钢材本构模型(constitutive model for steel)

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钢结构 |
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钢材在常温静载条件下单向拉伸表现出来的性能最具有代表性:
钢材经历了:弹性阶段,弹塑性阶段,塑性阶段,应变强化阶段。
proportional limit(比例极限σp):直线段的最大应力值。其实严格来说,比σp略高处还有弹性极限,但两者极其接近所以将σp看成是弹性极限。
Yield stress(屈服应力fy):应变ε在σp之后渐渐加大,应力应变成曲线关系一直到屈服点,这是弹塑性阶段,此后应力保持不变而应变持续发展,形成水平线段即屈服平台,这是塑性流动阶段。应力超过σp之后任一点的变形都包括弹性变形和塑性变形两部分,其中塑性变形在卸载后不再恢复,也成为参与变形或永久变形。对于低碳钢(mild steel)和低合金钢(low-alloy steel)来说,屈服应变是比例应变的10-15倍。
elastic-perfectly plastic model(理想弹塑性模型):fy之前,钢材接近理性弹性体,fy之后塑性应变范围很大而应力保持不变,所以接近理想塑性体。钢结构设计规范对塑性设计的规定就是以材料是理想弹塑性体的假设为依据,忽略了应变硬化的有利作用。
*(钢结构教材P25)有屈服平台并且屈服平台末端的应变比较大,这就有足够的塑性变形来保证截面上的应力最终都达到fy,因此一般的强度计算中不考虑应力集中和残余应力。在拉杆中截面的应力按均匀分布计算即以此为基础。
proof stress(非比例延伸应力):等于规定的引伸计标距百分率时的应力,使用的符号应附以下脚注说明所规定的百分率,如σ0.2。
strain-hardening(应变硬化):在材料的拉伸压缩实验中,材料经过屈服阶段之后,又增强了抵抗变形的能力。这时,要使材料继续变形需要增大应力。经过屈服滑移之后,材料重新呈现抵抗继续变形的能力,称为应变硬化。