第三章工程结构材料的物理力学性能PPT讲稿.ppt
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1、第三章工程结构材料的物理力学性能第1页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能1、简单应力下钢材的性能(1)钢材的应力-应变关系 曲线形式:有明显流幅的:弹性、屈服、强化和颈缩阶段 没有明显流幅的:没有明显的屈服阶段 曲线简化:屈服前:完全弹性的;屈服后:完全塑性的。第2页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能(2)钢材的强度指标屈服强度:设计时钢材允许达到的最大应力 有明显流幅的钢材:取屈服点的应力;无有明显流幅的钢材:取条件屈服强度。
2、条件屈服强度:残余应变为0.2%对应的应力。极限强度:材料能承受的最大应力反映安全储备屈强比:屈服强度/极限强度(3)钢材的塑性指标伸长率:拉断后构件伸长率截面收缩率:拉断后面积缩小率 冷弯性能:以冷弯的角度来衡量 第3页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能2、复杂应力下钢材的性能(1)复杂应力状态下的屈服条件判别方法:用能量理论建立屈服条件,用折算应力判别 当 时,钢材没有屈服 当 时,钢材屈服。折算应力 以主应力表示:以应力分量表示 第4页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性
3、能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能 分析结果:主应力同号时,不易屈服,塑性下降,越接近越明显。主应力异号时,易屈服,破 坏呈塑性,差别越大越明显。(2)反复荷载下钢材的疲劳 疲劳破坏:在低于强度的应力反复作用下,所发生破坏。疲劳破坏特点:包括裂纹形成,缓慢发展和迅速断裂三个过程 没有明显的变形,脆性破坏 第5页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能 影响因素:荷载的的性质:拉、压、剪等 应力循环特征:(应力比 )静载(=1)同号循环(0)脉冲循环(=0)异号循环(0)完全对称循环(-1)循环次数:应力
4、比一定时,疲劳强度与荷载的循环次数有关。第6页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能疲劳极限:当最大应力小于某一数值,反复荷载循环无穷次,材料也不会破坏。疲劳曲线(试验结果)循环N次 包络线ABCD简化疲劳曲线 ABCD的方程 BCD(拉为主)AB(压为主)第7页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能3 影响钢材性能的一般因素(1)化学成分 碳:提高强度;但塑性,可焊性、耐锈蚀性等劣化。锰:提高强度,改善脆性;但对可焊性和耐锈力不利。硅
5、:提高强度,但含量过高,对塑性可焊性耐锈力不利。硫:高温时变脆,降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。磷:提高强度和耐锈力,低温变脆,降低塑性可焊性等。(2)钢材缺陷 偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性 裂纹:先天的裂纹,或是微观的或是宏观的 分层:在厚度方向分成多层,各层相互连接,并不脱离 夹杂物:尤其是硫化物和氧化物等第8页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能(3)钢材的硬化时效硬化:现象:时间增加,强度提高,塑性下降。特点:过程很长,反复荷载和高温下易产生。冷作硬化:常温下产生塑性变形后屈服点提高,塑性降低
6、。应变时效:产生塑性变形后,特别是在高温下,使已经产 生冷作硬化的钢材又发生时效硬化。第9页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能(4)温度 在正常温度下:基本不随温度变化 在高温度下:温度升高,强度、弹性模量均有下降趋势 蓝脆现象:250左右,抗拉强度反而提高,塑性和韧性下降。在低温时:温度降低,强度略提高,塑性等下降,有脆性倾向。冷脆现象:当温度降低至某一温度以下时,材料变脆。第10页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能(5)应力
7、集中 现象:当构件内部缺陷或截面形状等改变时,应力分布 不均匀,出现局部高峰应力,促使钢材变脆。影响因素:截面变化愈剧烈,应力集中现象愈明显。第11页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能4、结构对钢材的要求及钢材的分类(1)结构对钢材的要求 具有较高的屈服强度和极限强度;具有良好的塑性和韧性 具有良好的工艺加工性能;良好的耐锈蚀能力 与混凝土良好的粘结力(2)钢材的选择:结构或构件的类型及重要性;作用的性质(静力和动力作用);连接方式(焊接、铆接或螺栓连接);工作环境(温度和腐蚀等)。第12页,共34页,编辑于2
8、022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材的物理力学性能(3)结构用钢材的分类 碳素钢:强度等级:按屈服强度分五个品种,Q195Q275。质量等级:A、B、C、D四级,对冲击韧性要求不同 脱氧方式:镇静、半镇静、沸腾和特殊镇静,用ZbF和TZ示例:Q235Bb表示屈服强度为235,B级半镇静钢 低合金钢:强度等级:按屈服强度分五个品种,Q295Q460。质量等级:A、B、C、D、E五级,对冲击韧性要求不同 脱氧方式:镇静和特殊镇静钢 热处理钢第13页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 一、钢材的物理力学性能一、钢材
9、的物理力学性能(4)(4)钢材的规格钢材的规格钢板钢板:以“宽度厚度长度”或“宽度厚度”表示型钢型钢:角钢角钢:等边“L肢宽厚度”;不等边“L长肢宽短肢宽厚度”工字钢工字钢:普通工字钢以I+截面的高度;轻型工字钢前面加Q 槽钢槽钢:有普通槽钢和轻型槽钢两种,用截面的高度编号 H H型钢型钢:热扎和焊接两种,“高度*宽度*腹板厚度*翼缘厚度”钢管钢管:有热轧无缝钢管和焊接钢管。以“外径壁厚”表示薄壁型钢薄壁型钢:用薄钢板冷轧而成,形式及尺寸可以变化。钢筋钢筋 按照表面形状按照表面形状:有光面钢筋和变形钢筋 钢筋种类钢筋种类:热轧钢筋:分HRB235、HRB335和HRB400或RRB400三级,
10、符号+直径 预应力钢丝:有光面碳素、螺旋肋和三面刻痕钢丝三种,符号+直径 预应力钢绞线:多根钢丝绞合制成。“1股数公称直径”表示 热处理钢筋:HT+钢筋表示 第14页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能1、简单受力下混凝土的性能(1)受压的应力应变关系曲线特征应力小:近似线性关系应力大:非线性关系近峰值:不稳定非线性下降段:反弯点后平缓 主要影响因素混凝土强度:强度提高,峰值点应变高;下降段陡延性差加载速度:愈大,强度高,峰值应变低;下降段陡延性差第15页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材
11、料的性能材料的性能 二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能数学模型 普通混凝土:(C50以下)=0.002,n=2 0.002(均匀压),0.0033(不均匀压、弯)高强混凝土(C50以上)第16页,共34页,编辑于2022年,星期二第三章:第三章:材料的性能材料的性能 二、混凝土的物理力学性能二、混凝土的物理力学性能(2)简单受力下混凝土的强度立方体抗压强度立方体抗压强度标准方法制作,边长150mm立方体,28天龄期,进行抗压实验得到的破坏时试件的平均压应力。立方体抗压强度标准值:95%保证率的立方体抗压强度值。用途:力学性能的基本代表值,混凝土强度等级划分依据。强度等级:按立方体
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