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材料學(xué)，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)研究材料的力學(xué)性能。試驗(yàn)的結(jié)果取決于試件的形狀、尺寸、裝夾方式以及測(cè)試方法。因此需要統(tǒng)一試驗(yàn)流程和標(biāo)準(zhǔn)。拉伸試驗(yàn)，作為測(cè)試材料強(qiáng)度的基礎(chǔ)試驗(yàn)，被廣泛接受。

最常用的是單軸拉伸試驗(yàn)(沿中心軸線(xiàn)施加載荷)，以規(guī)定的速率均勻地拉伸試樣，記錄拉力和伸長(zhǎng)量。推導(dǎo)出應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等材料參數(shù)。此外，還有雙軸拉伸試驗(yàn)。

應(yīng)力和應(yīng)變

為了方便對(duì)不同尺寸試件的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，將單位面積上受到的力作為統(tǒng)一的量化指標(biāo)，即“應(yīng)力”(Stress σ)。

應(yīng)力(σ)等于力(F)除以試件初始橫截面積(A0)，與壓強(qiáng)的的單位(Pa)相同。不同的是：壓強(qiáng)一般用于描述物體表面單位面積上受到外力的大小，而應(yīng)力是指物體內(nèi)部某個(gè)微元單位截面積上受到內(nèi)力的大小。

在拉壓試驗(yàn)中，試件會(huì)被拉長(zhǎng)或者縮短，伸長(zhǎng)量用△L表示(負(fù)值代表縮短)。為了方便對(duì)不同長(zhǎng)度的試件進(jìn)行對(duì)比，同樣地，我們將伸長(zhǎng)量(△L)除以試件初始長(zhǎng)度(L0)，記為“應(yīng)變”(Strain ε)。

試驗(yàn)過(guò)程中，隨著拉力增加，記錄應(yīng)力和應(yīng)變的數(shù)據(jù)，繪制成曲線(xiàn)，即“應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)”。金屬的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，與其成分、熱處理狀態(tài)、已產(chǎn)生的塑性變形、應(yīng)變率、溫度以及應(yīng)力狀態(tài)都有關(guān)系。

用于描述應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的材料參數(shù)有：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及斷面收縮率。前兩個(gè)參數(shù)表征強(qiáng)度，后兩個(gè)參數(shù)表征延展性。

在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，兩者是線(xiàn)性關(guān)系，載荷撤銷(xiāo)后，試件可以恢復(fù)到初始形狀。載荷繼續(xù)增加，使材料應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度，試件會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形，載荷撤銷(xiāo)后，試件不能完全恢復(fù)到初始形狀。(彈性變形可以恢復(fù)，塑性變形不能恢復(fù))。

對(duì)已經(jīng)發(fā)生塑性變形的試件，撤銷(xiāo)載荷后重新施加載荷，需要施加比之前更大的載荷，才能使材料產(chǎn)生更多的塑性變形。這種現(xiàn)象，稱(chēng)為金屬材料的“應(yīng)變硬化”。在塑性變形過(guò)程中，試件的體積保持不變：A·L = A0·L0，隨著拉伸長(zhǎng)度L增加，橫截面A會(huì)減小。

正應(yīng)變與切應(yīng)變

應(yīng)變等于變形量除以初始長(zhǎng)度，用于描述材料的相對(duì)變形。

當(dāng)力的方向與截面方向垂直時(shí)，截面上產(chǎn)生正應(yīng)力;

當(dāng)力的方向與截面方向平行時(shí)，截面上產(chǎn)生切應(yīng)力。

正應(yīng)變描述垂直于截面方向的相對(duì)變形;切應(yīng)變描述平行于截面方向的相對(duì)變形。

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