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抗拉强度

抗拉强度(tensile strength)是金属由均匀形塑性变向局部集中塑性变形过渡的临界值,也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形抗力,拉伸试样在承受最大拉应力之前,变形是均匀一致的,但超出之后,金属开始出现缩颈现象,即产生集中变形;对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料,它反映了材料的断裂抗力。符号为Rm(GB/T 228-1987旧国标规定抗拉强度符号为σb),单位为MPa。

试样在拉伸过程中,材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力(Fb),除以试样原横截面积(So)所得的应力(σ),称为抗拉强度或者强度极限(σb),单位为N/

σ=Fb/So

式中:Fb--试样拉断时所承受的最大力,N(牛顿); So--试样原始横截面积,mm。

抗拉强度( Rm)指材料在拉断前承受最大应力值。当钢材屈服到一定程度后,由于内部晶粒重新排列,其抵抗变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达最大值。此后,钢材抵抗变形的能力明显降低,并在最薄弱处发生较大的塑性变形,此处试件截面迅速缩小,出现颈缩现象,直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。

单位:N/

国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定。

对于脆性材料和不成形颈缩的塑性材料,其拉伸最高载荷就是断裂载荷,因此,其抗拉强度也代表断裂抗力。对于形成颈缩的塑性材料,其抗拉强度代表产生最大均匀变形的抗力,也表示材料在静拉伸条件下的极限承载能力。对于钢丝绳等零件来说,抗拉强度是一个比较有意义的性能指标。抗拉强度很容易测定,而且重现性好,与其他力学性能指标如疲劳极限硬度等存在一定关系,因此,也作为材料的常规力学性能指标之一用于评价产品质量和工艺规范等。

颈缩是韧性金属材料在拉伸实验时变形集中于局部区域的特殊现象,它是应变硬化(物理因素)与截面减小(几何因素)共同作用的结果。在金属试样拉伸力-伸长(延伸)曲线极大值b点之前塑性变形是均匀的,因为材料应变硬化使试样承载能力增加,可以补偿因试样截面减小使其承载力的下降。在b点之后,由于应变硬化跟不上塑性变形的发展,使变形集中于试样局部区域产生缩颈。在m点之前df>0;在b点之后df<0。b是最大力点,也是局部塑性变形开始点,也称拉伸失稳点或塑性失稳点。

1)σb标志韧性金属材料的实际承载能力,但这种承载能力仅限于光滑试样单向拉伸的受载条件,而且韧性材料的σb不能作为设计参数,因为σb对应的应变远非实际使用中所要达到的。如果材料承受复杂的应力状态,则σb就不代表材料的实际有用强度。由于σb代表实际机件在静拉伸条件下的最大承载能力,且σb易于测定,重现性好,所以是工程上金属材料的重要力学性能标志之一,广泛用作产品规格说明或质量控制指标。

2)对脆性金属材料而言,一旦拉伸力达到最大值,材料便迅速断裂了,所以σb就是脆性材料的断裂强度,用于产品设计,其许用应力便以σb为判据。

3)σ的高低取决于屈服强度应变硬化指数。在屈服强度一定时,应变硬化指数越大,σb也越高。

4)抗拉强度σb与布氏硬度HBW、疲劳极限

膜材在纯拉伸力的作用下,不致断裂时所能承受的最大荷载与受拉伸膜材宽度的比值,通常用N/3cm来表示。它分为经向向抗拉强度。

经向抗拉强度:沿膜材经线方向拉伸时的抗拉强度。

纬向抗拉强度:沿膜材纬线方向拉伸时的抗拉强度。

混凝土承受拉应力时的极限强度远比混凝土抗压强度为小,只有立方体抗压强度的1/17~1/8。凡影响抗压强度的因素,对抗拉强度也有相应的影响。但不同因素对抗压强度和抗拉强度的影响程度却不同。例如水泥用量增加,可使抗压强度增加较多,而抗拉强度则增加较少。用碎石拌制的混凝土,其抗拉强度比用卵石的为大,而骨料形状对抗压强度的影响则相对较小。各国测定混凝土抗拉强度的方法不尽相同,中国近年来采用的直接受拉法,其试件是用钢模浇筑成型的150mm×150mm×550mm的棱柱体试件,两端设有埋深为125mm的对中带肋钢筋(直径是6mm),用于施加轴心拉力。轴心受拉试件安装时不易对中,拉力易有偏心,因此国内外也有采用劈裂实验测定混凝土抗拉强度的。 [2]

岩石的抗拉强度是指岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时单位面积所能承受的最大拉力。

由于岩石是一种具有许多微裂隙的介质,在进行抗拉强度实验时,岩石试件的加工和实验环境的易变性,使得试验的结果不是很理想,经常出现一些意外的现象,实验值与实际的抗拉强度存在着较大的偏差。实验值与实际的抗拉强度存在着较大的偏差。人们对其试验方法进行了大量的研究,提出了多种求得抗拉强度值的方法。以下介绍四种岩石抗拉强度试验方法:直接拉伸法、抗弯法、劈裂法、点荷载试验法。 [3]

在承受轴向拉力芯样试件的两端,可用建筑结构胶粘贴特制的钢夹具。钢夹具的抗拉垫板应与芯样端面粘贴牢固,并与芯样轴线保持垂直。夹具两端拉杆轴线与芯样轴线的重合度偏差不应大于1mm。另外抗拉垫板与拉杆之间最好采用铰接的连接方式,以减少或消除拉杆轴线与芯样轴线不垂直带来的影响。

式中,

芯样试件与立方体试件一样,也可进行劈裂抗拉强度试验。试验方法也与立方体试块相同。

芯样试件混凝土的劈裂抗拉强度可按下式计算:

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