鋼材塑性破壞和脆性破壞的區(qū)別,鋼材的主要性能及衡量指標(biāo),影響鋼材性能的主要因素,化學(xué)元素對鋼材性能的影響,冷作

鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計思考題答案

一、鋼材性能相關(guān)

• 鋼材性能要求
  • 較高的強度，較好的變形能力，良好的工藝性能。
• 鋼材塑性破壞和脆性破壞的區(qū)別
  • 塑性破壞是由于變形過大，超過了材料或構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的，而且僅在構(gòu)件的應(yīng)力達到了鋼材的抗拉輕度fu后才發(fā)生。破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形，斷裂后的端口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在塑性破壞前，構(gòu)件發(fā)生較大的塑性變形，且變形持續(xù)的時間較長，容易及時被發(fā)現(xiàn)而采取補救措施，不致引起嚴(yán)重后果。另外，塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，因而提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。
  • 脆性破壞是在破壞前沒有任何預(yù)兆，無法及時察覺和采取補救措施，而且個別構(gòu)件的斷裂常會引起整體結(jié)構(gòu)塌毀，后果嚴(yán)重，損失較大。冶金和機械加工過程中產(chǎn)生的缺陷，特別是缺口和裂紋，常是斷裂的發(fā)源地。
• 鋼材的主要性能及衡量指標(biāo)
  • 屈服點fy，抗拉強度fy，伸長率δ，冷彎性能，沖擊韌性。
• 影響鋼材性能的主要因素
  • 化學(xué)成分的影響。
  • 冶煉、澆注、軋制過程及熱處理的影響。
  • 鋼材的硬化。
  • 溫度的影響。
  • 應(yīng)力集中的影響。
• 化學(xué)元素對鋼材性能的影響
  • 碳直接影響鋼材的強度、塑性、韌性和可焊性等。
  • 硫和磷降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強度。
  • 氧使鋼熱脆，氮使鋼冷脆。
  • 釩和鈦是提高鋼的強度和抗腐蝕性又不顯著降低鋼的塑性。
  • 銅能提高鋼的強度和抗腐蝕性能，但對可焊性不利。
• 冷作硬化和時效硬化
  • 鋼材受荷超過彈性范圍以后，若重復(fù)地卸載加載，將使鋼材彈性極限提高，塑性降低，這種現(xiàn)象稱為鋼材的應(yīng)變硬化或冷作硬化。
  • 軋制鋼材放置一段時間后，強度提高，塑性降低，稱為時效硬化。
• 溫度對鋼材性能的影響
  • 溫度升高，鋼材強度降低，應(yīng)變增大，反之溫度降低，鋼材強度會略有增加，塑性和韌性卻會降低而變脆。
• 鋼材的應(yīng)力集中及影響
  • 鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中有時存在孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改變時，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在缺陷以及截面突然改變處附近，出現(xiàn)應(yīng)力線曲折、密集、產(chǎn)生高峰應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中現(xiàn)象。
  • 應(yīng)力集中是引起脆性破壞的根源。
• 鋼材的疲勞及影響因素
  • 根據(jù)試驗，鋼材在直接的、連續(xù)反復(fù)的動力荷載作用下，鋼材的強度將會降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強度fu，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。
  • 應(yīng)力集中的程度。

二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)

• 復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件及影響
  • 暫無詳細(xì)答案
• 鋼結(jié)構(gòu)中選擇鋼材時的考慮因素
  • 結(jié)構(gòu)的重要性。
  • 荷載情況。
  • 連接方法。
  • 工作條件。
  • 鋼材厚度。