文档介绍：力学性能又称机械性能,是钢材最重要的使用性能。在建筑结构中,对承受静荷载作用的钢材,要求具有一定的力学强度,并要求所产生的变形不致影响到结构的正常工作和安全使用。对承受动荷载作用的钢材,还要求具有较高的韧性而不致发生断裂。
通过一次拉伸试验可得到抗拉强度,伸长率和屈服点三项基本性能;
通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能;
     通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。
(一)、强度:在外力作用下,材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
测定钢材强度的方法是拉伸试验,钢材受拉时,在产生应力的同时,相应的产生应变。应力-应变的关系反映出钢材的主要力学特征。
一、力学性能:
强度试验:低碳钢的拉伸实验
标准试件:按照一定的要求,对表面进行车削加工后的试件。
l0
A0
d0
l
头部
头部
工作段
非标准试件: 不经过加工,直接在线材上切取的试件。
ε
0
A
0
B
C
B
0
D
C
E
D
F
E
C上
上屈服点
C下
下屈服点
OB—弹性阶段
BC—屈服阶段
CD—强化阶段
DE—颈缩阶段
低碳钢拉伸过程的σ-ε图
σ
根据低碳钢受拉时的σ-ε曲线可了解到抗拉性能的下列特征指标。
1 .弹性阶段可得到弹性模量E和比例极限
2 .屈服阶段可得到屈服强度
3 .强化阶段压力曲线又有上升趋势这一阶段可得到抗拉强度
4 .颈缩阶段当试件达到时,在承载力最弱的截面处,截面收缩,局部变细,并且荷载下降直至拉断,本阶段可得到收缩率和伸长率
σp
术语解释
1、弹性模量和比例极限:
钢材受力初期,应力与应变成正比例增长,应力与应变之比是常数,称为弹性模量即E=σ/ε。这个阶段的最大应力(A点的对应值)
称为比例极限σa。
E值越大,抵抗弹性变形的能力越大;在一定荷载作用下,E值越大,材料发生的弹性变形量越小。一些对变形要求严格的构件,为了把弹性变形控制在一定限度内,应选用刚度大的钢材。
ε
0
A
0
B
C
B
0
D
C
E
D
F
E
C上
上屈服点
C下
下屈服点
σ
2、弹性极限:
应力超过比例极限后,应力-应变曲线略有弯曲,应力与应变不再成正比例关系,但卸去外力时,试件变形仍能立即消失,此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力(B点对应值)称为弹性极限σb。事实上,σa和σb相当接近。
ε
0
A
0
B
C
B
0
D
C
E
D
F
E
C上
上屈服点
C下
下屈服点
σ
3、屈服强度: 屈服强度:钢材开始丧失对变形的抵抗能力,并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。在屈服阶段,锯齿形的最高点所对应的应力称为屈服上限;锯齿形的最低点所对应的应力称为屈服下限。屈服上限与试验过程中的许多因素有关。屈服下限比较稳定,容易测试,所以规范规定以屈服下限的应力值作为钢材的屈服强度,用σs表示。
ε
0
A
0
B
C
B
0
D
C
E
D
F
E
C上
上屈服点
C下
下屈服点
σ
中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象,%残余变形所对应的应力值作为条件屈服强度,。屈服强度对钢材使用意义重大,一方面,当构件的实际应力超过屈服强度时,将产生不可恢复的永久变形;另一方面,当应力超过屈服强度时,受力较高部位的应力不再提高,而自动将荷载重新分配给某些应力较低部位。因此,屈服强度是确定容许应力的主要依据。
σ
ε
0
A
%
a
b
4、抗拉强度(极限强度): 当钢材屈服到一定程度后,由于内部晶粒重新排列,其抵抗变形的能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达到最大值。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塑性变形,此处试件界面迅速缩小,出现颈缩现象,直到断裂破坏。抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力,即当拉应力达到强度极限时,钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。抗拉强度虽然不能直接作为计算依据,但屈服强度与抗拉强度的比值,即“屈强比”(σs/σb)对工程应用有较大意义。屈强比愈小,反映钢材在应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大,即延缓结构损坏过程的潜力愈大,因而结构愈安全。但屈强比过小时,钢材强度的有效利用率低,造成浪费。~,~
5、疲劳强度: 受交变荷载反复作用,钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象。称为疲劳破坏。疲劳破坏首先是从局部缺陷处形成细小裂纹,由于裂纹尖端处的应力集中使其逐渐扩展,直至最后断裂。疲劳破坏是在