性变形特性。
还有屈服点、极限点和断裂点等特征,它们反映了材料的强度、韧性以及断裂特性。
4. 应力-应变循环曲线的应用应力-应变循环曲线在工程实践中具有广泛的应用。
首先,循环曲线可以用来评估材料的疲劳寿命,通过对曲线形态和参数的分析,可以预测材料在循环载荷下的寿命。
其次,循环曲线也可以用于设计材料的使用安全范围,根据曲线的特征,可以确定材料的工作载荷范围。
此外,循环曲线还可以用于评估材料的韧性和断裂特性,为构件设计和工程材料选择提供依据。
5. 应力-应变循环曲线的测量方法应力-应变循环曲线的测量方法有很多种,其中最常用的是拉伸试验和循环试验。
拉伸试验可以获得材料的初始弹性特性和屈服点等参数,而循环试验则可以得到完整的循环曲线。
总结:应力-应变循环曲线是材料力学性能测试中的重要指标,可以评估材料的强度、韧性和疲劳性能等。
解释应力应变曲线
应力应变曲线是用来描述材料在受力时表现出的变形情况的一种图示方式。
一般来说,这种曲线是由一系列连续的曲线段组成的,每一个曲线段都代表了材料受到不同应力状态下的不同变形情况。
在这种曲线中,横坐标表示材料的应变程度,即它在受力后发生的变形程度;而纵坐标则表示材料所承受的应力程度,即它在受力时所受到的压力或拉力。
根据这些数据,我们可以通过绘制曲线来直观地看出材料在受力时的表现。
应力应变曲线中的曲线段一般可以分为四个阶段:
- 弹性阶段:在受力开始的时候,材料会根据胡克定律产生弹性变形,这个阶段的曲线段呈现出一个直线斜率,并且与应变轴相切。
这个斜率被称为杨氏模量,而这个阶段的结果被称为弹性极限,它描述了材料的弹性强度。
- 屈服阶段:当材料受到一定程度的应力时,它将进入一个屈服阶段。
在这个阶段,材料的应变程度将会加大,但它的应力却没有了增加,这个现象被称为“流动”。
在这个阶段中,曲线段将呈现出一个弧线状,因为材料的应变速率将逐渐减缓。
- 加工硬化阶段:当材料的应力增加到一定程度时,它将会进入一个加工硬化阶段。
在这个阶段中,材料的应变程度将会随着应力的
增加而快速增加,这个现象被称为“冷捏”。
在这个阶段中,曲线将会再次呈现出一个弯曲的形态,直到材料再次达到一个极限点。
- 断裂阶段:当材料的应力继续增加到一定程度时,它将不可避免地出现断裂。
在这个阶段中,曲线将会迅速下降,直到最终达到材料的破断点。
总体来说,应力应变曲线是材料力学中非常重要的一种工具,它可以用来描述材料在受力时的表现,并且还可以帮助我们分析材料的物理性质和结构,从而进一步提高材料的强度和耐用性。
拉伸试验得到的应力应变,通常是指工程应力和工程应变,用于计算应力应变的横截面积和长度,是未变形的初始横截面积和初始长度(便于测量)。
与之对应的,还有真应力和真应变,用于计算应力应变的横截面积和长度,是变形后的横截面积和长度。
在应力低于比例极限的情况下,应力σ与应变ε成正比,即σ=Εε;式中E为常数,称为弹性模量或杨氏模量,是正应力与正应变的比值,弹性模量的单位与应力的单位相同。
剪切模量的定义与之类似,是切应力与切应变的比值。
金属的应力应变曲线,通常分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、应变硬化阶段和颈缩断裂阶段。
注意:不同的材料,应力应变曲线会有差异,并不是每种材料都会表现出上述四个阶段。
屈服强度材料的屈服强度,是指材料开始发生塑性变形时所对应的应力。
由于不同材料应力应变曲线变化各异,通常很难确定在多大的应力下,材料开始屈服。
实际应用中,也会用到以下几种定义屈服点的方式:弹性极限(Elastic Limit)The lowest stress at which permanent deformation can be measured. 能检测到塑性变形的最小应力。
比例极限(Proportional Limit)The point at which the stress-straincurve becomes nonlinear. 应力-应变曲线开始出现非线性的应力。
很多金属材料的弹性极限和比例极限几乎是一样的。
偏移屈服点(Offset Yield Point 或 Proof Stress)有些材料的应力应变曲线,弹性阶段和塑性阶段之间没有明显的分界点。
可以采用某个指定的很小的塑性应变,通常是0.2%,对应的应力作为屈服点。
真应力和真应变前面拉伸试验得到的工程应力(σ)和工程应变(ε),是基于试件未变形的初始横截面积(A0)和初始长度(L0)计算的。
而实际中,随着载荷的变化,横截面积和长度都是在发生变化的。
应变应力曲线
应变应力曲线是材料性能测试中至关重要的一项指标。
它通过测
量受力材料的应变和应力,绘制出一条反映材料力学性质的曲线。
这
个曲线的形状可以告诉我们材料的强度、韧性、屈服点和断裂点等重
要信息,对于理解材料的性质和应用有着极大的指导意义。
应变应力曲线通常可以分为四个阶段:弹性阶段、塑性阶段、屈
服阶段和断裂阶段。
在弹性阶段,材料在受力下会发生应变,但是应
变与应力之间的关系是线性的。
只要停止受力,材料就会恢复到原来
的形状,没有留下任何变形。
进入塑性阶段后,材料的应变与应力之间的关系不再是线性的。
它开始发生塑性变形,也就是说它会留下一定的形变,即使停止受力
后也无法完全恢复原样。
通常这个阶段可以分为几个子阶段,比如颈
缩和局部塑性变形等。
当应力继续增加,材料会达到一个临界点即屈服点。
在这个点上,材料的应力达到了它的极限,无法继续承受更高的载荷了。
此时材料
的塑性变形将急剧加速,并且在这个点之后,材料会持续流动,直到
最终断裂。
这个阶段被称作屈服阶段,它是材料性能测试中最关键的
阶段。
最后,当材料继续受到巨大的应力时,会达到它的断裂点。
在这
个点上,材料会突然断裂,不再承载任何载荷。
这个阶段被称作断裂
阶段,它的应变应力曲线也被称作断裂曲线。
总之,应变应力曲线是材料性能测试中最为重要的指标之一,它
可以帮助我们了解材料的力学性质并指导我们进行材料的设计和选择。
无论你是从事工程、物理、材料科学还是其他相关领域,都要对应变
应力曲线有深入的认识。
几种典型的应力应变曲线应力应变曲线指的是材料在受到外力作用下,应力和应变之间的关系曲线。
不同材料的应力应变曲线有一些共性特点,同时也有许多个体差异。
下面将介绍几种典型的应力应变曲线。
1.弹性应力应变曲线:弹性应力应变曲线是指材料在受到一定外力作用后,应变随着应力的变化而变化的曲线。
在这个过程中,材料表现出线性弹性行为。
这意味着材料在加载阶段应力与应变成正比,而在去加载阶段应力与应变也成正比,形成一个直线。
弹性应力应变曲线的特点是应力和应变呈线性关系,在超过材料的弹性极限后,应力会突然下降,材料进入塑性阶段。
2.塑性应力应变曲线:塑性应力应变曲线是指材料在受到一定外力作用后,应变随着应力的变化而变化的曲线。
在这个过程中,材料表现出塑性行为。
塑性应力应变曲线的特点是应力与应变之间的关系不再是线性的,材料在加载阶段应力与应变成非线性关系,呈现出一定的变形能力。
在加载阶段,应力逐渐增加,材料的应变也在不断积累。
当材料达到一定应力时,应变速率增加,材料出现明显的变形,这个时候材料进入了塑性阶段。
3.弹塑性应力应变曲线:弹塑性应力应变曲线是指材料在受到外力作用后,既有弹性行为又有塑性行为的应力应变曲线。
在这个过程中,材料在加载阶段内表现出弹性行为,到达一定应力后进入塑性阶段。
弹塑性应力应变曲线的特点是在弹性阶段内应力与应变成正比,之后应力与应变的关系不再是线性的,呈现出一定的变形能力。
当材料达到一定应力时,应变速率增加,材料出现明显的塑性变形。
4.蠕变应力应变曲线:蠕变应力应变曲线是指材料在长时间的恒载荷作用下,随着时间的积累,应变随着应力的变化而发生变化的曲线。
在这个过程中,材料表现出蠕变行为。
蠕变应力应变曲线的特点是应力和应变呈非线性关系,应变随着时间的积累而增加。
蠕变应力应变曲线的形状受到材料的类型、温度和应力水平等因素的影响。
总结来说,不同材料的应力应变曲线有一些共性特点,如弹性阶段和塑性阶段等;同时也有许多个体差异,如弹性极限、屈服点等。
应力应变曲线stress-strain curve在工程中,应力和应变是按下式计算的:应力(工程应力或名义应力)σ=P/A。
,应变(工程应变或名义应变)ε=(L-L。
)/L。
式中,P为载荷;A。
为试样的原始截面积;L。
为试样的原始标距长度;L 为试样变形后的长度。
这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线,它与载荷-变形曲线相似,只是坐标不同。
从此曲线上,可以看出低碳钢的变形过程有如下特点:当应力低于σe 时,应力与试样的应变成正比,应力去除,变形消失,即试样处于弹性变形阶段,σe 为材料的弹性极限,它表示材料保持完全弹性变形的最大应力。
当应力超过σe 后,应力与应变之间的直线关系被破坏,并出现屈服平台或屈服齿。
如果卸载,试样的变形只能部分恢复,而保留一部分残余变形,即塑性变形,这说明钢的变形进入弹塑性变形阶段。
σs称为材料的屈服强度或屈服点,对于无明显屈服的金属材料,规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限。
当应力超过σs后,试样发生明显而均匀的塑性变形,若使试样的应变增大,则必须增加应力值,这种随着塑性变形的增大,塑性变形抗力不断增加的现象称为加工硬化或形变强化。
当应力达到σb时试样的均匀变形阶段即告终止,此最大应力σb称为材料的强度极限或抗拉强度,它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
在σb值之后,试样开始发生不均匀塑性变形并形成缩颈,应力下降,最后应力达到σk时试样断裂。
σk为材料的条件断裂强度,它表示材料对塑性的极限抗力。
上述应力-应变曲线中的应力和应变是以试样的初始尺寸进行计算的,事实上,在拉伸过程中试样的尺寸是在不断变化的,此时的真实应力S应该是瞬时载荷(P)除以试样的瞬时截面积(A),即:S=P/A;同样,真实应变e应该是瞬时伸长量除以瞬时长度de=dL/L。
下图是真应力-真应变曲线,它不像应力-应变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降,而是继续上升直至断裂,这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化,从而外加应力必须不断增高,才能使变形继续进行,即使在出现缩颈之后,缩颈处的真实应力仍在升高,这就排除了应力-应变曲线中应力下降的假象。