钢材在单向一次拉伸下的工作性能

2020-07-27 09:48 陕西钢结构 钢结构公司

　　钢材的多项性能指标可以通过单向一次拉伸试验获得。试验一般都是在标准条件下进行的，即：试件的尺寸符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷;荷载分级逐次增加，直到试件破坏;室温为20℃左右。下图给出了相应钢材的单调拉伸应力—应变曲线。由低碳钢和低合金钢的试验曲线看出，在比例极限以前钢材的工作是弹性的;比例极限以后，进入了弹塑性阶段;达到了屈服点后，出现了一段纯塑性变形，也称为塑性平台;此后强度又有所提高，出现所谓自强阶段，直至产生颈缩而破坏。破坏时的残余延伸率表示钢材的塑性性能。调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台。这类钢的屈服点是以卸载后试件中残余应变为0.2%所对应的应力人为定义的，称为名义屈服点。

　　钢材的单调拉伸应力—应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：抗拉强度、伸长率和屈服点。抗拉强度是钢材的重要强度指标，它反映钢材受拉时所能承受的极限应力。伸长率是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，以试件破坏后在标定长度内的残余应变表示。取圆试件直径的5倍或10倍为标定长度，屈服点是钢结构设计中应力允许达到的最大限值，因为当构件中的应力达到屈服点时，结构会因过度的塑性变形而不适于继续承载。承重结构的钢材需要满足相应国家标准对上述三项力学性能指标的要求。

　　断面收缩率是试样拉断后，颈缩处横断面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比，也是单调拉伸试验提供的一个塑性指标。断面收缩率越大，塑性越好。在国家标准《厚度方向性能钢板》中，使用沿厚度方向的标准拉伸试件的断面收缩率来定义Z向钢的种类，如断面收缩率分别大于或等于15%、25%、35%时，为Z15、z25、z35钢。由单调拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。韧性可以用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡量，包括弹性能和非弹性能两部分，其数值等于应力—应变曲线下的总面积。当钢材有脆性破坏的趋势时，裂纹扩展释放出来的弹性能往往成为裂纹继续扩展的驱动力，而扩展前所消耗的非弹性能量则属于裂纹扩展的阻力。因此，静力韧性中非弹性能所占的比例越大，材料抵抗脆性破坏的能力越高。

　　由上图可以看到，屈服点以前的应变很小，如把钢材的弹性工作阶段提高到屈服点，且不考虑自强阶段，则可以把应力—应变曲线简化为下图所示的两条直线，称为理想弹塑性体的工作曲线。它表示钢材在屈服点以前应力与应变关系符合虎克定律，接近理想弹性体工作;屈服点以后塑性平台阶段又近似于理想的塑性体工作。这一简化，与实际误差不大，却大大方便了计算，成为钢结构弹性设计和塑性设计的理论基础。

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