《金属结构设计》第一章金属结构和性能素材.ppt

1. 金属结构材料和性能§1.1钢材的性能§1.2影响钢材性能的主要因素§1.3钢材的疲劳§1.4钢材的种类、标号、规格及选用 §1.1钢材的性能 §1.1.1钢材在单向均匀拉力作用下的性能 §1.1.2钢材在复杂应力状态下的性能 §1.1.3钢材的塑性 §1.1.4钢材的韧性 §1.1.5钢材的可焊性 §1.1.6钢材的冷弯性能 §1.1.7钢材的耐久性 §1.1.8钢材的破坏形式 §1.1.1钢材在单向均匀拉力作用下的性能 (1)弹性阶段（OE段） ⑵屈服阶段（ECF段） (3)强化阶段（FB段） (4)紧缩阶段（BD段） §1.1.2钢材在复杂应力状态下的性能 钢材在复杂应力作用下的性能发生的变化 §1.1.3钢材的塑性 §1.1.4钢材的韧性 §1.1.5钢材的可焊性 §1.1.6钢材的冷弯性能 §1.1.7钢材的耐久性 §1.1.8钢材的破坏形式 §1.2影响钢材性能的主要因素 §1.2.1化学成分的影响 §1.2.2冶金和轧制过程的影响 §1.2.3时效的影响 §1.2.4温度的影响 §1.2.5冷作硬化的影响 §1.2.6应力集中的影响 §1.2.7残余应力的影响 §1.2.1化学成分的影响 碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）杂质元素的影响 碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）杂质元素的影响 碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）杂质元素的影响 硫（S）、磷（P）有害元素的影响 氧（O）、氮（N）有害元素的影响 §1.2.2冶金和轧制过程的影响 §1.2.3时效的影响 §1.2.4温度的影响 钢材温度从常温下降时的情况 §1.2.5冷作硬化的影响 §1.2.6应力集中的影响 应力流示图 §1.2.7残余应力的影响 §1.3钢材的疲劳 §1.3.1钢材疲劳破坏的特征 ⑴疲劳破坏的特点 ⑵疲劳破坏的原因 ⑴疲劳破坏的特点 ⑵疲劳破坏的原因 §1.3.2钢材的疲劳强度 几个概念 常幅应力循环形式 §1.3.3金属结构疲劳计算 ⑴常幅疲劳计算 容许应力幅[Δσ]来源 ⑵变幅疲劳计算 §1.4钢材的种类、标号、规格及选用 §1.4.1钢材的种类和标号 新旧规范低合金钢材牌照对照表 §1.4.2钢材选用的原则 §1.4.3钢材的规格 ⑴轧制钢板  ⑵热轧型钢  ⑶薄壁型钢 ⑴轧制钢板 ⑵热轧型钢 ⑶薄壁型钢 1.金属结构材料和性能 钢材的疲劳：钢材在循环应力多次反复作用下裂纹生成、扩 展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳或疲劳 破坏。 §1.3.1钢材疲劳破坏的特征 §1.3.2钢材的疲劳强度 §1.3.3金属结构疲劳计算 1.金属结构材料和性能 1.金属结构材料和性能 ①荷载多次反复作用在构件上； ②破坏是突然发生的，破坏发生前无明显的 塑性变性； ③破坏发生时，应力低于抗拉强度（强度极 限），甚至低于屈服极限； ④疲劳破坏的断口上，通常呈现两个区域， 一个光滑区域，一个是粗粒状区域。其 表面有较清楚的疲劳纹理。 1.金属结构材料和性能 由此可见，钢材的疲劳破坏首先是由于钢材内部结构不均匀和应力分布不均匀所引起的。应力集中可以使个别晶粒很快出现塑性变形及硬化等，从而大大降低了钢材的疲劳强度。 局部缺陷 产生应力集中(循环载荷的反复作用) 出现塑性变形,并硬化而逐渐形成一些微观裂纹 细微裂纹随着循环次数的增加而不断扩展 逐渐发成为钢材内部宏观裂纹 截面减弱，应力集中现象急速加剧，最后晶体内的结合力终于抵抗不住高峰应力，钢材突然断裂 1.金属结构材料和性能 应 力 种 类 应 力 循 环 形 式 应 力 循 环 次 数 应 力 集 中 残 余 应 力 钢材的疲劳 强度与 有关 1.金属结构材料和性能 循环荷载——结构或构件承受的随时间变化的荷载；应力幅（△σ）—在循环荷载作用下，应力从最大到最小重 复一周为一次循环，最大应力与最小应力 之差为应力幅。△σ=σmax?-?σmin?。应力循环次数（n）——结构或构件破坏时所经历的应力变 化次数。常幅循环荷载——所有应力循环中，应力幅保持常量。变幅循环荷载——在应力循环过程中，应力幅是变量。 1.金属结构材料和性能 1.金属结构材料和性能 本节所述疲劳计算只适用于常温下、无强烈腐蚀环境中金属结构的高周低应变疲劳计算(应力循环次数n≥105)。计算范围只限于直