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极限拉伸强度

作者:硬度计服务商创诚致佳
发布时间:2019-12-19
内容摘要:极限抗拉强度(UTS),通常缩短为等式中的抗拉强度(TS),极限强度或Ftu,是材料或结构承受趋于伸长的载荷的能力,而抗压强度则相反,其承受趋于于减小尺寸。换句话说,抗张强度抵抗拉伸(被拉开),而抗压强度抵抗压缩(被推到一起)。极限拉伸强度是通过材料在断裂之前被拉伸或拉动时可以承受的最大应力来衡量的。在研究...

极限抗拉强度UTS),通常缩短为等式中的抗拉强度TS),极限强度Ftu是材料或结构承受趋于伸长的载荷的能力,而抗压强度则相反,其承受趋于于减小尺寸。换句话说,抗张强度抵抗拉伸(被拉开),而抗压强度抵抗压缩(被推到一起)。极限拉伸强度是通过材料在断裂之前被拉伸或拉动时可以承受的最大应力衡量的在研究中材料强度,抗拉强度,抗压强度和剪切强度可以独立分析。

一些材料会非常急剧地破裂,而不会发生塑性变形,这就是所谓的脆性破坏其他一些更易延展的材料,包括大多数金属,在断裂之前会经历一些塑性变形甚至可能缩颈

通常通过执行拉伸测试并记录工程应力应变的关系来找到UTS 应力-应变曲线的最高点(请参见下面的工程应力-应变图上的点1)是UTS。它是一种集约财产 ; 因此,其值不取决于试样的大小。但是,它取决于其他因素,例如样品的制备,表面缺陷的存在与否以及测试环境和材料的温度。

拉伸强度很少用于延性构件的设计,但它们在脆性构件中很重要。列出了常见材料的列表,例如合金复合材料陶瓷,塑料和木材。

可以在一定条件下定义液体和固体的拉伸强度。例如,当一棵树通过蒸腾作用从其根部向其上部叶片吸水时,由于木质部中水的凝聚力,水柱从顶部被向上拉,该力通过其抗拉强度向下传递到该柱上。气压,渗透压和毛细张力在树的吸水能力中也起着很小的作用,但是仅此一项就足以将水柱推高到不到10米的高度,并且树可以长很多高于(超过100 m)。

拉伸强度定义为应力,以每单位面积的来衡量对于某些非均质材料(或用于组装的组件),可以将其报告为力或单位宽度的力。国际单位制(SI)中,单位为帕斯卡(Pa)(或其倍数,通常为兆帕斯卡(MPa),使用SI前缀 mega);或等同于帕斯卡,牛顿每平方米(N /m²)。一个美国常用单位磅每平方英寸(lb /in²或psi),或千磅每平方英寸(ksi,有时甚至是kpsi),等于1000 psi;在测量抗张强度时,一个国家(美国)通常使用每平方英寸千磅。

概念

延性材料

图1:铝的典型“工程”应力-应变(α-β)曲线
1.极限强度
2. 屈服强度
3.比例极限应力
4.断裂
5.偏移应变(通常为0.2%)
图2:结构钢典型的“工程”(红色)和“真实”(蓝色)应力-应变曲线
  • 1:极限力量

  • 2:屈服强度(屈服点)

  • 3:破裂

  • 4:应变硬化

  • 5:缩颈

  • A:表观应力(F / 0

  • B:实际应力(F / A

许多材料可以显示线性弹性行为,该线性弹性行为由线性应力-应变关系定义,如图1所示,直到第3点。材料的弹性行为通常延伸到一个非线性区域,在图1中由点2表示( “屈服点”),在去除载荷后完全恢复变形即,试样在弹性加载张力将伸长,但卸载时将返回到其原来的形状和大小。在此弹性区域之外,对于易延展材料(例如钢),变形是塑性的塑性变形的样品在卸载时不会完全恢复其原始大小和形状。对于许多应用,塑性变形是不可接受的,并且被用作设计限制。

屈服点后,韧性金属要经过一段时间的应变硬化的,其中,所述应力随应变再次增加,并且他们开始颈部,作为试件的横截面面积减小由于塑性流动。在充分延展的材料中,当颈缩变得很大时,它将导致工程应力-应变曲线的反转(曲线A,图2);这是因为工程应力的计算是假设颈缩之前的原始横截面积。反转点是工程应力-应变曲线上的最大应力,该点的工程应力坐标是极限拉伸强度,由点1给出。

在延性静态构件的设计中不使用UTS,因为设计实践规定了屈服应力的使用但是,由于易于测试,因此可用于质量控制。它也可用于粗略确定未知样品的材料类型。

UTS是设计由脆性材料制成的构件的常用工程参数,因为此类材料没有屈服点

测试中

拉伸应力测试后的圆棒试样

通常,测试包括采集具有固定横截面积的小样本,然后使用张力计以恒定应变(标距长度变化除以初始标距长度)的速率拉动它,直到样品破裂。

在测试某些金属时,压痕硬度与拉伸强度呈线性关系。这种重要的关系允许使用轻巧的便携式设备(例如手持式洛氏硬度计)对散装金属进行经济上重要的无损检测这种实际的关联性有助于金属加工行业的质量保证,远远超出了实验室和通用测试机的范围

典型抗拉强度

某些材料的典型拉伸强度
材料屈服强度
(MPa)
极限抗拉强度
(MPa)
密度
g /cm³
钢,ASTM A36结构250400-5507.8
钢,1090软2478417.58
铬钒钢 AISI 61506209407.8
人的皮肤15202
钢,2800 马氏体时效钢261726938.00
钢,AerMet 340216024307.86
钢,山特维克Sanicro 36Mo测井电缆精密电线175820708.00
钢,AISI 4130,水淬855°C(1570°F),480°C(900°F)回火95111107.85
钢,API 5L X654485317.8
钢,高强度合金ASTM A5146907607.8
压克力透明铸板(PMMA)72871.16
高密度聚乙烯(HDPE)26-33370.85
聚丙烯12-4319.7-800.91
精钢AISI 302-冷轧5208608.19
铸铁 4.5%C,ASTM A-481302007.3
“ 液态金属 ”合金1723550-16006.1
 99.9%是3454481.84
铝合金 2014-T64144832.8
聚酯树脂(未增强)5555
聚酯纤维和切碎的毡垫层压板30%电子玻璃100100
S-玻璃环氧复合材料23582358
铝合金 6061-T62413002.7
铜99.9%铜702208.92
白铜 10%的Ni,1.6%的Fe,1%的Mn,余量Cu1303508.94
黄铜200 +5008.73
钨丝941151019.25
玻璃
332.53
电子玻璃不适用层压板1500,
单独纤维3450
2.57
S玻璃不适用47102.48
玄武岩纤维不适用48402.7
大理石不适用152.6
具体不适用2-52.7
碳纤维不适用层压板1600,
单独纤维4137
1.75
碳纤维(东丽T1100G)(最坚固的人造纤维)
7000光纤1.79
人的头发140-160200-250

350-5000.4
蜘蛛丝(请参阅下面的注释)
10001.3
蜘蛛丝,达尔文的树皮蜘蛛1652

丝绸500
1.3
芳纶芳纶Twaron362037571.44
超高分子量聚乙烯24520.97
UHMWPE纤维(迪尼玛或光谱)
2300-35000.97
Vectran
2850-3340
聚苯并恶唑(Zylon)270058001.56
木材,松木(与谷物平行)
40
(四肢)104-1211301.6
尼龙,模制,类型6/64507501.15
尼龙纤维,拉制
9001.13
环氧胶--12-30--
橡胶--16
不适用31002.46
,单晶硅(M-Si)的不适用70002.33
超纯石英玻璃纤维束
4100
蓝宝石(Al 2 O 325°C时400,500°C时275,1000°C时3451900年3.9-4.1
氮化硼纳米管不适用330002.62
钻石160028003.5
石墨烯不适用1300001.0
第一条碳纳米管36001.3
碳纳米管(请参阅下面的注释)不适用11000-630000.037-1.34
碳纳米管复合材料不适用1200不适用
高强度碳纳米管薄膜不适用9600不适用
铁(纯单晶)
37.874
髌骨vulgata牙(针铁矿)
4900
3000-6500

  • ^ a许多值取决于制造过程以及纯度或组成。

  • ^ b多壁碳纳米管在所有材料中均具有最高的拉伸强度,其中一种测量值为63 GPa,仍远低于300 GPa的理论值。(在2000年)公布了其抗张强度的第一根纳米管绳(长度为20毫米)的强度为3.6 GPa。密度取决于制造方法,最小值为0.037或0.55(固体)。

  • ^ c蜘蛛丝的强度变化很大。它取决于多种因素,包括蚕丝的种类(每只蜘蛛可以产生多种用于杂物用途的蚕丝),种类,蚕丝的年龄,温度,湿度,在测试过程中施加应力的迅速程度,施加长度应力的方式以及蚕丝的形成方式聚集(强力丝绸或自然纺丝)。表中显示的值为1000 MPa,大致代表了一些研究的结果,这些研究涉及几种不同种类的蜘蛛,但是具体结果相差很大。

  • ^ d人的头发强度因种族和化学处理而异。

退火元素的典型特性
元件杨氏
模量
(GPa)
偏移或
屈服强度
(MPa)
极限
强度
(MPa)
107
5000-9000
钨丝411550550-620
21180-100350
120100-225246-370
130117210
186180200
479-14岁15-200
合金85-105200-400200-400
170140-350140-195
83
170
79
100
7015-2040-50
16
12


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