工程结构材料的物理力学性能.ppt

第三章：工程结构材料的物理力学性能 内容提要 一、钢材的物理力学性能 二、混凝土的物理力学性能 三、砌体的材料及力学性能 四、本章要点 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 1、简单应力下钢材的性能 (1)钢材的应力-应变关系 ?曲线形式： ?有明显流幅的： 弹性、屈服、强化和颈缩阶段 ?没有明显流幅的： 没有明显的屈服阶段 ?曲线简化： 屈服前：完全弹性的； 屈服后：完全塑性的。 第三章：材料的性能  一、钢材的物理力学性能 (2)钢材的强度指标 ?屈服强度：设计时钢材允许达到的最大应力 ?有明显流幅的钢材：取屈服点的应力； ?无有明显流幅的钢材：取条件屈服强度。 ?条件屈服强度：残余应变为0.2%对应的应力。 ?极限强度：材料能承受的最大应力反映安全储备 ?屈强比：屈服强度/极限强度 (3)钢材的塑性指标 ?伸长率：拉断后构件伸长率 ?截面收缩率：拉断后面积缩小率 ?冷弯性能：以冷弯的角度来衡量 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 2、复杂应力下钢材的性能 (1)复杂应力状态下的屈服条件 ?判别方法：用能量理论建立屈服条件，用折算应力判别 ?当 时，钢材没有屈服 ?当 时，钢材屈服。 ?折算应力 ?以主应力表示： ?以应力分量表示 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 ?分析结果： ?主应力同号时，不易屈服， 塑性下降，越接近越明显。 ?主应力异号时，易屈服，破 坏呈塑性，差别越大越明显。 (2)反复荷载下钢材的疲劳 ?疲劳破坏：在低于强度的应力反复作用下，所发生破坏。 ?疲劳破坏特点： ? 包括裂纹形成，缓慢发展和迅速断裂三个过程 ? 没有明显的变形，脆性破坏 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 ?影响因素： ?荷载的的性质：拉、压、剪等 ?应力循环特征：(应力比 ) 静载（=1） 同号循环（0） 脉冲循环(=0) 异号循环(0) 完全对称循环（-1） ?循环次数: 应力比一定时， 疲劳强度与荷载的循环次数有关。 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 ?疲劳极限：当最大应力小于某一数值， 反复荷载循环无穷次，材料也不会破坏。 ?疲劳曲线(试验结果) ?循环N次 ?包络线ABCD ?简化疲劳曲线 ABCD的方程 BCD(拉为主) AB(压为主) 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 3 影响钢材性能的一般因素 (1)化学成分 ?碳：提高强度；但塑性，可焊性、耐锈蚀性等劣化。 ?锰：提高强度，改善脆性；但对可焊性和耐锈力不利。 ?硅：提高强度，但含量过高，对塑性可焊性耐锈力不利。 ?硫：高温时变脆，降低塑性韧性抗疲劳能力和耐锈能力。 ?磷：提高强度和耐锈力，低温变脆，降低塑性可焊性等。 (2)钢材缺陷 ?偏析:钢中化学成分的不一致性和不均匀性 ?裂纹：先天的裂纹，或是微观的或是宏观的 ?分层：在厚度方向分成多层，各层相互连接，并不脱离 ?夹杂物：尤其是硫化物和氧化物等 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 (3)钢材的硬化 ?时效硬化：?现象：时间增加，强度提高，塑性下降。 ?特点：过程很长，反复荷载和高温下易产生。 ?冷作硬化：常温下产生塑性变形后屈服点提高，塑性降低。 ?应变时效：产生塑性变形后，特别是在高温下，使已经产 生冷作硬化的钢材又发生时效硬化。 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 (4)温度 ?在正常温度下：基本不随温度变化 ?在高温度下：温度升高，强度、弹性模量均有下降趋势 ?蓝脆现象：250℃左右，抗拉强度反而提高， 塑性和韧性下降。 ?在低温时：温度降低，强度略提高， 塑性等下降，有脆性倾向。 ?冷脆现象：当温度降低至某一温度以下时， 材料变脆。 第三章：材料的性能 一、钢材的物理力学性能 (5)应力集中 ?现象：当构件内部缺陷或截面形状等