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先介紹鋼材的拉伸實(shí)驗(yàn)和應(yīng)力應(yīng)變圖: 在外力作用下,材料抵抗變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。測(cè)定鋼材強(qiáng)度的主要方法是拉伸試驗(yàn),鋼材受拉時(shí),在產(chǎn)生應(yīng)力的同時(shí),相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)變。應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系反映出鋼材地主要力學(xué)特征。從圖2-3低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系中可看出,低碳鋼從受拉到拉斷,經(jīng)歷了四個(gè)階段:彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段。 (1)OA段 彈性階段 在OA段,如卸去荷栽,試件將恢復(fù)原來(lái)形狀,表現(xiàn)為彈性變形,與A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為彈力極限,用бp表示。此階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比,其比值為常數(shù),稱為彈性模量。 (2)AB段 屈服階段 當(dāng)荷載增大,試件應(yīng)力超過(guò)бp時(shí),應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比例,開始產(chǎn)生塑性變形。B上為屈服上限,B下是指不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)的屈服階段最小應(yīng)力。它較穩(wěn)定易測(cè),故一般以B下點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度取值依據(jù),屈服點(diǎn)應(yīng)力用бs表示。 (3)BC段 強(qiáng)化階段 當(dāng)荷載超過(guò)屈服點(diǎn)后,試件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,抵抗變形能力重新提高,稱為強(qiáng)化階段。對(duì)應(yīng)最高點(diǎn)C的應(yīng)力,稱為抗拉強(qiáng)度,用бb表示。 (4)CD段 頸縮階段 當(dāng)鋼材強(qiáng)化達(dá)到最高點(diǎn)后,在試件薄弱處的截面將顯著縮小,產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”。塑性變形迅速增加,拉力下降,直至斷裂?! ±煨阅苁墙ㄖ摬淖钪匾男阅?。通過(guò)對(duì)鋼材進(jìn)行抗拉試驗(yàn)所測(cè)的的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率是鋼材的四個(gè)重要技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)。 (1) 彈性模量 鋼材受力初期,應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長(zhǎng),應(yīng)力與應(yīng)變之比為常數(shù),稱為彈性模量,即E =б/ε。這個(gè)階段的最大應(yīng)力(P點(diǎn)對(duì)應(yīng)值)稱為比例極限бp?! 椥阅A糠从沉瞬牧鲜芰r(shí)抵抗彈性變形的能力,即材料的剛度,它是鋼材在靜荷載作用下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的一個(gè)重要指標(biāo)。(2) 彈性極限 應(yīng)力超過(guò)比例極限后,應(yīng)力-應(yīng)變曲線略有彎曲,應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比例關(guān)系,但卸去外力時(shí),試件變形能立即消失,此階段產(chǎn)生的變形是彈性變形。不產(chǎn)生殘留塑性變形的最大應(yīng)力(e點(diǎn)對(duì)應(yīng)值)稱為彈性極限бe。事實(shí)上,бp與бe相當(dāng)接近。(3) 屈服強(qiáng)度 當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后,變形增加較快,此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外,還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后,塑性應(yīng)變急劇增加,曲線出現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)的小平臺(tái),這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定,因此以它作為材料抗力的指標(biāo),稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度,用бs表示。 (4) 極限強(qiáng)度 當(dāng)鋼材屈服到一定程度后,由于內(nèi)部晶粒重新排列,其抵抗變形能力又重新提高,此時(shí)變形雖然發(fā)展很快,但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高,直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后,鋼材抵抗變形的能力明顯降低,并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形,此處試件截面迅速縮小,出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象,直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值(b點(diǎn)對(duì)應(yīng)值)稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度бb。 鋼材在實(shí)際應(yīng)用中的工作范圍都是設(shè)計(jì)在屈服強(qiáng)度范圍內(nèi)。因?yàn)樵谇?qiáng)度范圍內(nèi)鋼材都是彈性變形或者很小的塑性變形。當(dāng)超出屈服強(qiáng)度后,鋼材就會(huì)很快發(fā)生塑性變形,這時(shí)的鋼材就已經(jīng)不能正常工作了。所以鋼材的強(qiáng)度等級(jí)要用屈服強(qiáng)度來(lái)劃分,而不能用抗拉強(qiáng)度來(lái)劃分。
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因?yàn)橛脴O限抗拉強(qiáng)度的話安全系數(shù)太低了,長(zhǎng)期在靜荷載和各種動(dòng)荷載的作用下,變形比較大,那就不安全了。用屈服強(qiáng)度就是要提高安全系數(shù),使鋼材對(duì)力的承受留有余地,這樣不是不想物盡其用,而是要保險(xiǎn)起見?。?!明白了嗎?你要看一下《材料力學(xué)》這本書,里面有原理,這是土木工程專業(yè)必學(xué)的課程
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因?yàn)閷?shí)際用途上鋼材如果用極限抗拉強(qiáng)度來(lái)劃分可能造成危險(xiǎn)。因?yàn)橛绊懫鹂估瓘?qiáng)度的因素很多