田雪伟

试验中所采用的试样要么具有圆形横截面，要么具有矩形横截面，试样两端尺寸通常要加大，以保证夹持部位具有更大的面积，从而避免试样在夹持部位发生断裂。图1和图2所示为几种金属材料和高分子材料试验前和试验后的试样照片。

试样两端的夹持方法随着试样的几何形状而变化。图3所示为带有螺纹试样的典型布置图。可以注意到，每端都使用球形轴承来提供一个纯粹的拉伸载荷，没有不合需要的弯曲。进行试验的一般方式就是以一个恒定速度使试样发生变形。例如，在图4所示的万能试验机上，固定十字头和驱动十字头之间的运动可以控制成一种恒定速度。因此，图4中的距离h是变化的，因而dh/dt=h为常数。

在进行试验的过程中，为获得这一位移速率而必须施加的轴向载荷是变化的。载荷P除以横截面面积A_i就可以获得试样在试验过程中任意时刻的应力，则有：

σ=P/A_{i （1）}

试样的位移是在标距长度L_i上具有恒定横截面面积的中间直线部分测得的，如图3所示。应变ε可以由这个标距长度变化△L计算出来，则有：

ε=△L/L_{i （2）}

就像前面所描述的一样，以原始尺寸(未变形时的尺寸)A_i和L_i为基础计算的应力和应变称为工程应力和工程应变。

有时假设所有夹持部分和试样末端几乎都是刚性的，这是合理的。在该种情况下，十字头运动中发生的大部分变化是由于试样直线部分的变形而引起的，因而△L与h的变化△h几乎相同，因而可以将应变估算为ε=△h/L_i。然而，实际测量的△L值是优先选用的，因为使用△h可能会导致所测应变值产生很大的误差。

从式(2)中所计算的应变ε是无量纲的。为了方便起见，应变有时会以百分数的形式给出，此时ε_%=100_ε。应变也可以用百万分之一表示，称为微应变，此时ε_μ=10⁶ε。如果应变是以百分数或者微应变的形式给出的，则对于大多数计算来说，在使用该值之前，有必要将其转换成无量纲的ε形式。

由拉伸试验所获得的主要结果就是整个试验的工程应力，工程应变曲线图，称为应力一应变曲线。由于在实验室中使用数字计算机，数据的形式就是一个应力和应变数值列表，是在试验期间以很短的时间间隔取样而获得的。应力一应变曲线因材料不同而变化很大。在拉伸试验中的脆性行为就是材料没有发生大的变形就失效了。灰铸铁、玻璃和一些高分子材料(如PMMA)就是脆性材料的例子。图5所示为灰铸铁的应力一应变曲线。其他的材料则表现出了塑性行为，在拉伸加载中只有在发生很大的变形之后才失效。工程金属材料和一些高分子材料的塑性行为的应力一应变曲线如图6和图7所示 。