工程力学钢结构复习题(含答案).docVIP

06级工程力学钢结构复习题

1、钢材有哪两种破坏形式，各有什么特点?p15

答：塑性破坏和脆性破坏。

塑性破坏：破坏前产生较大的塑性变形，断裂的断口呈纤维状，在塑性破坏前，构件发生较大的塑性变形，且变形持续的时间长，破坏前有明显的预兆，破坏时平均应力较高，易于发现并采取适当的补救措施，不致造成严重的后果；

脆性破坏：破坏前塑性变形很小，甚至没有塑性变形，破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生的，平均应力较小，破坏后果较严重。

2、碳、硫、磷对钢材的性能有哪些影响?p19

答：碳元素直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性。碳含量增加，钢的强度提高，而塑性、韧性和疲劳强度下降，同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。

硫、磷（特别是硫）是钢中的有害成分，它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性、疲劳强度。在高温时，硫使钢变脆，称为热脆；在低温时，磷使钢变脆，称为冷脆。但是磷可以提高钢材的强度和抗腐蚀性。

3、影响钢材性能的主要因素有哪些?如何影响？p19

答：（1）化学成分(碳、硫和磷、氧和氮、硅和锰、钒和钛、铜各自的影响在p19);

（2）冶金缺陷（钢材常见的冶金缺陷包括偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等）

（3）钢材的硬化

时效硬化（老化）：在高温时熔于铁中少量的氮和碳，随着时间的增长逐渐从固熔体中析出，生成氮化物和碳化物，散存在铁素体晶粒的滑动面上对晶粒的塑性滑动起到遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性韧性下降。

冷作硬化(应变硬化）：在冷加工时，使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再加载，钢材的屈服点提高，塑性韧性降低的现象称为冷作硬化。

应变时效硬化：在钢材已产生一定的塑性变形后，随着时间的增长，N和C更容易析出，从而使已经冷作硬化的钢材，又发生时效硬化现象，称为应变时效硬化。

（4）温度影响:总的趋势是温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度下降，钢材强度会略有增加，同时钢材会因塑性和韧性降低而变脆。（具体见p20，注意蓝脆）

（5）应力集中:应力高峰区局部存在同号的双向或三向应力，钢材变硬变脆；应力集中系数越大，钢材变脆的倾向越严重。（应力集中系数：高峰区最大应力与平均应力的比值

（6）反复荷载作用：结构的抗力和性能发生严重变化，甚至疲劳破坏。

4、钢材主要的机械性能指标有哪些，如何测得？应力集中对钢材的机械性能有何影响?为什么?p16

答：（1）强度性能：极限抗拉强度fu，屈服强度fy，

（2）塑性性能：伸长率代表单向拉伸时的塑性应变的能力

（3）物理性能指标：单向受压同单向受拉基本相同；受剪也类似，但其屈服点及抗剪强度较受拉时小、剪变模量G也低于弹性模量E。

（4）冷弯性能：由冷弯试验确定（冷弯试验：按照规定的弯心直径在试验机上用冲头加压，使试件弯成180°,如试件表面不出现裂纹和分层即为合格。）

试验目的：可直接检验钢材的弯曲变形能力和塑性性能，还可暴露钢材内部的冶金缺陷。

（5）冲击韧性

试验方法：带缺口的钢材试件，在冲击试验机上被摆锤击断时所能吸收的机械能。

Mesnager（梅氏试件法）：开口为U形，断口处单位面积上所消耗的功即为冲击韧性，

Charpy(夏比试件法)：开口为V形，冲击韧性Cv为试件冲断所需的功，不除以缺口尺寸。

在寒冷地区除了常温（20℃）外还应进行负温（-20℃或-40℃）

（6）钢材的可焊性：（可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的（无裂纹等）焊缝的性能。）碳含量在0.12％—0.20％范围内的碳素钢，可焊性最好。碳含量再高可造成焊缝和热影响区变脆。（衡量低合金钢的可焊性可以用碳当量）

应力集中对钢材的机械性能有何影响？

（1）对于建筑钢材塑性较好，在一定程度上能使应力进行重分配，应力分布严重不均的现象趋于平衡

（2）受静荷载作用的构件在常温下工作时，在计算中可不考虑应力集中的影响

（3）在低温环境或动力荷载作用下工作的结构，应力集中的不利影响将十分突出

5、什么是钢材的冲击韧性?什么是钢材的疲劳破坏？

答：冲击韧性是材料在断裂前单位体积所吸收的总能量,反应了钢材的塑性变形能力。（冲击韧性是抵抗冲击荷载的能力，钢材强度越高，韧性越低，则脆性越大。）

钢材的疲劳是微观裂纹在连续重复荷载的作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。（钢材的疲劳强度主要取决于构造状况（应力集中程度和残余应力），作用的应力幅以及反复荷载的循环次数，而与钢材的静力强度无关。）

6、何谓钢材的时效硬化?有何特征?产生的原因是什么?p20

答：时效硬化（俗称老化）是在高温时溶化于铁中少量的碳和氮，随着时间的增长逐渐从固熔体中析出，生成自由碳化物和氮化物，对纯铁体的塑性变形起遏制作用，从而使钢材的强度提高，塑性、韧性下降的现象。

7、钢结构常用的连接方法有哪几种?各自的特点是什么?p31

答：钢结构常用的