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材料力学的拉伸试验

引言

材料力学是研究固体材料在外界力的作用下所发生的变形和破坏过程的一门学科。拉伸试验是材料力学中最基本的试验之一，能够获得材料的力学性能指标，如弹性模量、屈服强度、断裂强度等。本文将介绍材料力学的拉伸试验的原理、步骤和相关参数计算。

试验原理

材料力学的拉伸试验是将样品置于拉伸设备中，施加单向的轴向载荷，使样品沿着轴向向两个相反方向拉伸，从而产生变形。在拉伸过程中，外界施加的载荷会引起样品横截面积缩小，并最终导致材料断裂。拉伸试验结果可以通过荷载-变形曲线直观地反映出材料的力学特性。

拉伸试验步骤

1.样品制备

首先，需要根据样品的要求制备出符合标准规格的试样。标准试样的尺寸、形状、表面质量和制备工艺均按照国际或国内标准要求进行制作。通常用金属材料制备的试样为矩形或圆形截面，长度和宽度分别为50mm和10mm，厚度为10mm；用非金属材料制备的试样为矩形截面，长度和宽度分别为160mm和10mm，厚度为4mm。

2.样品夹紧

将制备好的样品夹在拉伸机的两个夹具中。夹具的表面应处理平整以确保材料的载荷分布均匀。在夹具夹紧前，还应将样品两端涂上一层特定的润滑剂以保证试验精度。

3.试验装置的校准

在进行试验前，需要先对试验机的各项指标进行校准。校准包括：夹具间距的调节、加载速度措施、比例系数的校正等。

4.开始试验

在校准完成后，开始进行拉伸试验。试验过程开始后，通过拉伸设备向试样施加单向轴向拉伸载荷。开始时，施加的载荷是非常小的，然后逐渐增大，最终使材料达到断裂状态。

试验结果分析

在拉伸测试数据获取完成之后，可以得到荷载-位移曲线和荷载-时间曲线两种试验数据结果。通过对荷载-位移曲线的分析可以得到测试样本所具有的屈服强度、延伸率、断裂强度等力学特性数据。通常根据荷载-位移曲线可以得出材料的弹性区、屈服点、应力平台和断裂点等参数。

计算公式

拉伸试验的数据分析中一些重要参数的计算公式如下：

1.应变（ε）

ε=ΔL/L0

式中，ΔL为试样伸长的长度，L0为试样的初始长度。

2.应力（σ）

σ=F/A0

式中，F为施加在试样上的拉伸载荷，A0为材料的初始横截面积。

3.弹性模量（E）

E=σ/ε

式中，σ为材料的应力值，ε为材料的应变值。

4.屈服强度（σy）

σy=Fy/A0

式中，Fy为样品的屈服荷载。

5.最大载荷（Fm）

Fm=Fmax

6.延伸率（EL）

EL=ΔL/L0

7.断裂强度（σb）

σb=Fb/A0

式中，Fb为材料的断裂载荷。

结论

材料力学的拉伸试验是材料力学中最基本的试验之一，能直观地分析材料的力学性能和疲劳性能。本文介绍了拉伸试验的原理，步骤和相关参数计算。拉伸试验数据的分析常常可以通过荷载-位移曲线直观地反映出材料的力学特性。了解拉伸试验原理，正确操作，并运用所得数据分析结果对于材料研究和开发意义重大。