鋼材在單向一次拉伸下的工作性能
2020-07-27 09:48 陜西鋼結構 鋼結構公司
鋼材的多項性能指標可以通過單向一次拉伸試驗獲得。試驗一般都是在標準條件下進行的，即：試件的尺寸符合國家標準，表面光滑，沒有孔洞、刻槽等缺陷;荷載分級逐次增加，直到試件破壞;室溫為20℃左右。下圖給出了相應鋼材的單調拉伸應力—應變曲線。由低碳鋼和低合金鋼的試驗曲線看出，在比例極限以前鋼材的工作是彈性的;比例極限以后，進入了彈塑性階段;達到了屈服點后，出現了一段純塑性變形，也稱為塑性平臺;此后強度又有所提高，出現所謂自強階段，直至產生頸縮而破壞。破壞時的殘余延伸率表示鋼材的塑性性能。調質處理的低合金鋼沒有明顯的屈服點和塑性平臺。這類鋼的屈服點是以卸載后試件中殘余應變為0.2%所對應的應力人為定義的，稱為名義屈服點。
鋼材的單調拉伸應力—應變曲線提供了三個重要的力學性能指標：抗拉強度、伸長率和屈服點?？估瓘姸仁卿摬牡闹匾獜姸戎笜?，它反映鋼材受拉時所能承受的極限應力。伸長率是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標，以試件破壞后在標定長度內的殘余應變表示。取圓試件直徑的5倍或10倍為標定長度，屈服點是鋼結構設計中應力允許達到的最大限值，因為當構件中的應力達到屈服點時，結構會因過度的塑性變形而不適于繼續承載。承重結構的鋼材需要滿足相應國家標準對上述三項力學性能指標的要求。
斷面收縮率是試樣拉斷后，頸縮處橫斷面積的最大縮減量與原始橫斷面積的百分比，也是單調拉伸試驗提供的一個塑性指標。斷面收縮率越大，塑性越好。在國家標準《厚度方向性能鋼板》中，使用沿厚度方向的標準拉伸試件的斷面收縮率來定義Z向鋼的種類，如斷面收縮率分別大于或等于15%、25%、35%時，為Z15、z25、z35鋼。由單調拉伸試驗還可以看出鋼材的韌性好壞。韌性可以用材料破壞過程中單位體積吸收的總能量來衡量，包括彈性能和非彈性能兩部分，其數值等于應力—應變曲線下的總面積。當鋼材有脆性破壞的趨勢時，裂紋擴展釋放出來的彈性能往往成為裂紋繼續擴展的驅動力，而擴展前所消耗的非彈性能量則屬于裂紋擴展的阻力。因此，靜力韌性中非彈性能所占的比例越大，材料抵抗脆性破壞的能力越高。
由上圖可以看到，屈服點以前的應變很小，如把鋼材的彈性工作階段提高到屈服點，且不考慮自強階段，則可以把應力—應變曲線簡化為下圖所示的兩條直線，稱為理想彈塑性體的工作曲線。它表示鋼材在屈服點以前應力與應變關系符合虎克定律，接近理想彈性體工作;屈服點以后塑性平臺階段又近似于理想的塑性體工作。這一簡化，與實際誤差不大，卻大大方便了計算，成為鋼結構彈性設計和塑性設計的理論基礎。
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