拉伸檢測(cè)

值得注意的是，對(duì)于一種給定材料的具有不同橫截面A_i的試樣，隨著橫截面面積的增加，其失效載荷也會(huì)隨之而增加。通過計(jì)算每單位面積的載荷(或稱為應(yīng)力)，就會(huì)消除試樣尺寸的影響。因此，對(duì)于一種給定的材料，對(duì)于任意橫截面面積A_i，都有望具有相同的屈服應(yīng)力、極限應(yīng)力和斷裂應(yīng)力，然而相應(yīng)的載荷P則隨著橫截面面積A_i而變化。事實(shí)上，對(duì)不同A_i下的試驗(yàn)進(jìn)行比較時(shí)，其結(jié)果會(huì)受到原始材料不同位置性能的微小差異的影響，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量時(shí)缺乏絕對(duì)的精度，而且還存在統(tǒng)計(jì)誤差。使用應(yīng)變?chǔ)磐瑯訒?huì)消除試樣長度的影響。對(duì)于一給定應(yīng)力，長度L更大的試樣，就會(huì)按比例表現(xiàn)出更大的長度變化△L，但是對(duì)于任何長度的試樣而言，與屈服應(yīng)力、極限應(yīng)力和斷裂應(yīng)力點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變都期望是相同的。因此，應(yīng)力—應(yīng)變曲線被認(rèn)為能夠基本描述材料的力學(xué)行為 。2100433B

試驗(yàn)中所采用的試樣要么具有圓形橫截面，要么具有矩形橫截面，試樣兩端尺寸通常要加大，以保證夾持部位具有更大的面積，從而避免試樣在夾持部位發(fā)生斷裂。圖1和圖2所示為幾種金屬材料和高分子材料試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的試樣照片。

試樣兩端的夾持方法隨著試樣的幾何形狀而變化。圖3所示為帶有螺紋試樣的典型布置圖?？梢宰⒁獾剑慷硕际褂们蛐屋S承來提供一個(gè)純粹的拉伸載荷，沒有不合需要的彎曲。進(jìn)行試驗(yàn)的一般方式就是以一個(gè)恒定速度使試樣發(fā)生變形。例如，在圖4所示的萬能試驗(yàn)機(jī)上，固定十字頭和驅(qū)動(dòng)十字頭之間的運(yùn)動(dòng)可以控制成一種恒定速度。因此，圖4中的距離h是變化的，因而dh/dt=h為常數(shù)。

在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，為獲得這一位移速率而必須施加的軸向載荷是變化的。載荷P除以橫截面面積A_i就可以獲得試樣在試驗(yàn)過程中任意時(shí)刻的應(yīng)力，則有：

σ=P/A_{i （1）}

試樣的位移是在標(biāo)距長度L_i上具有恒定橫截面面積的中間直線部分測(cè)得的，如圖3所示。應(yīng)變?chǔ)趴梢杂蛇@個(gè)標(biāo)距長度變化△L計(jì)算出來，則有：

ε=△L/L_{i （2）}

就像前面所描述的一樣，以原始尺寸(未變形時(shí)的尺寸)A_i和L_i為基礎(chǔ)計(jì)算的應(yīng)力和應(yīng)變稱為工程應(yīng)力和工程應(yīng)變。

有時(shí)假設(shè)所有夾持部分和試樣末端幾乎都是剛性的，這是合理的。在該種情況下，十字頭運(yùn)動(dòng)中發(fā)生的大部分變化是由于試樣直線部分的變形而引起的，因而△L與h的變化△h幾乎相同，因而可以將應(yīng)變估算為ε=△h/L_i。然而，實(shí)際測(cè)量的△L值是優(yōu)先選用的，因?yàn)槭褂谩鱤可能會(huì)導(dǎo)致所測(cè)應(yīng)變值產(chǎn)生很大的誤差。

從式(2)中所計(jì)算的應(yīng)變?chǔ)攀菬o量綱的。為了方便起見，應(yīng)變有時(shí)會(huì)以百分?jǐn)?shù)的形式給出，此時(shí)ε_%=100_ε。應(yīng)變也可以用百萬分之一表示，稱為微應(yīng)變，此時(shí)ε_μ=10⁶ε。如果應(yīng)變是以百分?jǐn)?shù)或者微應(yīng)變的形式給出的，則對(duì)于大多數(shù)計(jì)算來說，在使用該值之前，有必要將其轉(zhuǎn)換成無量綱的ε形式。

由拉伸試驗(yàn)所獲得的主要結(jié)果就是整個(gè)試驗(yàn)的工程應(yīng)力，工程應(yīng)變曲線圖，稱為應(yīng)力一應(yīng)變曲線。由于在實(shí)驗(yàn)室中使用數(shù)字計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)的形式就是一個(gè)應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)值列表，是在試驗(yàn)期間以很短的時(shí)間間隔取樣而獲得的。應(yīng)力一應(yīng)變曲線因材料不同而變化很大。在拉伸試驗(yàn)中的脆性行為就是材料沒有發(fā)生大的變形就失效了?；诣T鐵、玻璃和一些高分子材料(如PMMA)就是脆性材料的例子。圖5所示為灰鑄鐵的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。其他的材料則表現(xiàn)出了塑性行為，在拉伸加載中只有在發(fā)生很大的變形之后才失效。工程金屬材料和一些高分子材料的塑性行為的應(yīng)力一應(yīng)變曲線如圖6和圖7所示 。