本章重点:常见材料参数如杨氏模量和屈服极限的实验测试和参数提取方法;常见材料拉压力学性能的特点和异同点;不同材料极限应力的确定准则。
本章难点:拉压实验的实际操作;真应力和真应变的含义;利用塑形模型来求解实际工程问题。
前一章讨论变形体静力学时,研究、分析与解决问题主要是利用了力的平衡条件、变形的几何协调条件和力与变形间的物理关系。物体系统处于平衡状态,则系统中任一物体均应处于平衡状态,物体中的任一部分亦应处于平衡状态。力的平衡问题,与作用在所选取研究对象上的力系有关;在弹性小变形条件下,变形对于力系中各力作用位置的影响可以不计,故力的平衡与材料无关;用第二章所讨论的平衡方程描述。变形的几何协调条件,是在材料均匀连续的假设及结构不发生破坏的前题下,结构或构件变形后所应当满足的几何关系,主要是几何分析,也不涉及材料的性能。
因此,研究变形体静力学问题,主要是要研究力与变形间的物理关系。力与变形间的物理关系显然是与材料有关的。不同的材料,在不同的载荷、环境作用下,表现出不同的力学性能(或称材料的力学行为)。前一章中,我们以最简单的线性弹性应力-应变关系—虎克定律,来描述力与变形间的物理关系,讨论了变形体力学问题的基本分析方法。这一章将对材料的力学性能进行进一步的研究。
材料的力学性能,对于工程结构和构件的设计十分重要。例如,所设计的构件必须足够“强”,而不至于在可能出现的载荷下发生破坏;还必须保持构件足够“刚硬”,不至于因变形过大而影响其正常工作。因此需要了解材料在力的作用下变形的情况,了解什么条件下会发生破坏。由力与变形直至破坏的行为研究中确定若干指标来控制设计,以保证结构和构件的安全和正常工作。
材料的力学性能是由试验确定的。试验条件(温度、湿度、环境)、试件几何(形状和尺寸)、试验装置(试验机、夹具、测量装置等)、加载方式(拉、压、扭转、弯曲;加载速率、加载持续时间、重复加载等)、试验结果的分析和描述等,都应按照规定的标准规范进行,以保证试验结果的正确性、通用性和可比性。
本章主要讨论材料的一般力学性能及其描述。