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应力 - 应变曲线

应力 - 应变曲线

应力 - 应变曲线是我们在开始学习材料的旅程时遇到的第一材料强度图之一。

虽然它实际上并不困难,但起初可能看起来有点令人生畏。在本文中,我们将学习压力和应变曲线以了解更好。

但在我们到达那里之前,我们将尝试解释一些关键概念以更好地理解。

装载

在服务中或制造期间的金属受到不同的力。取决于这些力的大小,金属可以或可能不会改变其形状。

施加力的行为被称为装载。存在五种不同的方式,其中这些力可以应用于金属部分。

负载压力类型

五种装载方式是:

  1. 压缩
  2. 紧张
  3. 扭结
  4. 弯曲

金属在一定程度上具有弹性。当受装载时,金属经历变形,但在没有特殊工具的情况下,它可能太小而无法辨别。

当移除该施加力时,金属恢复其原始尺寸(除非力超过某个点)。就像一个气球一样,例如,在施用后拆下力后恢复原始形状。

什么是压力?

应力被定义为所施加的材料的横截面积的施加力的比率。

计算材料应力的公式:

σ= f / a,在哪里

f是力(n)

a是区域(m2

σ是应力(n / m2或PA)

例如,在1米的横截面积上施加1 n的力2,将计算为1 n / m的应力2或1 pa。该装置都可以显示为n / m2或pa,两者都表示压力

压力可以理解为一个内部力量响应于外部施加的力诱导金属中。它将尝试抵制由外力引起的尺寸的任何变化。

当横截面积变化时,相同的力将在金属中引起更大或更小的应力。较小的横截面区域将导致更大的应力值,反之亦然。

什么是压力?

应变被定义为尺寸变化与金属初始尺寸的比率。它没有一个单位。

存在三种类型的菌株:正常,体积和剪切。

正常菌株(或纵向应变)涉及仅在一个尺寸的变化,例如例如长度。

计算应变的公式是:

ε=(L-L0./ L.0., 在哪里

L.0.是起始或初始长度(mm)

l拉伸长度(mm)

例如,如果一定的力将金属的长度从100mm变为101mm,则正常应变将是(101-100)/ 100或0.01。

根据外力的方向,正常应变可以是正的或负的,因此对原始长度的影响。

为简单起见,我们只能谈论我们的文章中的正常压力。因此,每次使用所述词应变时,它都会指的是正常的应变。一旦我们理解正常的应变,很容易向另一个延伸相同的理解。

压力和应变

每当负载作用在身体上时,它会产生压力以及材料中的应变。

让我们用足球作为一个例子。当你试图挤压它时,它会提供阻力。提供的电阻是诱导应力,而尺寸变化代表菌株。

应变导致压力。当施加导致变形的力时,材料试图通过建立内部应力来保持其体结构。

压力 - 应变曲线如何绘制?

绘制应力和应变曲线的最常见方法是将试验片的杆进行拉伸试验。

这是使用通用测试机完成的。它有两个爪子,可容纳杆的两个极端并以均匀的速率拉动它。

记录施加的力和产生的菌株直至发生骨折。然后在X-Y图上绘制两个参数以获得熟悉的图形。

应力 - 应变曲线

应力 - 应变图

应力 - 应变曲线是表示应变增加的应力变化的图表。它是材料科学和制造中金属的广泛应用参考图。

在应力和应变曲线上有各种部分,其根据诱导的应力量描述延性材料的不同行为。

拉伸试验
拉伸试验

脆性的应力和应变曲线,硬质(但不是韧性)和塑料材料不同。这些材料的曲线更简单,可以很容易地学习。我们将专注于延性材料的应力 - 应变曲线。但在我们深入研究之前,让我们来看看另一个重要的概念 - 胡克的法律。

胡克定律

这种物理原理涉及弹性以及如何通过一定距离延伸或压缩弹性物体所需的力是与该距离成比例。更多的力量产生更多距离。

Hooke的法律公式用于计算泉水中的力量:

胡克的法律公式

在金属的情况下,胡克的法律要求大多数金属,更大的长度变化将产生更大的内部力量。这意味着应力与应变成正比。这是因为金属表现出弹性直至一定限度。

简单地单词,如果拉伸/压缩载荷加倍,长度的增加/减小也将增加,只要金属在比例极限内即可。

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比例极限

几乎所有金属都表现得像一个特定范围内的弹性物体。该范围因不同的金属而变化,并且受到因素的影响机械性能,大气暴露(腐蚀),粒度,热处理和工作温度。

当测试机器开始拉动试样时,它经历拉伸应力。最初,材料遵循胡克的法律。

该菌株将与应力成比例。这意味着应力与应变的比率将是恒定的。在材料科学中,这种常数被称为杨氏弹性模量,是选择适用于应用的合适材料时最重要的机械性能之一。

也没有永久性变形。金属表现得像个弹簧并返回其原始尺寸,以取出负载。

观察到这种比例行为的指示被称为比例极限。随着应力的增加,应变线性增加。在上图中,此规则适用于此产量强度指标。

年轻的弹性模量

它被定义为在材料的比例极限内的纵向应力与应变的比例。也称为弹性模量,类似于弹簧的刚度。这也是为什么胡克的定律包括弹簧常数。

假设我们有2种具有相同长度和横截面的材料。为了改变等尺寸的尺寸,杨氏模量值高的材料需要更大的力。

弹性点和屈服点

当试验片经受增加量的拉伸力时,应力超出比例极限。

压力 - 应变关系偏离了胡克法律。该应变以比应力的速度更快地增加,表现为应力和应变图中的曲线的温和平坦。

这是第一个曲线开始但尚未向下转弯的图表的一部分。虽然压力对菌株的比例丧失,但弹性的性质不是,并且在载荷的去除时,金属仍将返回其原始尺寸。

因此,弹性极限内的尺寸的变化是暂时的和可逆的。材料的弹性极限在应力下确定其稳定性。

在这里谎言工程计算使用材料的原因屈服强度用于确定其抵抗负载的能力。如果负载大于屈服强度,则结果将是不需要的塑性变形。

塑料行为

当试验片在试验机上进一步拉动时,弹性的性质丢失。这与应力 - 应变图中应变硬化区域的开始对齐。

屈服强度点是首先观察到材料的塑性变形的位置。如果材料从测试机器未超越这一点,则不会返回原始长度。

当材料中的脱位的数量变得太高时,据说应变硬化发生硬化,并且它们开始阻碍彼此的运动。该材料不断重新排列并倾向于硬化。

缩放

随着压力的增加,塑性变形仍在发生。在适当的时候,将在杆上的点处观察到横截面的缩小。这种现象被称为颈缩。压力如此之高,使其导致在杆的最弱点处形成颈部。您可以在上面的视频中看到这一点。

应力 - 应变曲线还示出了缩颈的区域。它的起点也给了我们终极拉伸强度的材料

极限拉伸强度表示材料可以处理的最大应力量。达到该值将材料推向故障和破坏。

断裂

拉伸试验骨折

一旦进入颈区域,我们就可以看到负载不必增加进一步的塑性变形。

颈部将发生骨折通常在杆的任一端具有杯和锥形形成。这一点被称为裂缝或破裂点,并在应力和应变图中由e表示。

为什么应变压力曲线重要?

压力 - 应变曲线提供了设计工程师,具有应用设计所需的重要参数的长名单。应力 - 应变图为我们提供了许多机械性能,例如强度,韧性,弹性,屈服点,应变能量,弹性和负载期间的伸长率。

它还有助于制造。无论您是希望进行挤出,滚动,弯曲或者一些其他操作,从该图中置出的值将有助于您确定诱导塑性变形所需的力。

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