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[其他相关] 一张图理解应力应变曲线

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发表于 2022-9-28 13:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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今天来讲一下我对材料应力应变曲线的理解,这是材料或者力学中最基础也是最重要的一个概念,记得当初面试华为的时候,面试官还让我画出来给他讲讲各段的含义。
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曲线的横坐标是应变,纵坐标是外加的应力。曲线的形状反应材料在外力作用下发生的脆性、塑性、屈服、断裂等各种形变过程。这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线,它与载荷-变形曲线外形相似,但是坐标不同。

原理上,聚合物材料具有粘弹性,当应力被移除后,一部分功被用于摩擦效应而被转化成热能,这一过程可用应力应变曲线表示。金属材料具有弹性变形性,若在超过其屈服强度之后 继续加载,材料发生塑性变形直至破坏。这一过程也可用应力应变曲线表示。该过程一般分为:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形四个阶段。

阶段1:弹性阶段
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特征: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。

重要概念:σe 为材料的弹性极限,表示材料保持完全弹性变形的最大应力。

在弹性阶段有一特殊直线oa段,在该段内σ与ε之间呈线性关系,称为比例阶段,也称为线弹性阶段。满足胡克定律:
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E称为材料的弹性模量,一般钢材E=200GPa。

比例极限σp是应力应变之间服从胡克定律的应力的最大值

注:

1.只有工作应力F/A<σp时,σ与ε才服从胡克定律。

2.σp<σ<σe时,ab段内胡克定律不再成立,但仍为弹性变形

3.由于σp、σe相差不大,工程上并不区分

阶段2:屈服阶段
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特征:当应力超过σe达到某一数值 后,应力与应变之间的直线关系被破坏,应变显著增加,而应力先是下降,然后微小波动,在曲线上出现接近水平线的小锯齿线段。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。

重要概念:σs称为材料的屈服强度或屈服点,是塑性材料一个重要指标。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。

阶段3:强化阶段
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特征: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。

重要概念: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。材料在拉伸破坏之前能承受的最大应力。

阶段4:局部变形
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特征: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σf时试样断裂。

重要概念:σf为材料的条件断裂强度,它表示材料对塑性的极限抗力。

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σ应该是瞬时载荷(P)除以试样的瞬时截面积(A),即:σ=P/A;

同样,真实应变ε应该是瞬时伸长量除以瞬时长度dε=dL/L。下图是真应力-真应变曲线
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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。

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发表于 2023-11-2 15:54 | 显示全部楼层
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