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

鋼結構原理與設計思考題答案

一、鋼材性能相關

• 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別
  • 塑性破壞是由于變形過大，超過了材料或構件可能的應變能力而產生的，而且僅在構件的應力達到了鋼材的抗拉輕度fu后才發生。破壞前構件產生較大的塑性變形，斷裂后的端口呈纖維狀，色澤發暗。在塑性破壞前，構件發生較大的塑性變形，且變形持續的時間較長，容易及時被發現而采取補救措施，不致引起嚴重后果。另外，塑性變形后出現內力重分布，使結構中原先受力不等的部分應力趨于均勻，因而提高了結構的承載能力。
  • 脆性破壞是在破壞前沒有任何預兆，無法及時察覺和采取補救措施，而且個別構件的斷裂常會引起整體結構塌毀，后果嚴重，損失較大。冶金和機械加工過程中產生的缺陷，特別是缺口和裂紋，常是斷裂的發源地。
• 鋼材的主要性能及衡量指標
  • 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。
  • 應力集中的影響。
• 化學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，若重復地卸載加載，將使鋼材彈性極限提高，塑性降低，這種現象稱為鋼材的應變硬化或冷作硬化。
  • 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。
• 鋼材的應力集中及影響
  • 鋼結構的構件中有時存在孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改變時，構件中的應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，出現應力線曲折、密集、產生高峰應力，這種現象稱為應力集中現象。
  • 應力集中是引起脆性破壞的根源。
• 鋼材的疲勞及影響因素
  • 根據試驗，鋼材在直接的、連續反復的動力荷載作用下，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，這種現象稱為鋼材的疲勞。
  • 應力集中的程度。

二、鋼結構設計相關

• 復雜應力作用下鋼材的屈服條件及影響
  • 暫無詳細答案
• 鋼結構中選擇鋼材時的考慮因素
  • 結構的重要性。
  • 荷載情況。
  • 連接方法。
  • 工作條件。
  • 鋼材厚度。