起机教研室—安林超第二章材料金属结构一概述二钢材的力学特性及影响因素第二章材料本章教学内容三材料的类别和特征及选择本节教学要求：本节教学要求：本节教学要求第二章材料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。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。第二章材料概述机械装备金属结构通常承受变载荷和冲击载荷，且工作环境一般较恶劣，因此要求金属结构材料具有强度高、塑性好、足够的抗冲击性能和良好的韧性。机械装备金属结构主要为焊接结构，故又要求具有良好的可焊性、时效性和防腐性。由于普通结构钢（普通碳素钢、优质碳素结构钢、低合金钢和合金结构钢）；机械性能良好、规格齐全、价格便宜并能满足结构要求，故得到广泛应用。第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素1、钢材的力学性能（1）静强度特性右图所示为在单向静拉力作用下钢材的应力-应变关系曲线。a、比例极限从坐标原点0到P点呈线性关系，是钢材工作的弹性阶段。b、屈服点从P点到S点，随着载荷的增加，曲线近似线性关系，有少量的塑性变形，钢材处于弹塑性阶段。C、抗拉强度在S点后的微段，应力无明显增加而出现较大的塑性变形，称为屈服，其产生塑性变形的水平段称为流幅或屈服平台，这是钢材的塑性阶段。-第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素（2）疲劳强度特性疲劳破坏——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。远小于抗拉强度。（屈服）第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素（2）疲劳强度特性破坏特点——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。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。第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素应力循环次数—疲劳寿命N连续重复荷载作用下应力由最大到最小的循环次数疲劳极限应力循环无限次，不发生疲劳破坏依据国际有关标准建议，规定=5×106次为疲劳极限对应的循环次数《钢结构设计规范》：N>=5×104次，应进行疲劳计算第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素（3）塑性特性钢材被拉断时塑性变形的大小，反映了钢材塑性的优劣。钢材的塑性常用拉伸试验的伸长率δ和截面收缩率Ψ来衡量。若试件原标距为L，原截面面积为A，拉断时总伸长量为ΔL，截面面积收缩量为ΔA，则钢材的伸长率和截面收缩率分别为：0100%LL0100%AA，通常Ψ比δ能更好地表达钢材的塑性性质。第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素由于钢材的伸长率容易测量，通常以计算长度（标距）为5d或10d（为试件直径）的试件进行拉伸试验，并用或表示钢材的塑性。Ψ或δ值越大，钢材塑性越好，对局部应力集中的敏感性越小。由于塑性变形能使局部应力趋于均匀，所以使结构突然断裂的危险性变小。第二章材料第一节钢材的力学特性及影响因素（4）韧性特性钢材的韧性是表征材料破坏前吸收机械能（冲击吸收功）的能力。目前，对普通结构...
