1.1 材料拉伸时的力学性能

试件的尺寸和形状对试验结果有很大的影响，为了便于比较不同材料的试验结果，在做试验时，应该将材料做成国家统一的标准试件，如图5－1所示。试件的中间部分较细，两端较粗，便于将试件安装在试验机的夹具中。在中间等直部分上标出一段作为工作段用来测量变形，其长度称为标距l。为了便于比较不同粗细试件工作段的变形程度，通常对圆截面标准试件的标距l与截面直径的比例加以规定：l10＝10d和l5＝5d。

矩形截面标距与截面面积A之间的关系规定为：l10＝11.3和l5＝5.56。

当选好标准试件之后，将试件安装在材料试验机上，使试件承受轴向拉伸载荷。在缓慢加载过程中，试验机会自动记录下试件所受的载荷和变形，得到相应的应力与应变关系曲线，称之为应力－应变曲线。

在建筑材料中，将材料分成两大类：韧性材料和脆性材料。对于不同的材料，其应力－应变曲线有很大的差异。图5－1所示为典型的韧性材料——低碳钢的拉伸应力－应变曲线。图5－2所示为典型的脆性材料——铸铁的拉伸应力－应变曲线。

1.低碳钢拉伸时的应力－应变曲线

1）弹性阶段

如图5－1中的OB段，在这一阶段，卸去试件上的载荷，试件的变形将随之消失。这表明，这一阶段内的变形都是弹性变形，即称为弹性阶段。弹性阶段的应力最高点B相对应的应力值称为弹性极限，用σe表示。如图5－1中曲线的OA部分，应力－应变曲线中的直线段称为线弹性阶段。线弹性阶段中的应力与应变成正比，比例常数即为材料的弹性模量E，即σ＝Eε。在应力－应变曲线上线性阶段的最高点A称为比例极限，用σP表示。线弹性阶段之后，应力－应变曲线上有一小段微弯的曲线（见图5－1中的AB段），它表示应力超过比例极限以后，应力与应变不再成正比关系。

2）屈服阶段

在弹性阶段之后，出现近似的水平段，这一阶段的应力几乎不变，而变形却急剧增加，这种现象称为屈服，如图5－1中所示曲线的BC段，这一阶段的最低点的应力值称为屈服强度，用σs表示。

3）强化阶段

应力超过屈服强度或条件屈服强度后，要使试件继续变形，必须再继续增加载荷。这一阶段称为强化阶段，如图5－1中曲线上的CD段。这一阶段应力的最高限值称为强度极限，用σb表示。

4）颈缩阶段

某些韧性材料（如低碳钢和铜），当应力超过强度极限以后，试件开始发生局部变形，局部变形区域内截面尺寸急剧缩小，这种现象称为颈缩。出现颈缩之后，试件变形所需拉力会相应减小，应力－应变曲线出现下降趋势，如图5－1中曲线上的DE段，至E点试件会被拉断。

5）塑性指标

通过拉伸试验还可得到衡量材料塑性的指标——延伸率δ和断面收缩率ψ，其表达式为

其中：l0——试件原长；A0——试件的初横截面面积；l1和A1——试件拉断后的长度和断口处最小的截面面积。

延伸率和断面收缩率是衡量材料塑性的重要指标，数值越大，表明材料塑性越好。工程中使用的材料种类很多，习惯上根据试件在破坏时塑性变形的大小，分为脆性材料和塑性材料两类。将δ≥5％的材料称为塑性材料，如钢、铜、铝等；而将δ＜5％的材料称为脆性材料，如铸铁、玻璃、混凝土等。需要指出的是：材料的力学性能不是固定不变的，而是随着材料所处条件的不同可能会发生改变。

2.铸铁拉伸时的应力－应变曲线

铸铁是一种典型的脆性材料，它受拉时从开始到断裂，变形都不显著，没有屈服阶段和颈缩现象，图5－2所示为铸铁拉伸时的σ－ε曲线。在曲线上没有明显的直线部分，而且变形很小时便达到了强度极限。

对于脆性材料，从开始加载直至试件被拉断，试件的变形都很小。而且大多数材料拉伸时的应力－应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩现象，如图5－2所示。试件断裂时的应力值称为强度极限，用σb表示。对于没有明显屈服阶段的韧性材料，工程上则规定产生0.2％的塑性变形时的应力值为其屈服点，称为材料的屈服强度，用σ0.2表示。