《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 5、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 6、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
1. 框剪结构中剪力墙布置的三个原则： （1）沿结构单元的两个方向设置剪力墙，尽量做到分散、均匀、对称，使结构的质量中心和刚度中心尽量重合，防止在水平荷载的作用下，结构发生扭转。（2）在楼盖水平刚度急剧变化处，以及楼盖较大洞口的两侧，应设置剪力墙。（3）在同一方向各片剪力墙的抗侧刚度不应大小悬殊，以免水平地震作用过分集中到某一片剪力墙上。 2. 解决拱结构拱脚推力的三种方法： （1）推力由拉杆承受 （2）推力由侧面框架结构承受 （3）推力由基础直接承受 3. 变形体与刚体： （1）变形体固体在外力作用下会发生变形，包括物体尺寸的改变和形状的改变，这些固体称之为变形体。 （2）刚体刚体是一种理想化的力学模型，理论力学认为刚体是这样的物体，在力的作用下，其内部任意二点之间的距离始终保持不变。 4. 索膜结构的四种主要形式： 1)．双曲面单元结构 2)．类锥形单元结构． 3)．索弯顶结构 4)．桅杆斜拉结构 5. 先张法与后张法： （1）先张法张拉预应力钢筋在浇筑混凝土之前进行的方法叫先张法。 （2）后张法张拉预应力钢筋在浇筑混凝土之后，待混凝土达到一定的强度后再进行的方法叫后张法。 6. 端承桩与摩擦桩： （1）端承桩：是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩。 （2）摩擦桩：是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的桩。 7. 钢骨混凝土结构的优点： （1）钢筋混凝土与型钢共同受力 （2）与全钢结构相比，可节约钢材1/3左右： （3）型钢外包的钢筋混凝土不仅可以取代防腐，防火材料，而且更耐久，可节省经常性维护费用。 （4）可用于钢结构和钢筋混凝土结构各种结构体系中。 8.筒体结构类型5种： 实腹筒、框筒、桁架筒、筒中筒、筒束
［例题2-1-1］ 计算图示体系的自由度。 ，可变体系。 （a ） （ b ） 解： （a ） 几何不变体系，无多余约束 （ b ） 几何可变体系 ［例题2-1-2 ］ 计算图示体系的自由度。桁架几何不变体系，有多余约束。 解： 几何不变体系，有两个多余约束 ［例题 2-1-3］ 计算图示体系的自由度。桁架自由体。 解： 几何不变体系，无多余约束 ［例题 2-1-4］ 计算图示体系的自由度。 ，几何可变体系。 解： 几何可变体系 ［例题 2-1-5］ 计算图示体系的自由度。刚架自由体。 解： 几何不变体系，有6个多余约束 ［例题2-2-1］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。 几何不变体系，且无多余约束 ［例题2-2-2］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。 几何不变体系，且无多余约束 ［例题2-2-3］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。 几何不变体系，且无多余约束 ［例题2-2-4］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。
几何不变体系，有一个多余约束 ［例题2-2-5］ 对图示体系进行几何组成分析。二元体规则。几何不变体系，且无多余约束 ［例题2-2-6 ］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则，三刚片规则。 几何不变体系，且无多余约束 ［例题2-2-7］ 对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。 几何不变体系，且无多余约束 ［例题 2-2-8］ 对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。 几何不变体系，且无多余约束［例题2-3-1］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。 几何瞬变体系 ［例题2-3-2］ 对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。 几何瞬变体系 ［例题2-3-3］ 对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。 几何瞬变体系 ［例题2-3-4］ 对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。
Structural Mechanics 郑州大学樊友景教授高等教育出版社高等教育电子音像出版社 结构力学是土木工程各类专业方向的一门重要的专业技术基础课，是土木工程专业的一门重要的主干课程。高等数学、理论力学和材料力学为 结构力学提供了必要的数学基础和力学基础；结构力学的内容又将在钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础、高层结构、结构抗震等各后续专业课中得到广泛的应用。通过本课程的学习，使学生能较全面地掌握杆系结构的强度、刚度和稳定 计算的基本理论和基本方法。为后续专关于作者单元测试软件说明综合测试电子教案使用说明退出 第二章第三章 第四章第五章 第六章第七章 第八章第九章 第十章关闭 试卷1试卷2试卷3试卷4试卷5试卷6试卷7试卷8试卷9试卷10关闭结构力学教学课件
郑州大学樊友景教授 高等教育出版社高等教育电子音像出版社 课件说明 本软件依据的教材蓝本是龙驭球、包世华主编的《结构力学I——基本教程》(第二版)，高等教育出版社，2007 。主要内 容包括静定结构分析、超静定结构分析、矩阵位移法、动力计 算基础等共10章课堂教学内容；另有各章单元测试题和10 套 综合测试题。学生做了单元测试题和综合测试题后，可立即得 到评判和参考解答。 本电子教案可用于高等学校土建、水利、力学等专业结构力 学课程的教学，也可供有关工程技术人员参考。 返回
郑州大学樊友景教授 高等教育出版社高等教育电子音像出版社 绪论 静定结构的受力分析虚功原理与结构位移计算 力法影响线 结构的几何构造分析 位移法(以直接建立平衡方程法为主）矩阵位移法结构动力计算基础渐近法及其他算法简述电子教案章目录 返回 位移法(以基本体系法为主）各章重点回顾第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章关闭
华北水利水电学院 课程设计 任务书及计划书 2012——2013学年 第一学期 环节名称：结构力学与钢结构课程设计学生专业班级：2009059——2009063 指导老师：高勇伟王利英 院系：机械学院 教研室：工程机械
课程设计任务书 教研室
课程设计计划书 注：指导老师在课程设计期间每天指导时间不少于2小时。 教学院长、教学主任：_________________ 教研室主任：__________________填表人：____________________填表时间：2012 年12月20日
结构力学与钢结构课程设计 钢吊车梁设计分组及设计参数 2、吊车采用大连重工起重集团有限公司2003年DSQD系列产品。
华北水利水电学院 课程设计 指导书 2012——2013学年 第一学期 环节名称：结构力学与钢结构课程设计学生专业班级：2009059——2009063 指导老师：高勇伟王利英 院系：机械学院 教研室：工程机械
结构力学与钢结构课程设计指导书 钢吊车梁设计概述 一、吊车梁所承受的载荷 吊车在吊车梁上运动产生三个方向的动力荷载：竖向荷载和沿吊车梁纵向的水平荷载。如图1所示。 图1 吊车梁承受荷载 纵向水平荷载是指吊车刹车力，其沿轨道方向由吊车梁传给柱间支撑，计算吊车梁截面时不予考虑。吊车梁的竖向荷载标准值应采用吊车最大轮压或最小轮压。 吊车沿轨道运行、起吊、卸载、以及工件翻转时将引起吊车梁振动。特别是当吊车越过轨道接头处的空隙时还将发生撞击。因此在计算吊车梁及其连接强度时吊车竖向荷载应诚意动力系数。对悬挂吊车（包裹电动葫芦）及工作级别A1--A5的软钩吊车，动力系数可取1.05：对工作级别A6--A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他种吊车，动力系数可取1.1。 吊车的横向水平荷载由小车横行引起，其标准值赢取横行小车重量与额定起重之和的下列百分数，并乘以重力加速度： （1）软钩吊车：当额定起重量不大于10吨时，应取12%；当额定起重量为16--50吨时，应取10%；当额定起重量不小于75吨时，应取8%。
第十五章动荷载 一、教学目标和教学内容 1．教学目标 通过本章学习，唤起学生对动荷载问题的注意。 让学生知道动荷载问题的两个方面，目前应当掌握在较简单的工程问题中，动荷载引起杆件的应力、应变和位移的计算。对于材料在动荷载下的力学行为，以后根据工作的需要再进一步补充学习。 让学生掌握动荷载问题的基本知识，如杆件作等加速运动时的应力计算，作等速旋转圆盘的应力分析，简单的自由落体冲击和水平冲击，以及循环应力问题的有关概念。 能够深刻认识动荷系数概念，并能够熟练地进行杆件作等加速运动时的应力计算，作等速旋转圆盘的应力分析，完成简单的自由落体冲击和水平冲击的计算。 2．教学内容 介绍杆件作等加速运动拉伸、压缩及弯曲时的应力计算。 介绍等角速度旋转的动荷应力计算。 讲解简单冲击时，能量守恒的基本方程，分别导出自由落体冲击和水平冲击时的动荷系数公式，及杆件经受冲击时的应力计算公式。 二、重点难点 重点：建立三类动荷载概念。 掌握杆件作等加速运动时的应力计算。 作等速旋转圆盘的应力分析。 简单的自由落体冲击和水平冲击问题的计算 难点：对动静法和动荷系数的理解。 对于动荷载问题与静荷载问题的联系与区别。 在简单冲击问题中，被冲击杆件冲击点的相应静荷位移的理解和计算，特别是水平冲击时的静荷位移的理解和计算。 三、教学方式 采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。 四、建议学时 3学时 五、讲课提纲 1、概述 前面研究了静荷载作用下的强度、刚度和稳定性问题。所谓静荷载（Static Load）是指构件所承受的荷载从零开始缓慢地增加到最终值，然后不再随时间而改变。这时，构件在变形过程中各质点的加速度很小，加速度对变形和应力的影响可以忽略不计。当荷载引起构件质点的加速度较大，不能忽略它对变形和应力的影响时，这种荷载就称为动荷载（Dynamic Load）。 构件在动荷载作用下产生的应力和变形分别称为动应力（Dynamic Stress）和动变形（Dynamic Deformation）。实验表明，在静荷载下服从胡克定律的材料，
受损钢结构力学分析模型研究 摘要：通过对8组不同受损程度的Q235钢材进行力学性能实验研究，分析了不同损伤程度对钢材二次加载和卸载时加载弹性模量和卸载弹性模量的影响，提出了受损钢材的力学模型。基于受损截面的应力-应变关系，通过定义受损受弯构件截面的无损高度比K，推导了不同受损程度下构件截面的平均弹性模量和损伤指标的计算公式。用转动弹簧来模拟受损截面的力学性能，根据受损微段的应力-应变关系，推导了受损截面的弯矩-转角关系和截面转动刚度计算公式，提出了可用于受损钢结构力学分析的计算模型。算例分析表明，截面受损降低了结构的刚度，在实际工程应用时不容忽视。 关键词：钢结构；损伤；实验；力学模型；转动弹簧模型 1 引言 既有钢结构在自然灾害作用或其他因素的影响下，容易造成工程事故[1,2]。2008年，我国南方经历了一场特大冰雪和冻雨天气，导致大量轻型门式刚架结构发生坍塌[3-5]，大量的钢结构房屋受损。受损钢结构房屋能否满足其正常使用要求，一直都是人们关注的焦点。 目前，对此类结构安全可靠性的评估通常是参考《钢结构工程施工质量验收规范》[6]中的相关要求，从构件和节点的层面去评估，结合权重系数等方法来分析结构的整体可靠性[7,8]，而未考虑损伤对截面、构件和结构力学性能的不利影响，难以真实反映结构的实际力学性能。
本文从受损钢材的力学性能实验研究着手，分析损伤对钢材力学性能的影响程度，提出受损钢材、构件截面和结构的力学分析模型，研究损伤对钢结构力学性能的影响。 2 受损钢材力学性能实验 2.1 试件设计 选用Q235钢材为实验研究对象。为了分析Q235钢材在不同损伤程度时的力学性能，采用8组(每组取3个试件)标准板试件进行实验研究，研究试件在不同损伤程度情况下的二次加载和卸载时的力学性能。根据国家标准《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》[9]，板试件的几何尺寸参数如图1所示。 根据对该批试件的实验测试结果，测得试件在屈服阶段结束时的变形约为0.8 mm，强化阶段结束时的变形约为9 mm，如图2所示。为了考虑钢材不同的受损情况，将此8组试件分别在实验机上拉伸，使其初始变形分别达到0 mm,0.8 mm,2 mm,3 mm,4 mm,5 mm,7 mm和9 mm等8个级别，并测得各试件的原始弹性模量E0。初拉伸实验完成后，根据不同分组情况，将各组试件分别进行二次加载和卸载，测得受损试件在二次加载和卸载过程中的加载弹性模量和卸载弹性模量E′。 2.2 实验测试 采用型号为CMT5105的微机控制电子万能试验机，其最大负荷为100 kN，精度为0.5级。采用电子引伸计记录试件在加载和卸载过程中的变形情况，引伸计的标距为50 mm，最大变形量为10 mm。通过对微机控制
火灾条件下钢结构力学性能的研究 [摘要]钢结构因其自身的材料特性，在建筑方面得到了广泛的应用，特别是在高层建筑和工业厂房的施工中，钢结构的选择，可以大大的缩短工期，节约成本。但钢结构在高温下的材料性能的改变，为钢结构建筑的防火提出了新的要求。本文以通过对火灾条件下钢材料力学性能研究，指出在火灾条件下钢结构建筑的隐患，并提出了一些提高钢结构抗火性能的方法。 [关键词]钢结构；火灾；抗火设计；高温试验；耐火时间 1、引言 在现代建筑结构形式中,钢结构以其重量轻、强度高受到人们的喜爱，再加上钢结构的施工速度快、抗震性能好就更加被推崇。然而，钢结构也有其自身不可避免的弱点，就是它的耐火性，在高温下，钢材便无法达到保持建筑结构所要求的强度。当火灾发生时，所产生的高温达到400℃时，钢材的强度下降到室温条件的一半，而600℃时，钢结构就将完全丧失其本身的强度和刚度。所以钢结构建筑一旦发生火灾，将对其结构造成严重的破坏，甚至发生倒塌，从而引发大量的人员伤害和财产的巨大损失。所以钢结构建筑，在利用钢结构优点的同时，对其缺点的防护措施也必不可少。 2、钢结构抗火设计方法中存在的问题 2、1火灾下建筑钢结构破坏机理 第一，高温使钢材的弹性模量降低，结构钢度下降； 第二，高温使材料强度降低，甚至融化，导致结构承载能力下降； 第三，构件内部不均匀升温，使结够内部以及整个建筑结构中产生不均匀的热膨胀，从而使构件内部及整个结构中产生很大的附加应力。 这三个方面的共同作用，导致建筑构件变形增大、开裂、屈曲、破坏，甚至局部或整体倒塌。 2、2荷载的分布与大小的影响 在实际的建筑过程中结构构件所受的荷载情况十分复杂，荷载的大小与分布的变化很难与实验中的标准状态一致。实验中得知，在荷载大小相同的情况下，偏心受压没有轴心受压所承受的耐火时间长；另外，如果假设荷载状态分布相同，那么钢构件承受的荷载越小，其耐火时间越长。 2、3构件端部约束状态的影响 另外一个不可忽视的因素，是杆端约束情况。由于钢构件的结构不可能独立于其他相连部件，因此，相连部件对杆端的约束的不同，也导致了钢构件所受的承载力和火灾升温时温度内力的差异，通常的钢构件抗火试验都是在标准的状态下进行的，不可能准确全面的模拟
第1章绪论考核知识点 1．各种材料结构的特点及其应用： 钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种受力性能不同的材料共同组成的结构，工程中，混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力。砌体与混凝土结构的主要特点是抗压承载力高，而抗弯、抗剪性能较差。因此，砌体在工程中常用于以承压为主的结构构件。 混凝土构件适用于以压为主的结构。钢结构主要缺点是造价高、维护性差、耐火性差。预应力混凝土的本质就是在混凝土结构承载前施加一定的压力，使其抵消或减小外荷载产生的拉应力。组合结构充分利用了钢与混凝土结构性能，因此受力比较合理。 预应力混凝土结构和砌体结构的特点： 与普通钢筋混凝土结构相比，预应力混凝土结构可以使混凝土不出现拉应力（或允许出现拉应力限制应力值或允许出现裂缝限制裂缝宽度），因而大大改善了结构的工作性能。 砌体结构的主要特点是抗压承载力高，而抗拉、抗弯、抗剪承载力低。因此，砌体结构以承受压力为主。 2．我国现行公路桥涵设计规范的计算原则；我国现行公路桥涵设计规范的计算原则包括：承载能力极限状态计算原则和正常使用极限状态计算原则。 3．极限状态设计法的基本概念：承载能力极限状态、正常使用极限状态、结构的可靠性、结构的可靠度等。 第2章钢筋混凝土结构的基本概念及材料的物理力学性能考核知识点 1．钢筋混凝土结构基本概念：钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种受力性能不同的材料共同组成的结构，工程中，混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力。 2．钢筋及混凝土材料物理力学性能： 钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求包括强度、塑性、与混凝土的粘结力。在《公桥规》中，所提到的混凝土标号是指复合应力下的混凝土强度。利用钢材约束，将混凝土由单向受压转变为三向受压的组合结构称为钢管混凝土结构。冷加工对钢筋性能的影响； 混凝土在长期不变荷载作用下，将产生徐变变形；混凝土随水分蒸发结硬将产生收缩变形。热轧钢筋经冷拉后，抗拉强度提高，变形能力变差。混凝土在一向受拉、另一向受压的双向应力状态下，其抗压强度和抗拉强度都会降低。 3．钢筋和混凝土之间的粘结作用。
金属材料机械性能检测 抗拉强度（tensile strength） 试样拉断前承受的最大标称拉应力。 抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为RM，单位为MPA。 试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为： σ=Fb/So 式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；So--试样原始横截面积，mm2。 抗拉强度（Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。 单位:kn/mm2(单位面积承受的公斤力) 抗拉强度：Tensile strength. 抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度 目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定! 屈服强度（yield strength） 屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。 yield strength，又称为屈服极限，常用符号δs，是材料屈服的临界应力值。
结构工程复试题 1、预应力结构有哪些应用？ 答：预应力混凝土可延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度。 其可用于：①要求裂缝控制等级较高的结构 ②大跨度或受力很大的构件 ③对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件 其缺点是：构造、施工和计算都较钢筋混凝土构件复杂延性也差些 2、基础研究与应用研究的关系？ 答：我们将科学研究分为基础研究和应用研究，应用研究是依附于基础研究的，没有基础研究，就没有应用研究。基础研究服务于应用研究，反过来应用研究的发展可以为基础研究提供动力，更好的促进基础研究。基础研究和应用研究就是鱼和水的关系。 3、对于低碳经济的理解？ 答：低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步，是国际社会应对全球气候灾难性变化而提出的能源品种新概念。发展低碳经济，是我国转变发展观念、创新发展模式、破解发展难题、提高发展质量的重要途径。 4、钢结构应用围与特点？ 答：应用围：钢结构在大跨度结构重型厂房结构受动力荷载影响的结构可拆卸的结构高耸结构和高层建筑容器和其他构筑物轻型钢结构钢和混凝土组合结构 钢结构特点：①材料的强度高，塑性和韧性好②材料均匀和力学计算的假定比较符合③钢结构制造简便，施工周期短④钢结构质量轻⑤刚才耐腐蚀性差⑥刚才耐热但不耐火 5、高性能混凝土的特点与围？ 答：高性能混凝土是指采用普通原材料、常规施工工艺，通过掺加外加剂和掺合料配制而成的具有高工作性、高强度、高耐久性的综合性能优良的混凝土。其特点是：高耐久性、高强度、高体积稳定性、适当的抗压强度、良好的工作性。 6、什么是混凝土的耐久性？其主要的影响因素有哪些？《结构规》规定了哪些 措施来提高混凝土结构的耐久性？ 答：混凝土结构的耐久性是指结构在使用环境下，对物理的、化学的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀的抵抗能力。主要影响因素有混凝土冻融破坏、碱——骨料反应、侵蚀性介质腐蚀、混凝土碳化、钢筋锈蚀等。耐久性设计主要采取的保证措施有划分混凝土结构的环境类别、规定混凝土的保护层厚度、规定裂缝控制等级及其限值、规定混凝土的基本要求。 7、建筑结构检测与加固的方法？ 答：加固的方法：加大截面法、外包钢法、预应力法、改变结构传力途径法、外部粘钢法、使用新材料加固等。 检测的方法：混凝土结构检测(如：结构性能实荷检测、回弹法、超声波法、超声回弹综合法、取芯法、拉拨法) 砌体结构检测(如：轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法、筒压法、砂浆片剪切法，回弹法、
动载荷 一、选择题 11.1、由于冲击载荷作用过程十分短暂，所以构件内会产生较大的加速度。 A正确 B错误 11.2研究冲击时的应力和应变已经不属于动载荷问题。 A正确 B错误 11.3、交变应力作用下的塑性材料破坏并不表现为脆性断裂。 A正确 B错误 二、简答题 11.4、动载荷作用下构件内产生的应力称为____。 11.5、当具有一定速度的物体（冲击物）作用到静止的构件（被冲击物）上时，冲击物的速度发生急剧的变化，由于冲击物的惯性，使被冲击物受到很大的作用力，这种现象称为 _______。 11.6 三、计算题 11.7、图示宽为b，高为h的矩形截面梁ABC，材料弹性模量为E，在BC中部受重力P的物体自由落体冲击，求最大工作应力。 11.8 11.9
11.10、组合梁如图所示，AB段与CD段的截面都是边长为a的正方形，且材料弹性模量都为E，重物P从高H处自由落到AB的中点D（H很大），求冲击造成的梁中最大动应力。解： 【答案】 一、选择题 11.1 A 11.2 B 11.3 B 二、简答题 11.4动应力 11.5冲击 11.6 三、计算题 11、7
题31图单位载荷法求D处的静位移D y。 2 max 3 3 3 3 3 2 1 3 2 2 2 2 1 2 1 3 2 5 8 1 1 5 96 1 1 2 1 1 ) ( 48 5 )2 16 1 6 1 3 1 4 1 ( 2 6 1 16 3 1 4 2 1 bh Pl K W Pl K W M K Pl EHbh Pl EIH y H K EI l P l P EI EI M M y l M M Pl l M Pl d Z d Z A d d D d C C D C C C = = = + + = + + = + + = ↓ ? = ? ? ? + ? = ? + = = = = = σ ω ω ω ω ω ο ο ο ο ο＝ ＝ ； 11.8 11.9 11.10
目录 摘要1 1引言2 2金属材料的力学性能简介2 2.1 强度3 2.2 塑性3 2.3 硬度3 2.4 冲击韧性4 2.5 疲劳强度4 3金属材料力学性能测试方法4 3.1拉伸试验5 3.2压缩试验8 3.3扭转试验11 3.4硬度试验15 3.5冲击韧度试验22 3.6疲劳试验27 4常用的仪器设备简介29 4.1万能试验机29 4.2扭转试验机34 4.3摆锤式冲击试验机40 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势42 参考文献42
金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, mon experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend
第二章 结构的几何组成分析 李亚智 航空学院·航空结构工程系
2.1 概述 结构要能承受各种可能的载荷，其几何组成要稳固。即受力结构各元件之间不发生相对刚体移动，以维持原来的几何形状。 在任意载荷作用下，若不考虑元件变形，结构保 持其原有几何形状不变的特性称为几何不变性。 在载荷作用下的系统可分为三类。 2.1.1 几何可变系统 特点： 不能承载，只能称作“机构”。 2 1 3 4 P 2’3’
2.1.2 几何不变系统 特点：能承载，元件变形引起几何形状的微小变化，可以称为结构。 2.1.3 瞬时几何可变系统 特点：先发生明显的几何变形，而后几何不变。 P 213 4 2’ 3’ 2’3’ P 2 1 34 5 ∞ →=2321N N 1 2 3 P 内力巨大，不能作为结构。 N 21 N 23 P 2
由以上分析可见，只有几何不变的系统才能承力和传力，作为“结构”。 系统几何组成分析的目的： （1）判断系统是否几何不变，以决定是否能作为结构 使用； （2）掌握几何不变结构的组成规律，便于设计出合理 的结构； （3）区分静定结构和静不定结构，以确定不同的计算 方法。
2.2 几何不变性的判断 2.2.1 运动学方法 将结构中的某些元件看成自由体，拥有一定数量的自由度； 将结构中的另一些元件看成约束。 如果没有足够多的约束去消除自由度，系统就无法保持原有形状。 所谓运动学方法，就是指这种引用“约束”和“自由度”的概念来判断系统几何不变性的方法。
1、自由度与约束（1）自由度的定义 决定一物体在某一坐标系中的位置所需要的独立变量的数目称为自由度，用n 表示。平面一个点有2个独立坐标，故n =2空间一个点有3个独立坐标，故n =3 x y y ?x ?A A ' x y A y A x A z A z A ' O
目录 摘要 (1) 1引言 (1) 2金属材料的力学性能简介 (2) 2.1 强度 (2) 2.2 塑性 (2) 2.3 硬度 (2) 2.4 冲击韧性 (3) 2.5 疲劳强度 (3) 3金属材料力学性能测试方法 (3) 3.1拉伸试验 (3) 3.2压缩试验 (6) 3.3扭转试验 (8) 3.4硬度试验 (11) 3.5冲击韧度试验 (16) 3.6疲劳试验 (19) 4常用的仪器设备简介 (20) 4.1万能试验机 (20) 4.2扭转试验机 (23) 4.3摆锤式冲击试验机 (28) 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势 (30) 参考文献 (30)
金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, common experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend 1引言 材料作为有用的物质，就在于它本身所具有的某种性能，所有零部件在运行过程中以及产品在使用过程中，都在某种程度上承受着力或能量、温度以及接触介质等的作用，选用材料的主要依据是它的使用性能、工艺性能和经济性，其中使用性能是首先需要满足的，特别是针对性的材料力学性能往往是材料设计和使用所追求的主要目标。材料性能测试与组织表征的目的就是要了解和获知材料的成分、组织结构、性能以及它们之间的关系。而人们要有效地使用材料，首先必须要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素。因此，材料力学性能的测试是所有测试项目中最重要和最主要的内容之一。 在人类发展的历史长河过程中，人们已经建立了许多反映材料表面的和内在的各种关于力学、物理等相关材料性能的测试和分析技术，近现代科学的发展已使材料性能测试分析从经验发展并建立在现代物理理论和试验的基础之上，并且
钢结构外露式柱脚弱轴方向节点力学性能研究钢结构外露式柱脚作为轻型钢结构中广泛应用的柱脚节点,其节点力学性能在整体结构性能当中起着关键性的作用。工程中为了简化设计,通常将柱脚节点视为刚接或铰接,但学术界普遍认为钢结构柱脚节点是具有一定的抗弯刚度的。 目前对外露式柱脚节点的半刚性研究,主要集中在强轴方向,对于弱轴方向上的半刚性性能研究则存在空白。基于上述问题,本文进行了以下研究:(1)对外露式柱脚节点进行了试验研究。 设计并进行了八组外露式柱脚弱轴方向水平循环加载试验,研究了轴向力、底板厚度、锚栓直径及其强弱轴方向间距、加劲肋的设置与柱截面宽度对节点受力性能的影响,分析对比了不同参数外露式柱脚节点的抗弯刚度、抗弯承载力、延性、耗能能力以及破坏模式等内容。建立了理想化的柱脚节点滞回曲线模型;(2)对外露式柱脚节点进行了有限元分析。 采用有限元软件ABAQUS建立了外露式柱脚节点的三维实体有限元模型,设置了与试验相同的参数与加载条件。有限元的计算结果与试验结果吻合,验证了有限元模型的准确性。 提高试验所研究的变量水平数,并补充了锚栓强度等级以及焊缝厚度,研究这些参数对柱脚节点的抗弯刚度、抗弯承载力以及破坏模式的影响;(3)对外露式柱脚节点进行了抗弯刚度的计算。归纳了欧洲规范3中计算外露式柱脚节点抗弯刚度的原理以及其局限性,探讨了轴向力对柱脚节点受力性能的影响。 基于组件法原理,建立了外露式柱脚弱轴方向上抗弯刚度计算模型,对比了试验值、有限元分析值以及模型计算值,验证了计算模型的有效性;(4)对外露式柱脚节点进行了弯矩-转角全过程曲线模拟。基于本文提出的抗弯刚度组件法计
算模型,提出组件屈服的概念,拟合了柱脚节点弯矩-转角全过程曲线,对比了试验结果与拟合结果,验证了拟合方法的有效性。
金属力学性能复习 一、填空题 1.静载荷下边的力学性能试验方法主要有拉伸试验、弯曲试验、扭转试验和压缩试验等。 2. 一般的拉伸曲线可以分为四个阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、均匀塑性变形阶段和非均匀塑性变形阶段。 3. 屈服现象标志着金属材料屈服阶段的开始，屈服强度则标志着金属材料对开始塑性变形或小量塑性变形能力的抵抗。 4. 屈强比：是指屈服强度和抗拉强度的比值，提高屈强比可提高金属材料抵抗开始塑性变形的能力，有利于减轻机件和重量，但是屈强比过高又极易导致脆性断裂。 5. 一般常用的的塑性指标有屈服点延伸率、最大力下的总延伸率、最大力下的非比例延伸率、断后伸长率、断面收缩率等，其中最为常用的是断后伸长率和断面收缩率 。 6. 金属材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力称为金属材料的韧性。一般来说，韧性包括静力韧性、冲击韧性和断裂韧性。 7. 硬度测试的方法很多，最常用的有三种方法：布氏硬度测试方法、络氏硬度的试验方法和维氏硬度实验法。 8. 金属材料制成机件后，机件对弹性变形的抗力称为刚度。它的大小和机件的截面积及其弹性模量成正比，机件刚度=E 〃S. 9. 金属强化的方式主要有：单晶体强化、晶界强化、固溶强化、以及有序强化、位错强化、分散强化等（写出任意3种强化方式即可）。 10. 于光滑的圆柱试样，在静拉伸下的韧性端口的典型断口，它由三个区域组成：纤维区、放射区、剪切唇区。 11. 变形速率可以分为位移速度和应变速度。 二、判断题 1.在弹性变形阶段，拉力F 与绝对变形量之间成正比例线性关系;（√） 若不成比例原因，写虎克定律。 2.在有屈服现象的金属材料中，其试样在拉伸试验过程中力不断增加（保持恒定）仍能继续伸长的应力，也称为抗服强度。（×） 不增加，称为屈服强度。 3.一般来讲，随着温度升高，强度降低，塑性减小。（×） 金属内部原子间结合力减小，所以强度降低塑性增大。 4.络氏硬度试验采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后卸除主实验力，以测量压痕的深度来计算络氏硬度。压入深度越深，硬度越大，反之，硬度越小。（×） 络氏硬度公式 5.金属抗拉强度b σ与布氏硬度HB 之间有以下关系式：b σ＝K ?HB ，这说明布氏硬度越大，其抗拉强度也越大。（√） 6.弹性模量E 是一个比例常数，对于某种金属来说，它是一种固有的特性。（√） 7.使用含碳量高（含碳量为0.5-0.7％）的钢，不能提高机件吸收弹性变形功。（×） 8.脆性断裂前不产生明显的塑性变形，即断裂产生在弹性变形阶段，吸收的能量很小，这种断裂是可预见的。（×）
金属材料力学性能试验相关术语 编制： 审核： 批准： 生效日期： 受控(1) 受控标识处： 分发号： 发布日期：2016年9月27日实施日期：2016年9月27日
制/修订记录
1.0 目的和范围 本文件定义了金属材料力学性能试验中使用的术语，并为本文件和一般使用时形成共同的称谓。 2.0 规范性应用文件 下列文件对于本文件的作用是必不可少的。凡是注日期的应用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的应用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 2.1 GB/T 228.1 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法 2.2 GB/T 10623 金属材料 力学性能试验术语 3.0 一般术语 3.1 与试样有关的术语 3.1.1 试件/试样test piece/specimen 通常按照一定形状和尺寸加工制备的用于试验的材料或部分材料。 3.1.2标距gauge length 用于测量试样尺寸变化部分的长度。 3.1.3原始标距original gauge length 在施加试验力之前的标距长度。 3.1.4 断后标距final gauge length after fracture 试样断裂后的标距长度。 3.1.5参考长度reference length 用以计算伸长的基础长度。 3.1.6平行长度parallel length 试样两头部或加持部分（不带头试样）之间平行部分的长度。 3.1.7伸长elongation 在试验期间任一时刻的原始标距Lo 或参考长度Lr 的增量。 3.1.8伸长率percentage elongation 原始标距Lo （或参考长度Lr ）的伸长与原始标距（或参考长度Lr ）之比百分率。 3.1.9 断后伸长率 percentage elongation after fracture A 断后标距的残余伸长（Lu-Lo ）与原始标距之比的百分率。 注：对于比例试样，若原始标距不为（So 为平行长度的原始横截面积），符号A 应附以下脚注说明所使用的比例系数，例如A 11.3表示原始标距为 对于非比例试样，符号A 应附以下脚注说明所使用的原始标距，以毫米（mm ）表示。例如，A 80mm 表示原始标距为80mm 的断后伸长率。 3.1.10断面收缩率percentage reduction of area 断裂后试样横截面积的最大缩减量（S 0-S u ）与原始横截面积（S 0）之比的百分率。 0U 00 S -S = 100%Z X S
一、实验目的 结构力学求解器（SM Solver for Windows）是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软件。其软件界面方便友好、内容体系完整、功能完备通用，可作为毕业设计结构计算部分之用。它能够有效地解决计算过程中的繁琐，将重复计算变为简单的计算机计算。 二、实验仪器和设备 本指导书只对土木工程专业钢结构中的部分计算做了简单的介绍。软件使用步骤如下： 1.输入平面结构体系。 A.问题定义，给定项目的文件名。 B.输入节点，输入前应先对结构的整体节点进行编号，编号应具有一定的规则。 C.单元输入。 D.位移约束输入，输入支座的约束情况。 E.输入作用在单元或节点上的荷载。 F.输入材料性质，输入梁或柱的抗压刚度和抗弯刚度。 2.对结构求解 针对相关要求，我们在此仅对结构内力、位移及弹性稳定问题进行求解。 3.保存文件，给文件命名。 4.注意：输入的单位应按国际单位。力：kN；力偶kN·m；均布荷载kN/m； EA：kN；EI：kN·m2。 三、实验步骤 （一）已知p=9kN,q=15kN/m,梁为18号工字钢，I=1660cm4，h=18cm，A=30.6cm2，E =210Gpa。 求C点挠度。 解： 结点,1,0,0 结点,2,3,0 结点,3,1.5,0 结点,4,-0.9,0 单元,4,1,1,1,1,1,1,1 单元,1,3,1,1,1,1,1,1
单元,3,2,1,1,1,1,1,0 结点支承,1,3,0,0,0 结点支承,2,1,0,0 单元荷载,3,3,15,0,1,90 单元荷载,2,3,15,0,1,90 结点荷载,4,1,9,-90 单元材料性质,1,3,642600,3486,0,0,-1 C点挠度，0.00323123m,竖直向下 （二）已知梁为18号工字钢，I=1660cm4，h=18cm，A=30.6cm2，E =210Gpa，两端作用有轴向压力F。求其临界力F cr。 解： 结点,1,0,0 结点,2,1,0 单元,1,2,1,1,0,1,1,0 结点支承,2,3,0,0,0 结点支承,1,1,0,0 结点荷载,1,1,1,0 结点荷载,2,1,1,180 屈曲荷载参数,10,1,0.00000005 单元材料性质,1,1, 642600,3486,0,0,-1