【笔记】1.1 拉伸力-伸长(延伸)曲线和应力-应变曲线
文章目录
- 拉伸力-伸长(延伸)曲线
- 低碳钢的拉伸力-伸长(延伸)曲线
- 公称应力公称应变
- 真应力真应变
- 公称应力和真应力、公称应变和真应变的关系
- 应力-应变曲线
- 公称应力-公称应变曲线
- 真应力-真应变曲线
拉伸力-伸长(延伸)曲线
拉伸试验种记录的力对伸长的关系曲线。
低碳钢的拉伸力-伸长(延伸)曲线
- Fe是弹性极限:在到达弹性极限之前,发生弹性变形,一般满足胡克定律
- Fs是屈服极限:在到达屈服极限之后,发生塑性变形,一般取下屈服点(相对上屈服点更稳定)。其中,锯齿状的为不均匀屈服塑性变形,到c点后进入均匀塑性变形阶段。
- Fm(Fb)是强度极限:到达强度极限后,不均匀集中塑性变形,局部颈缩。
- Fk是断裂极限:到达后,试样断裂。
低碳钢变形过程:
- 弹性变形
- 不均匀屈服塑性变形
- 均匀塑性变形
- 不均匀集中塑性变形
- 断裂
如果拉伸力→应力,伸长长度→应变,就会得到应力-应变曲线。
公称应力公称应变
σ 0 = F S 0 ( S 0 为原始截面积 ) ϵ 0 = Δ L L 0 ( l 0 为原始标距长度 ) \sigma_0 =\frac F{S_{0}}(S_{0}为原始截面积)\\ \epsilon_0=\frac{\Delta L}{L_{0}}(l_0为原始标距长度) σ0=S0F(S0为原始截面积)ϵ0=L0ΔL(l0为原始标距长度)
因为用的都是原始的截面积和原始的标距长度,故称为公称应力和公称应变
真应力真应变
σ t r u e = l i m Δ A → 0 Δ F Δ A ϵ t r u e = L 1 − L 0 L 0 + L 2 − L 1 L 1 + . . . = ∫ L 0 L d L L = l n L − l n L 0 = l n L L 0 \sigma_{true}=lim_{\Delta A\rightarrow 0}\frac{\Delta F}{\Delta A}\\ \epsilon_{true}=\frac{L_1-L_0}{L_0}+\frac{L_2-L_1}{L_1}+...=\int_{L_0}^L\frac{dL}L=lnL-lnL_0=ln\frac{L}{L_0} σtrue=limΔA→0ΔAΔFϵtrue=L0L1−L0+L1L2−L1+...=∫L0LLdL=lnL−lnL0=lnL0L
关于真应力和真应变的求解,需要用到高数的相关知识。
假设在瞬时的条件下,试样受载荷变化量为 ΔF ,变化的截面积为 ΔA ,而且ΔA→0,那么瞬时的
σ
t
r
u
e
σ_{true}
σtrue 就是瞬时的应力变化量/瞬时的应变变化量, 瞬时横面积
σ
t
r
u
e
=
F
A
瞬时横截面积
=
l
i
m
Δ
A
→
0
Δ
F
Δ
A
\sigma_{true}=\frac{F}{A_{瞬时横截面积}}=lim_{\Delta A\rightarrow 0}\frac{\Delta F}{\Delta A}
σtrue=A瞬时横截面积F=limΔA→0ΔAΔF。
假设试样原长为ε,在力的作用下伸长了dε,那么根据应变的定义,瞬时的应变为dε/ε,总的应变为瞬时应变的累计, ϵ t r u e = ∫ L 0 L d L L = l n L − l n L 0 = l n L L 0 \epsilon_{true}=\int_{L_0}^L\frac{dL}L=lnL-lnL_0=ln\frac{L}{L_0} ϵtrue=∫L0LLdL=lnL−lnL0=lnL0L。
公称应力和真应力、公称应变和真应变的关系
因为体积不变
A
0
L
0
=
A
L
A_0L_0=AL
A0L0=AL,又因为
L
=
L
0
+
Δ
L
L=L_0+\Delta L
L=L0+ΔL, ,所以:
σ
t
r
u
e
=
F
A
=
F
L
A
0
L
0
=
F
(
L
0
+
Δ
L
)
A
0
L
0
=
σ
0
(
1
+
ε
0
)
\sigma_{true}=\frac{F}{A}=\frac{FL}{A_0L_0}=\frac{F(L_0+\Delta L)}{A_0L_0}=\sigma_0(1+\varepsilon_0)
σtrue=AF=A0L0FL=A0L0F(L0+ΔL)=σ0(1+ε0)
ε
t
r
u
e
=
l
n
L
L
0
=
l
n
L
0
+
Δ
L
L
0
=
l
n
(
1
+
ε
0
)
\varepsilon_{true}=ln\frac{L}{L_0}=ln\frac{L_0+\Delta L}{L_0}=ln(1+\varepsilon_0)
εtrue=lnL0L=lnL0L0+ΔL=ln(1+ε0)
应力-应变曲线
公称应力-公称应变曲线
由于原始的截面积和原始的标距长度为常数,故得到的曲线长相和拉伸力-伸长(延伸)曲线没啥区别。
真应力-真应变曲线
OBA是真应力-应变曲线。B点:颈缩和非颈缩的分界点。切线斜率:应变强化速率。斜率越大,单位应变强化效果越好。过了B点后,由于颈缩导致的截面半径迅速减小,导致真应力迅速上升,切线斜率明显提高。C点:接近断裂点,真应力迅速减小。
O B 1 A 1 OB_1A_1 OB1A1是公称应力-应变曲线, B 1 B_1 B1是强度极限,对应B点。
参考资料:
[1]工程应变和真应变之间有什么关系? - 知乎 (zhihu.com)
[2]应力应变曲线_材料力学性能02_TeeSim天深科技
[3]第15讲 真实应力应变曲线 - 百度文库 (baidu.com)
[4]刘秉余,崔建忠.真应力-应变曲线的一种图解求法——缩颈过程分析[J].理化检验(物理分册),2008,44(8):427-430