應力應變曲線

曲線的橫坐標是應變，縱坐標是外加的應力。曲線的形狀反應材料在外力作用下發生的脆性、塑性、屈服、斷裂等各種形變過程。這種應力-應變曲線通常稱為工程應力-應變曲線，它與載荷-變形曲線外形相似，但是坐標不同。

原理上，聚合物材料具有粘彈性，當應力被移除後，一部分功被用於摩擦效應而被轉化成熱能，這一過程可用應力應變曲線表示。金屬材料具有彈性變形性，若在超過其屈服強度之後 繼續載入，材料發生塑性變形直至破壞。這一過程也可用應力應變曲線表示。該過程一般分為：彈性階段、屈服階段、強化階段、局部變形四個階段

基本介紹

• 中文名：應力-應變曲線
• 外文名：stress-strain curve
• 屬性：冶金術語
• 分類：曲線
• 相關：聚合物材料

基本介紹

在工程中，應力和應變是按下式計算的：
應力（工程應力或名義應力）

;

應變（工程應變或名義應變）

;

式中，P為載荷；A為試樣的原始截面積；L₀為試樣的原始標距長度；L為試樣變形後的長度。

推導過程

從此曲線上，可以看出低碳鋼的變形過程有如下特點：
當應力低於σe 時，應力與試樣的應變成正比，應力去除，變形消失，即試樣處於彈性變形階段，σe 為材料的彈性極限，它表示材料保持完全彈性變形的最大應力。
當應力超過σe 後，應力與應變之間的直線關係被破壞，並出現屈服平台或屈服齒。如果卸載，試樣的變形只能部分恢復，而保留一部分殘餘變形，即塑性變形，這說明鋼的變形進入彈塑性變形階段。σs稱為材料的屈服強度或屈服點，對於無明顯屈服的金屬材料，規定以產生0.2%殘餘變形的應力值為其屈服極限。
當應力超過σs後，試樣發生明顯而均勻的塑性變形，若使試樣的應變增大，則必須增加應力值，這種隨著塑性變形的增大，塑性變形抗力不斷增加的現象稱為加工硬化或形變強化。當應力達到σb時試樣的均勻變形階段即告終止，此最大應力σb稱為材料的強度極限或抗拉強度，它表示材料對最大均勻塑性變形的抗力。
在σb值之後，試樣開始發生不均勻塑性變形並形成縮頸，應力下降，最後應力達到σf時試樣斷裂。σf為材料的條件斷裂強度，它表示材料對塑性的極限抗力。
上述應力-應變曲線中的應力和應變是以試樣的初始尺寸進行計算的，事實上，在拉伸過程中試樣的尺寸是在不斷變化的，此時的真實應力S應該是瞬時載荷（P）除以試樣的瞬時截面積（A），即：S=P/A；同樣，真實應變e應該是瞬時伸長量除以瞬時長度de=dL/L。下圖是真應力-真應變曲線，它不像應力-應變曲線那樣在載荷達到最大值後轉而下降，而是繼續上升直至斷裂，這說明金屬在塑性變形過程中不斷地發生加工硬化，從而外加應力必須不斷增高，才能使變形繼續進行，即使在出現縮頸之後，縮頸處的真實應力仍在升高，這就排除了應力-應變曲線中應力下降的假象。

相關研究

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