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碳钢的力学特性曲线
第二章 材料
第二章 材 料
一、教学目标及基本要求
熟悉各种钢材的力学性能,并能根据金属结构设计对材料的要求做出正确的选择。
二、教学内容的重点及难点
重点:了解机械装备金属结构使用钢材的力学特性及影响因素,材料的类别和特征以及相关国家和行
业标准。理解普通结构钢和低合金钢的特点及适用场合,环境温度、工作级别对材料的影响度,设计
组合截面时配置材料的原则。
难点:掌握材料的选用原则、依据和规定材料的标准表示方法及考虑影响脆性破坏因素评价的钢材质
量组别选择方法
三、教学方式与手段
课堂讲授,启发式教学。
四、教学内容的深化与拓宽
推荐与相关现代结构设计方法相关的参考书。
第一节 钢材的力学特性及影响因素
一、钢材的力学性能
1.静强度特性
(1)比例极限σ
p
(2 )屈服点σ
s
(3 )抗拉强度σ 疲劳强度特性
b
疲劳破坏——钢材在连续变化载荷作用下,开始是
其组织发生晶粒间的滑移使材料强度降低而丧失继续抵
抗外载荷的能力,继而转变为个别晶粒的撕裂而出现裂 图2-1 碳素结构钢材受拉的σ-ε曲线
纹,在连续变化载荷继续作用下,钢材的裂纹扩展加速直至断裂。
疲劳强度——钢材疲劳破坏之前所能承受的最大应力,即在钢材的标准试件上施加一
定循环特性的等幅(交变 r = -1 或脉动 r = 0 )应力,由实验得到经过N 次循环后不发生疲
劳破坏的最大应力。
σ -N 曲线——根据一定循环特性实验得到的不同疲劳强度σ与相应循环次数 N 而绘制
的相关曲线,称为材料的疲劳特性σ -N 曲线(图2-2 )。
3
当循环次数N ≤10 时,相应于σ -N 曲线的AB 段,
极限应力σ 基本不变,因此可按静强度计算。
s
3 4
当循环次数N= 10 ∼10 时,相应于σ -N 曲线的BC
段,由于材料试件破坏时已伴随着塑性变形,此阶段
的疲劳现象称为应变疲劳。因该阶段循环次数较少又
称为低周疲劳。
4
当循环次数N ≥10 时,相应于σ -N 曲线的CD 段
12
图2-2 钢材的疲劳特性σ-N 曲线
第二章 材料
和 D 点以下的曲线所代表的疲劳,统称为高周疲劳,并分为无有限寿命区和限寿命区。钢
材的疲劳强度远低于的抗拉强度,甚至远低于屈服点。因此疲劳强度是结构的承载能力的
下限。
破坏特点——钢材疲劳破坏与塑性破坏不同,疲劳断裂是疲劳损伤的积累,疲劳裂纹
是在重复载荷长期作用下产生的,随着应力循环次数的增加,裂纹沿尖端逐渐扩展,直至
剩余未断裂截面不足以承担外载荷而发生突然断裂。因此疲劳破坏具有累积性和突发性的
特点。
疲劳破坏时无论是塑性材料或是脆性材料,其断口均表现为无明显塑性变形的脆性突
然断裂。因此疲劳破坏又具有脆性破坏的特点。
影响因素——钢材的疲劳强度与钢材种类(标号)、连接接头型式,结构特征,应力变
化幅度以及(应力)作用(循环)次数,应力集中等级系数等因素有关,其值由疲劳试验
获得。
2 .塑性特性
钢材的伸长率和截面收缩率分别为:
∆L ∆A
δ =×100% ,ψ =×100% ………………………(2-1 )
L A
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