【昆明钢材】钢材的力学性能指标

2021-08-07
云南钢材网

钢材的力学性能指标如下,昆明钢材网小编进行简单概述:

钢材的力学性能通过采用标准试件在常温(10~35℃)、静载(满足静力加载的加载速度)下进行一次单向均匀拉伸标准试验所得到的钢材应力-应变关系曲线来表述。该试验的试件及方法需按标准试验执行。常温下施加荷载前的标准试样横截面直径为d0,试样标距(原始标距)L0取值为5d0或10d0。试验结果应力-应变关系曲线上具有代表性的强度指标描述了钢材的力学性能,包括材料的比例极限fp(A点应力)、弹性极限fe(B点应力)、屈服点fy(C点应力)、与抗拉强度fu(E点应力)。

各受力阶段的特征叙述如下:

(1)弹性阶段(OAB段)

当钢材应力在比例极限fp以内时,应力与应变呈直线比例关系,直线斜率E=dσ/dε称为钢材的弹性模量,E=2.06×105N/mm2,完全符合胡克定律,该阶段钢结构的计算完全适用迭加原理。钢材的弹性极限fe与比例极限fp很接近,在弹性极限fe以内的线段(即OAB段)近似视为弹性阶段,卸载后变形可完全恢复。

(2)弹塑性阶段(BC段)

应力超过比例极限fp后,σ-ε曲线不再保持直线关系,各点的应力与应变比值为变量,应变发展加快,由弹性阶段进入弹塑性阶段。该阶段很短,表现出钢材的非弹性性质。B点为屈服上限,C点为屈服下限(屈服点)。普通低碳钢和低合金钢,应力达到屈服点fy后应力不再增加,而应变却急剧增长,形成水平线段即屈服台阶(流幅),称为塑性流动阶段。应力超过弹性极限后,试件除弹性变形外还有塑性变形,后者在卸载后留存,称为残余变形或永久变形。对低碳钢和低合金钢fy对应的应变ε约为0.15%,对于高碳钢(即没有明显屈服台阶的钢材)可取卸荷后残余应变ε=0.2%所对应的应力作为其屈服点fy。在钢结构设计时,一般将fy作为承载能力极限状态计算的限值,即钢材强度的标准值fk,并依此确定钢材的强度设计值f。

(3)塑性阶段(CD段,也称屈服阶段)

当应力σ达到屈服点fy后,钢材暂时不能承受更大的荷载,且伴随产生很大的变形(塑性流动),通常残余应变ε达到0.15%~2.5%时钢材屈服。该段σ基本保持不变(水平), ε急剧增大,称为屈服台阶或流幅,此时变形模量E=0。流幅越大,说明钢材的塑性越好。屈服点和流幅是钢材很重要的两个力学指标,前者是表示钢材强度的指标,而后者则表示钢材塑性变形的能力。

因此,钢结构设计时常将fy作为强度极限承载力的标准。并将应力σ达到fy之前的材料视为完全弹性体,达到fy之后的材料视为完全塑性体,从而将钢材视为理想的弹塑性体。

(4)强化阶段(DE段)

随着塑性持续发展,钢材内部组织得到调整,强度逐渐提高,应变值ε达到20%甚至更大,所对应的应力达到最大值,即钢材的抗拉强度fu。

(5)颈缩破坏阶段(EF段)

应力一旦达到抗拉强度fu,试件局部开始出现横向收缩,即颈缩,随后变形剧增,荷载下降,直至断裂。fu是钢材破坏前能够承受的最大应力,但此时钢材的塑性变形非常大,设计时仅作为钢材的强度储备考虑,常用fy/fu(屈强比)表征钢材强度储备大小,屈强比越大越可靠,通常需要屈强比fy/fu不小于0.6,抗震设计时要求屈强比fy/fu达到0.85。

综上所述,屈服点fy与抗拉强度fu是反映钢材的两个重要强度指标。

钢材在单向受压(粗而短的试件)时,受力性能基本上与单向受拉时相同。受剪时的情况也类似,但屈服点τy及抗剪强度τu均较受拉时低,剪切应变模量G也低于弹性模量E。

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来源:云南钢材网