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拉伸試驗是金屬力學(xué)試驗中基本的試驗。通過(guò)拉伸試驗獲得的拉伸力學(xué)性能是工程材料的基本力學(xué)性能,拉伸試驗的基本目的就在于此。
S1為瞬時(shí)橫截面積;L1為瞬時(shí)長(cháng)度。將式(1-3)中S1代替式(1-1)中的ST,得到:…………(1-4);
實(shí)際應用中通常采用工程應力。按照GB/T10623-2008的定義,按原始橫截面積計算的軸向應力稱(chēng)為工程應力(而在施加力方向上的應力分量稱(chēng)為軸向應力),簡(jiǎn)稱(chēng)應力。
通過(guò)拉伸試驗可以評定金屬材料的彈性性能、強度性能、延性性能等方面多種性能參數。為金屬材料檢驗、研制和開(kāi)發(fā)新材料、改進(jìn)材料限度地發(fā)揮材料潛力、進(jìn)行金屬材料制件的失效分析、確定金屬材料制件的合理設計、制造、安全和維護提供依據,也為選材和控制提供重要依據。
因外力作用而發(fā)生變形的試樣,同時(shí)亦導致其內部各質(zhì)點(diǎn)間相互作用而產(chǎn)生抵抗這種變形的內力。
顯然,在計算應力時(shí),用試樣實(shí)際瞬時(shí)橫截面積或受力前的原始橫截面積,其結果會(huì )不同。GB/T10623-2008《金屬材料 力學(xué)性能試驗術(shù)語(yǔ)》的定義。
e為工程應變;式(1-4)為真應力與工程應力的關(guān)系。在測定金屬拉伸硬化指數n時(shí),在計算中用到此關(guān)系式。
在拉伸試驗中試樣處于均勻延伸狀態(tài)下,真應力與工程應力有固定關(guān)系。通過(guò)假定試樣變形時(shí)體積保持不變,可以寫(xiě)出如下關(guān)系:;那么…………(1-3);
與真應力相比較,用工程應力表示的內力強度不如真應力的準確。但在金屬材料的彈性范圍內,或總應變不大的情況下,工作應力的誤差不大,對于大多數工程實(shí)際來(lái)說(shuō)準確度是足夠的。
內力在橫截面上均勻分布。為了便于比較幾何相似的試樣的內力強度,需要引入一個(gè)力學(xué)參量,作為比較的基礎。
力學(xué)性能的判據是表征和判定金屬力學(xué)性能所用的指標和依據,而其高低表征材料抵抗外力作用的能力水平,是評定金屬材料的重要依據。
二、拉伸試驗力學(xué)參量
金屬力學(xué)性能正是材料承受外載荷而不發(fā)生失效的能力。
1.應力:一根原始橫截面積為So、長(cháng)度為L(cháng)o的直桿試樣,若在其兩端施加拉力F,在力的作用下發(fā)生變形,軸向延伸和橫向縮短,如圖1-1所示。
在圖1-1的情況下,作用力通過(guò)直桿試樣的橫截面中心,橫截面上內力的合力與外作用力F大小相等,方向相反。
按照瞬時(shí)橫截面積計算的軸向應力稱(chēng)為真應力,用公式(1-1)表示:;式中:為真應力;F為橫截面上承受的力;ST為實(shí)際的瞬時(shí)橫截面積。
雖然用真應力表示內力強度是準確的方法,但在實(shí)際中,由于隨著(zhù)外力的變化試樣橫截面積也隨之變化,因此,式(1-1)表示的真應力不便于工作實(shí)際的使用。
這個(gè)力學(xué)參量就是“應力"。應力定義為單位面積上的內力。一般用符號表示,單位用MPa表示。
用式(1-2)表示:………………(1-2);——為工程應力;F為橫截面上承受的力;So為原始橫截面積。
按照上述定義,應力與作用力和受力的橫截面積大小相關(guān)。圖1-1中受外力作用的試樣,作用力變化時(shí),由于縱向延伸和橫向縮短,實(shí)際上瞬時(shí)橫截面積也隨之變化。
金屬材料拉伸試驗的目的和意義,金屬材料受外力作用時(shí)會(huì )表現出各種不同的行為,呈現出彈性與非彈性反應相關(guān)或涉及應力-應變關(guān)系的力學(xué)特性。
影響金屬材料拉伸力學(xué)性能測定的因素很多,為了限制和減小因素的影響,以便測出可供分析對比和利用的各種性能,拉伸試驗必須標準化、通用化并與國際接軌。更好地促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和交流。