钢结构材料的力学性能讲义

图 1-1 圆形拉伸试样示意图第 1 章 材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。大多数情况下金属出现变形和断裂，金属的力学性能理解为金属受力时，对变形与断裂的抵抗能力及发生变形的能力。在机械制造业中，大多数机器零件或构件多使用金属材料制造的，在不同的载荷下工作，并根据工作条件及力学性能选择材料。某企业老板，当他看到一厂家用铝箔切割机切铝箔时，他想到可以用它来切割钢板，于是试了刀具，感觉没什么问题就买了机器。等安装调试好以后，工人将钢卷一放，意外出现了：机器被压断了。为什么？常用的力学性能有：强度、刚度、弹性、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。1.1 强度与塑性1.1.1 拉伸曲线与应力应变曲线1．拉伸曲线用拉伸试验可以测定金属的强度和塑性指标，GB228-87 规定了拉伸试验的方法和拉伸试验的制作标准。在试验时，金属材料制作成一定的尺寸和形状（如图 1-1 所示），将拉伸试样装夹在拉伸试验机上，对试样施加拉力，在拉力不断增加的过程中，观察试样的变化，直至把试样拉断。 根据拉伸过程中载荷（F）与试样的伸长量（Δl）之间的关系，可以绘制出金属的拉伸曲线。如图 1-2 所示低碳钢的拉伸曲线，拉伸过程可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。具体分析如下：op 段：试样的伸长量与载荷呈直线关系,完全符合虎克定律，试样处于弹性变形阶段。pe 段：伸长量与载荷不再成正比关系,拉伸曲线不成直线，试样仍处于弹性变形阶段。s 段（e 点后的平台或锯齿）：外力不增加或变化不大，试样仍继续伸长，出现明显的塑性变形，这种现象称为屈服现象。sb 段：这个阶段，载荷增加，伸长沿整个试样长度均匀伸长，称均匀塑性变形阶段；同时，随着塑性变形不断增加，试样的变形抗力也逐渐增加，这个阶段是材料的强化阶段。b 点：载荷达到最大，试样局部面积减小，伸长增加，形成了“缩颈”。bk 段：随着缩颈处截面不断减小（非均匀塑性变形阶段），承载能力不断下降，到 k 点时，试样发生断裂。拉伸曲线中，断裂总伸长为 Of，其中塑形变形伸长为 Og(试样断后测得的伸长)，弹性伸长为gf。图 1-2 低碳钢的拉伸曲线图 1-3 应力-应变曲线2．应力－应变曲线（σ-ε 曲线）应力：试样单位面积上承受的载荷。这里用承受的载荷 F 除以试样的原始横截面积 S0表示。即σ= FS0（...