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1. 金属结构材料和性能
目录
1. 金属结构材料和性能§§§§、标号、规格及选用

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钢材在单向均匀拉力作用下的性能常用静力拉伸试验曲线,即应力-应变曲线表示。
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低碳钢受拉时的应力-应变曲线
从图上可看出,整个拉伸过程,钢材经历了如下四个阶段:
(1)弹性阶段(OE段)
(2)屈服阶段(ECF段)
(3)强化阶段(FB段)
(4)紧缩阶段(BD段)

在曲线OE段,钢材处于弹性阶段,即荷载增加时变形也增加,荷载降低到零则变形也降低到零。
(1)弹性阶段(OE段)
OA段:荷载与伸长成比例(应力与应变成比例),完全符合虎克定律,fp为比例极限。
AE段:荷载与伸长不成成比例,fe为弹性极限。
低碳钢受拉时的应力-应变曲线

当荷载超过Ne( )后变形与荷载不成正比,变形增加很快,曲线呈锯齿形波动,甚至荷载不增加时,变形继续发展,这就是钢材的屈服。
⑵屈服阶段(ECF段)
低碳钢受拉时的应力-应变曲线
屈服阶段曲线上下波动,波动曲线的下限,称为屈服极限或屈服点,用fy
E-F点的应变幅度称为流幅,流幅越大钢材的塑性越好。

屈服阶段后钢材的晶粒重新排列,使之能抵抗更大的荷载,曲线略有上升,达到顶点B,这个阶段称为强化阶段。
(3)强化阶段(FB段)
低碳钢受拉时的应力-应变曲线
对应于B点的荷载Nu是试件所能能承受的最大荷载,叫极限荷载,相应的应力fu称为抗拉强度或极限强度或强度极限。

(4)紧缩阶段(BD段)
低碳钢受拉时的应力-应变曲线
当荷载达到极限值时,在试件材料质量较差处的截面出现局部横向收缩,截面面积开始明显缩小,塑性变形迅速增大,这种现象叫颈缩现象。
钢材颈缩后,荷载不断减少,变形却继续发展,直到D点试件断裂。

由钢材受拉时的应力-应变曲线得出的结论
①由于比例极限fp 、弹性极限fe 和屈服极限fy 很接近,在计算金属结构时可以认为刚材在屈服极限之前是弹性体。当应力达到屈服极限后,结构将产生很大的、使用上不允许的残余变形,因此,设计时取屈服极限为钢材可达到的最大应力。
②钢材在屈服极限之前接近理想的弹性体,屈服极限之后的流幅现象又接近理想的塑性体,因此可认为钢材最符合理想的弹性-塑性材料。
③强度极限fu是材料抗拉的最大承载力,但材料破坏时塑性变形太大,故强度极限不能作为计算依据,只能作为强度储备。

对于接近理想弹塑性体的钢材,采用米塞斯准则较好,该准则认为:材料的形状改变比能达到某一极限值时,材料开始屈服。即所谓第四强度理论。
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钢材在复杂应力状态下的屈服条件:
弹性状态
塑性状态
,钢材进入塑性状态,。

①在同号平面主应力作用下,钢材极限强度和弹性工作范围有所提高,塑性下降。在异号平面主应力作用下,情况正好相反。
②在三向主应力作用下,情况同上。前者如裂纹尖端处应力集中,后者如受局部挤压区域。
钢材在复杂应力作用下的性能发生的变化