的屈服应力被定义为开始永久变形所必需的对象的努力,即,经受塑性变形而不会断裂或破裂。
由于此限制对于某些材料可能有点不精确,并且所用设备的精度是重量因素,因此在工程中已确定,金属(例如结构钢)的屈服应力会在材料中产生0.2%的永久变形。物体。
图1.对用于建筑的材料进行测试,以确定它们能够承受的压力。资料来源:
了解屈服应力的值对于了解该材料是否适合您要使用其制造的零件的用途非常重要。当零件变形超过弹性极限时,它可能无法正确执行其预期功能,必须更换。
为了获得该值,通常在用材料制成的样品(试管或样品)上进行测试,这些样品承受各种应力或载荷,同时测量它们在每种材料上经历的伸长或拉伸。这些测试称为拉伸测试。
要执行拉伸测试,请从零开始施加力,然后逐渐增加该值,直到样品破裂。
应变应力曲线
通过将载荷放置在垂直轴上并将应变放置在水平轴上来绘制通过拉伸测试获得的数据对。结果是如下图所示的图形(图2),称为材料的应力-应变曲线。
由此确定许多重要的机械性能。每种材料都有自己的应力-应变曲线。例如,研究最多的一种是结构钢,也称为低碳或低碳钢。它是一种广泛用于建筑的材料。
应力-应变曲线具有不同的区域,在这些区域中,材料根据所施加的载荷具有一定的行为。它们的确切形状可以有很大的不同,但是它们仍然具有一些共同的特征,如下所述。
接下来的内容,请参见图2,该图非常笼统地对应于结构钢。
图2.钢的应力-应变曲线。资料来源:改编自Hans Topo1993
弹性区
从O到A的区域是弹性区域,其中胡克定律有效,其中应力和应变成比例。在该区域中,施加应力后材料会完全恢复。点A被称为比例极限。
在某些材料中,从O到A的曲线不是一条直线,但是它们仍然具有弹性。重要的是,当充电停止时,它们会恢复其原始形状。
弹塑性区
接下来,我们有一个从A到B的区域,在该区域中,变形随着力的增加而更快地增加,而这两个区域都不成比例。曲线的斜率减小,在B处变为水平。
从B点开始,材料不再恢复其原始形状,该点处的应力值被认为是屈服应力值。
从B到C的面积称为材料的屈服或蠕变区。即使载荷没有增加,变形仍在继续。甚至可能减少,这就是为什么在这种情况下可以说材料完全是塑料的原因。
塑性区和断裂
在从C到D的区域中,发生应变硬化,其中材料在分子和原子水平上呈现结构变化,这需要更大的努力来实现变形。
因此,曲线达到最大应力σmax时会终止增长。
从D到E,仍然可能变形,但载荷较小。在样品(样本)中形成一种变薄现象,称为狭窄,最终导致在点E处观察到断裂。但是,已经在点D处将物料视为已损坏。
如何获得屈服强度?
材料的弹性极限L e是在不损失弹性的情况下可以承受的最大应力。它是通过最大力F m的大小与样品A的横截面积之间的商来计算的。
L e = F m / A
由于是应力,因此国际体系中弹性极限的单位为N / m 2或Pa(帕斯卡)。A点的弹性极限和比例极限是非常接近的值。
但是正如开头所说,确定它们可能并不容易。通过应力-应变曲线获得的屈服应力实际上是工程中使用的弹性极限的近似值。
应力-应变曲线的屈服应力
为了获得它,将一条线平行于对应于弹性区域的线(遵守胡克定律的那条线)绘制,但在水平方向上位移约0.2%或每英寸变形0.002英寸。
此线延伸,直到它相交的点处,其纵坐标是所期望的屈服应力值,表示为σ的曲线ÿ,如图3,该曲线属于另一延性材料:铝。
图3.铝的应力-应变曲线,从中可以确定屈服应力。资料来源:自制。
诸如钢和铝的两种易延展材料具有不同的应力应变曲线。例如,铝在上一节中看不到钢的大致水平截面。
其他易碎的材料(例如玻璃)不会经过上述步骤。破裂发生在明显变形发生之前很久。
要记住的重要细节
-原则上考虑的力未考虑毫无疑问会在样品横截面中发生的变化。这会引起一个小的误差,该误差可通过绘制实际应力来校正,这些应力考虑了随试样变形增加而减小的面积。
-考虑的温度是正常的。一些材料在低温下具有延性,而不再具有延性,而其他脆性材料则在较高温度下具有延性。
参考文献
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