如何解讀應(yīng)力應(yīng)變曲線 ?五種類型應(yīng)力應(yīng)變曲線 _生活知道

五種類型應(yīng)力應(yīng)變曲線（如何解讀應(yīng)力應(yīng)變曲線）

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應(yīng)力-應(yīng)變曲線是開始研究材料時遇到的第一個材料強(qiáng)度圖之一。
雖然它實(shí)際上并不難，但一開始可能看起來有點(diǎn)令人摸不著頭腦。在本文中，我們將學(xué)習(xí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的一些關(guān)鍵概念以便更好地理解它。
負(fù)載
使用中或制造過程中的金屬會受到不同的力。根據(jù)這些力的大?。?鶚艨贍芑嶧蚩贍懿換岣謀淦湫巫?。
施加力的行為稱為負(fù)載。有五種不同的方式可以將這些力施加到金屬部件上。

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負(fù)載的五種形式是：
壓縮
張緊
剪切
扭力
彎曲
金屬在本質(zhì)上具有一定的彈性。當(dāng)承受載荷時，金屬會發(fā)生變形，但如果沒有特殊工具，它可能太小而無法識別。
當(dāng)這個施加的力被移除時，金屬會恢復(fù)其原始尺寸（除非力超過某個點(diǎn)）。例如，就像氣球一樣，在施加力后移除力后會恢復(fù)其原始形狀。
什么是壓力？
應(yīng)力定義為所施加的力與其所施加到的材料的橫截面積之比。
材料應(yīng)力計算公式：
σ=F/A，其中
F 是力 (N)
A 是面積 (m 2 )
σ 是應(yīng)力（N/m 2或 Pa）
例如，在 1 m 2的橫截面積上施加 1 N 的力，將計算為 1 N/m 2 或 1 Pa的應(yīng)力。單位可以同時顯示為N/m2 或 Pa，兩者均其中代表壓力。
應(yīng)力可以被理解為一個內(nèi)部力在金屬誘導(dǎo)響應(yīng)于外部施加的力。它將嘗試抵抗由外力引起的任何尺寸變化。
當(dāng)橫截面積發(fā)生變化時，相同的力會在金屬中引起更大或更小的應(yīng)力。較小的橫截面積將導(dǎo)致較大的應(yīng)力值，反之亦然。
什么是應(yīng)變？
應(yīng)變定義為尺寸變化與金屬初始尺寸的比率。它沒有單位。
存在三種類型的應(yīng)變：法向、體積和剪切。
法向應(yīng)變（或縱向應(yīng)變）僅涉及一維的變化，例如長度。
應(yīng)變計算公式為：
ε=(l*l 0 )/l 0，其中
l 0為起始或初始長度（mm）
l 為拉伸長度（mm）
例如，如果某個力將金屬的長度從 100 毫米更改為 101 毫米，則法向應(yīng)變將為 (101-100)/100 或 0.01 。
根據(jù)外力的方向，法向應(yīng)變可能為正或?yàn)樨?fù)，因此會影響原始長度。
為簡單起見，我們在文章中只討論正常應(yīng)變。因此，每次我們使用應(yīng)變這個詞時，它都會指代正常應(yīng)變。一旦我們理解了正常應(yīng)變，就很容易將同樣的理解擴(kuò)展到其他兩個。
壓力和應(yīng)變
每當(dāng)負(fù)載作用在物體上時，它就會在材料中產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。
讓我們以足球?yàn)槔?。當(dāng)你試圖擠壓它時，它會產(chǎn)生阻力。提供的阻力是誘導(dǎo)應(yīng)力，而尺寸變化代表應(yīng)變。
應(yīng)變導(dǎo)致應(yīng)力。當(dāng)施加導(dǎo)致變形的力時，材料試圖通過設(shè)置內(nèi)部應(yīng)力來保持其主體結(jié)構(gòu) 。
如何繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線？
繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線的最常用方法是對試件的一根桿進(jìn)行拉伸試驗(yàn) 。
這是使用萬能試驗(yàn)機(jī)完成的。它有兩個爪子，可以抓住桿的兩個極端并以均勻的速度拉動它。
記錄施加的力和產(chǎn)生的應(yīng)變，直到發(fā)生斷裂。然后將這兩個參數(shù)繪制在 XY 圖上以獲得熟悉的圖。
應(yīng)力-應(yīng)變曲線

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應(yīng)力-應(yīng)變曲線是顯示應(yīng)力隨應(yīng)變增加而變化的圖表。它是材料科學(xué)和制造中廣泛使用的金屬參考圖。
應(yīng)力和應(yīng)變曲線上有不同的部分，它們描述了延性材料根據(jù)引起的應(yīng)力量而產(chǎn)生的不同行為。

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（拉伸試驗(yàn)圖）
脆性、硬性（但非延展性）和塑性材料的應(yīng)力和應(yīng)變曲線是不同的。這些材料的曲線更簡單，可以很容易地學(xué)習(xí) 。我們將關(guān)注延性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。但在我們深入研究之前，讓我們先看看另一個重要的概念——胡克定律。
胡克定律
這個物理學(xué)原理談到了彈性，以及將彈性物體拉伸或壓縮一定距離所需的力如何與該距離成正比。更多的力量產(chǎn)生更多的距離。
用于計算彈簧力的胡克定律公式：
就金屬而言，胡克定律規(guī)定，對于大多數(shù)金屬，長度變化越大，內(nèi)力越大。這意味著應(yīng)力與應(yīng)變成正比。這是因?yàn)榻饘僭谝欢ㄏ薅葍?nèi)表現(xiàn)出彈性。
簡單來說，如果拉伸/壓縮載荷加倍，只要金屬在比例限制內(nèi) ，長度的增加/減少也會加倍。
比例限制
幾乎所有金屬在特定范圍內(nèi)都表現(xiàn)得像彈性物體。該范圍因不同的金屬而異，并受機(jī)械性能、大氣暴露（腐蝕）、晶粒尺寸、熱處理和工作溫度等因素的影響。
當(dāng)試驗(yàn)機(jī)開始拉試件時，它會承受拉伸應(yīng)力。最初，材料遵循胡克定律。
應(yīng)變將與應(yīng)力成正比。這意味著應(yīng)力與應(yīng)變的比率將是一個常數(shù) 。在材料科學(xué)中，這個常數(shù)被稱為楊氏彈性模量，是為應(yīng)用選擇合適材料時要考慮的最重要的機(jī)械特性之一。
沒有永久變形。金屬將像彈簧一樣運(yùn)行，并在移除負(fù)載時恢復(fù)到其原始尺寸。
觀察到這種比例行為的點(diǎn)稱為比例極限。隨著應(yīng)力的增加，應(yīng)變線性增加。在上圖中，此規(guī)則適用于收益率強(qiáng)度指標(biāo) 。
楊氏彈性模量

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它被定義為材料的比例極限內(nèi)的縱向應(yīng)力與應(yīng)變之比。也稱為彈性模量，它類似于彈簧的剛度。這也是胡克定律包含彈簧常數(shù)的原因。
假設(shè)我們有 2 種具有相同長度和橫截面的材料。為了以相同的方式改變尺寸，具有較高楊氏模量值的材料需要更大的力。
彈性點(diǎn)和屈服點(diǎn)

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隨著試樣承受越來越大的拉力，應(yīng)力會增加到超過比例極限。
應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系偏離胡克定律。應(yīng)變以比應(yīng)力更快的速度增加，這表現(xiàn)為應(yīng)力和應(yīng)變圖中曲線的輕微變平。
這是圖中第一條曲線開始但尚未向下轉(zhuǎn)彎的部分。盡管應(yīng)力與應(yīng)變的比例消失了，但彈性的特性沒有消失，并且在去除負(fù)載時，金屬仍將恢復(fù)到其原始尺寸。
因此，彈性極限內(nèi)的尺寸變化是暫時的和可逆的。材料的彈性極限決定了它在應(yīng)力下的穩(wěn)定性。
這就是工程計算使用材料的屈服強(qiáng)度來確定其抗負(fù)載能力的原因。如果載荷大于屈服強(qiáng)度，結(jié)果將是不需要的塑性變形。
塑性行為

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當(dāng)試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)一步拉動時，其彈性就喪失了。這與應(yīng)力-應(yīng)變圖中應(yīng)變硬化區(qū)域的開始一致。
屈服強(qiáng)度點(diǎn)是首先觀察到材料塑性變形的地方。如果超過該點(diǎn)從試驗(yàn)機(jī)上松開材料，它將不會恢復(fù)到其原始長度。
當(dāng)材料中的位錯數(shù)量變得太高并且它們開始阻礙彼此的運(yùn)動時，據(jù)說會發(fā)生應(yīng)變硬化。材料不斷地重新排列并趨于硬化。
頸縮

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隨著應(yīng)力的增加，塑性變形繼續(xù)發(fā)生。在適當(dāng)?shù)臅r候，將在桿上的一點(diǎn)處觀察到橫截面變窄。這種現(xiàn)象稱為頸縮。應(yīng)力如此之高，導(dǎo)致在桿的最薄弱點(diǎn)形成頸部。
應(yīng)力應(yīng)變曲線還顯示了發(fā)生頸縮的區(qū)域。它的起點(diǎn)也為我們提供了材料的極限抗拉強(qiáng)度。

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極限抗拉強(qiáng)度表示材料可以承受的最大應(yīng)力。達(dá)到此值會將材料推向失效和斷裂。
斷裂

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一旦進(jìn)入頸縮區(qū)域，我們可以看到載荷不必增加以進(jìn)行進(jìn)一步的塑性變形。
頸部會發(fā)生斷裂，通常在桿的兩端形成杯形和錐形。該點(diǎn)稱為斷裂點(diǎn)或斷裂點(diǎn)，在應(yīng)力應(yīng)變圖上用 E 表示。
為什么應(yīng)變-應(yīng)力曲線很重要？
應(yīng)力-應(yīng)變曲線為設(shè)計工程師提供了一長串應(yīng)用設(shè)計所需的重要參數(shù) 。應(yīng)力-應(yīng)變圖為我們提供了許多機(jī)械特性，例如強(qiáng)度、韌性、彈性、屈服點(diǎn)、應(yīng)變能、回彈力和負(fù)載過程中的伸長率。
它還有助于制造。無論您是要執(zhí)行擠壓、軋制、彎曲還是其他一些操作，此圖表中的值都將幫助您確定引起塑性變形所需的力。
【如何解讀應(yīng)力應(yīng)變曲線 ?五種類型應(yīng)力應(yīng)變曲線】,