无序-了解材料拉伸性能指标

从材料力学中已知，拉伸性能指标包括：拉伸应力、拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、断裂伸长率、弹性模量、屈服强度、应变、应力-应变曲线等。

现按图5-2所示的应力-应变曲线进行解释。

图5-2 拉伸应力-应变曲线

A—脆性材料曲线 B—有屈服点韧性材料曲线 C—无屈服点韧性材料曲线 σ₁—拉伸强度 σ₂—拉伸断裂应力 σ₃—拉伸屈服应力 σ₄—偏置屈服应力 ε₁—拉伸强度的应变 ε₂—断裂点应变 ε₃—屈服点应变 ε₄—偏置屈服点应变

1.线性极限

曲线B从0→2点为直线，应力与应变成正比关系，在2点以前大部分材料呈弹性变形，卸力后仍能回复原尺寸。其中，1点以下为瞬时变形，变形量很小，并可回复；当应力增加超过2点时，曲线偏离直线，开始脱离弹性变形规律，所以2点也是材料保持弹性变形性能可承受的最大应力，故也称为线性极限或比例极限、弹性极限。

2.弹性模量

弹性模量是在弹性变形范围内应力与应变之比，表示对外力变形的阻抗，即材料的刚度，是应力-应变曲线的斜率。拉伸弹性模量又称杨氏模量，其表示式为

式中，σ是拉伸应力（MPa）；ε是拉伸应变（%）；F是拉伸力（N）；A是试样起始横截面积（mm²）；ΔL是试样拉伸伸长值（mm）；L是试样起始长度（mm）。

对没有明显线性极限的C类材料，其弹性模量可取应变为1%处的拉伸应力与应变之比。

3.屈服点及屈服强度

当应力大于σ₂继续增大从2→4点时，材料发生塑性变形，在4点表现出应变形增大，应力下降的现象，则4点为屈服点，σ₄即为拉伸屈服强度。此时材料为永久变形，卸载后不能再回复原状。

对有些材料在应力-应变曲线上没有明显的屈服点，如曲线A及C，此时可用近似方法求得，一种方法取应变为2%时，做平行于直线部分的平行线，与曲线的交点定为屈服点，另一种方法是对应力-应变曲线起始部分和最终部分做两条切线，切线的交点处相对应的应力，可视为屈服强度，如图5-2中的点5。

4.拉伸强度（最大拉伸应力）

当应变大于ε₃时，随着应变的增大应力变化随材料性能而变化。如图5-2所示，曲线B是应变增大，应力先下降，后又增大，直至点6处，然后又下降到点7处，试样即断裂。则点6处的应力称为试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力，即为拉伸强度。

拉伸强度是拉伸力与试样起始横截面积之比，称为工程应力。由于试样在点6时横断面积已发生严重的缩颈，比原始面积小得多，尤其对热塑性弹性体、橡胶等材料，拉伸前后截面积差别很大，故采用断裂时面积计算拉伸强度，则称其为真实应力，对应的应变也称为真实应变。常用资料中提供的数据都是工程应力和工程应变的数据。工程应力σ、工程应变ε与真实应力σ_t、真实应变ε_t的关系如下

ε_t=ln（1+ε）(www.xing528.com)

σ_t=（1+ε）σ=e^ln（1+ε）σ

5.拉伸断裂应力及断裂伸长率

当应变大于ε₁后，随着应变的增大，应力下降，直至点7试样断裂，此应力称为拉伸断裂应力。脆性材料的断裂应力可作为最大拉伸应力。由于试样在拉力作用下沿长度方向伸长，则试样断裂时的伸长量与原始长度之比的百分数，称为断裂伸长率。断裂伸长率大表示材料塑性好，脆性材料该值较小。

6.使用应力极限及偏置屈服应力

使用应力极限是指制品设计时可选用的应力指标，因为拉伸强度、屈服强度等数据都表示材料已进入或即将进入塑性变形或破坏状态的数据，不能作为设计使用值。

通常使用极限应力应取小于屈服强度，一般塑料的屈服应变为5%～15%。所以对静载结构件常取应变为2%时，做平行于线性部分的直线与曲线交点处的应力值作为使用应力极限。如果按规定的应变值，用上述方法求得的屈服强度，亦称为偏置屈服强度，如图5-2中点3。

在工程计算中也常用计算应力值乘以较大的安全系数后小于材料拉伸强度的安全应力值作为使用应力设计值。

7.弹性模量（杨氏模量）

弹性模量是在线性极限内，材料所受应力与产生的相应应变之比，即为线性部分的斜率，表示材料的刚性，单位为MPa或GPa。曲线范围下的面积代表材料在特定温度和加载速率下的韧性，面积越大韧性越好。弹性模量越高，则材料的刚性越好。

8.割线模量

割线模量是任意一点的应力与应变的比值，即应力-应变曲线上任意一点与原点连线的斜率，常在工程计算中描述弹性体和韧性体大形变时作为应变的函数。

9.应力-应变曲线

应力-应变曲线由线性极限范围内的弹性变形区域和曲线范围内的塑性变形区域组成，由于不同的高分子材料结构不同，应力-应变曲线的形状也不同，见表5-1。

表5-1 不同高分子材料的应力-应变曲线

由表5-1可知，不同性能塑料的拉伸力学性能不同，一般热塑性塑料的塑性较好、相对分子质量高、分子链柔顺的弹性好，断裂伸长率也大，强度也高。断后伸长率高的韧性材料，抗冲击性及抗疲劳性也好。通常，塑料的拉伸强度在100MPa以下，通用塑料的拉伸强度为20～50MPa，工程塑料的拉伸强度在50MPa以上，增强纤维材料的拉伸强度可达100MPa以上。热固性塑料质硬脆，拉伸强度介于通用塑料与工程塑料之间，断裂伸长率低，但增强热固性塑料有很高的拉伸强度，如PF、EP、SI增强塑料抗拉伸强度可达200～400MPa。

塑料的弹性模量较低，一般只有金属的1/10。但增强塑料的弹性模量较高，碳纤维增强料的弹性模量可达100GPa以上，比强度及比模量高于金属材料，常可用增强塑料代替金属材料。