鋼材在單向一次拉伸下的工作性能
2020-07-27 09:48 陜西鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)公司
鋼材的多項性能指標可以通過單向一次拉伸試驗獲得。試驗一般都是在標準條件下進行的，即：試件的尺寸符合國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽等缺陷;荷載分級逐次增加，直到試件破壞;室溫為20℃左右。下圖給出了相應(yīng)鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線。由低碳鋼和低合金鋼的試驗曲線看出，在比例極限以前鋼材的工作是彈性的;比例極限以后，進入了彈塑性階段;達到了屈服點后，出現(xiàn)了一段純塑性變形，也稱為塑性平臺;此后強度又有所提高，出現(xiàn)所謂自強階段，直至產(chǎn)生頸縮而破壞。破壞時的殘余延伸率表示鋼材的塑性性能。調(diào)質(zhì)處理的低合金鋼沒有明顯的屈服點和塑性平臺。這類鋼的屈服點是以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2%所對應(yīng)的應(yīng)力人為定義的，稱為名義屈服點。
鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線提供了三個重要的力學(xué)性能指標：抗拉強度、伸長率和屈服點?？估瓘姸仁卿摬牡闹匾獜姸戎笜?，它反映鋼材受拉時所能承受的極限應(yīng)力。伸長率是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標，以試件破壞后在標定長度內(nèi)的殘余應(yīng)變表示。取圓試件直徑的5倍或10倍為標定長度，屈服點是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)力允許達到的最大限值，因為當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達到屈服點時，結(jié)構(gòu)會因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載。承重結(jié)構(gòu)的鋼材需要滿足相應(yīng)國家標準對上述三項力學(xué)性能指標的要求。
斷面收縮率是試樣拉斷后，頸縮處橫斷面積的最大縮減量與原始橫斷面積的百分比，也是單調(diào)拉伸試驗提供的一個塑性指標。斷面收縮率越大，塑性越好。在國家標準《厚度方向性能鋼板》中，使用沿厚度方向的標準拉伸試件的斷面收縮率來定義Z向鋼的種類，如斷面收縮率分別大于或等于15%、25%、35%時，為Z15、z25、z35鋼。由單調(diào)拉伸試驗還可以看出鋼材的韌性好壞。韌性可以用材料破壞過程中單位體積吸收的總能量來衡量，包括彈性能和非彈性能兩部分，其數(shù)值等于應(yīng)力—應(yīng)變曲線下的總面積。當(dāng)鋼材有脆性破壞的趨勢時，裂紋擴展釋放出來的彈性能往往成為裂紋繼續(xù)擴展的驅(qū)動力，而擴展前所消耗的非彈性能量則屬于裂紋擴展的阻力。因此，靜力韌性中非彈性能所占的比例越大，材料抵抗脆性破壞的能力越高。
由上圖可以看到，屈服點以前的應(yīng)變很小，如把鋼材的彈性工作階段提高到屈服點，且不考慮自強階段，則可以把應(yīng)力—應(yīng)變曲線簡化為下圖所示的兩條直線，稱為理想彈塑性體的工作曲線。它表示鋼材在屈服點以前應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律，接近理想彈性體工作;屈服點以后塑性平臺階段又近似于理想的塑性體工作。這一簡化，與實際誤差不大，卻大大方便了計算，成為鋼結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計和塑性設(shè)計的理論基礎(chǔ)。
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