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鋼結(jié)構(gòu)同濟(jì)大學(xué)沈祖炎答案(理想彈性強(qiáng)化情況:鋼結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度與反復(fù)力大小和作用時間關(guān)系)

沈祖炎在同濟(jì)大學(xué)的研究指出,鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度與其承受的反復(fù)力大小和作用時間密切相關(guān)。在理想彈性強(qiáng)化情況下,鋼材的疲勞壽命可以通過以下公式計算:σ = σb + K * f_a * N,代表應(yīng)力,σb是材料的屈服強(qiáng)度,f_a是循環(huán)次數(shù),N是總的循環(huán)次數(shù)。通過調(diào)整K的值,可以預(yù)測不同類型和狀態(tài)的鋼材在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命。沈祖炎還強(qiáng)調(diào)了材料微觀結(jié)構(gòu)對疲勞壽命的影響,并提出了通過控制熱處理過程來優(yōu)化鋼材性能的方法。這些研究成果為鋼結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù),有助于提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性

《同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理(沈祖炎)課后習(xí)題答案相關(guān)內(nèi)容》

一、部分章節(jié)習(xí)題答案示例

(一)第二章相關(guān)習(xí)題答案

  1. 2.1題
    • 在鋼材單向拉伸狀態(tài)下應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線中關(guān)于彈性階段和非彈性階段關(guān)系式如下:
      • 對于理想彈性 - 塑性情況:
        • 彈性階段:σ=Eε\sigma = E\varepsilonEE為彈性模量,σ\sigma為應(yīng)力,ε\varepsilon為應(yīng)變);非彈性階段:σ=fy\sigma = f_yfyf_y為屈服強(qiáng)度,應(yīng)力不隨應(yīng)變增大而變化)
      • 對于理想彈性強(qiáng)化情況:
        • 彈性階段:σ=Eε\sigma = E\varepsilon;非彈性階段:σ=fy+E(ε?εy)\sigma = f_y+E'(\varepsilon - \varepsilon_y)EE'為強(qiáng)化階段的模量,εy\varepsilon_y為屈服應(yīng)變)
  2. 2.3題
    • 鋼材曲線與反復(fù)應(yīng)力大小和作用時間關(guān)系
      • 當(dāng)構(gòu)件反復(fù)應(yīng)力處于彈性階段時,反復(fù)應(yīng)力作用下鋼材材性無變化,不存在殘余變形,鋼材曲線基本無變化;當(dāng)處于彈塑性階段,反復(fù)應(yīng)力會引起殘余變形,若加載 - 卸載連續(xù)進(jìn)行,鋼材曲線基本無變化,若加載 - 卸載有時間間隔,會使鋼材屈服點(diǎn)、極限強(qiáng)度提高,而塑性韌性降低(時效現(xiàn)象),鋼材曲線會相對更高而更短。另外,在一定作用力下,作用時間越快,鋼材強(qiáng)度會提高、變形能力減弱,鋼材曲線也會更高而更短。
    • 鋼材疲勞強(qiáng)度與反復(fù)力大小和作用時間關(guān)系
      • 反復(fù)應(yīng)力大小對鋼材疲勞強(qiáng)度的影響以應(yīng)力比或應(yīng)力幅(焊接結(jié)構(gòu))來量度。一般來說,應(yīng)力比或應(yīng)力幅越大,疲勞強(qiáng)度越低;而作用時間越長(指次數(shù)多),疲勞強(qiáng)度也越低
  3. 2.4題
    • 導(dǎo)致鋼材發(fā)生脆性破壞的原因如下:
      • 化學(xué)成分方面:鋼材的化學(xué)成分,如碳、硫、磷等有害元素成分過多。
      • 生成過程缺陷:鋼材生成過程中造成的缺陷,如夾層、偏析等。
      • 加工使用影響:鋼材在加工、使用過程中的各種影響,如時效、冷作硬化以及焊接應(yīng)力等影響。
      • 工作溫度影響:鋼材工作溫度影響,可能會引起藍(lán)脆或冷脆。
      • 結(jié)構(gòu)設(shè)計影響:不合理的結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計影響,如應(yīng)力集中等。
      • 受力性質(zhì)影響:結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力性質(zhì),如雙向或三向同號應(yīng)力場。
      • 荷載性質(zhì)影響:結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所受荷載性質(zhì),如受反復(fù)動力荷載作用。
  4. 2.5題
    • 名詞解釋
      • 延性破壞(塑性破壞):破壞前有明顯變形,并有較長持續(xù)時間,應(yīng)力超過屈服點(diǎn)fyf_y、并達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度fuf_u的破壞。
      • 損傷累積破壞:隨時間增長,由荷載與溫度變化,化學(xué)和環(huán)境作用以及災(zāi)害因素等使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生損傷并不斷積累而導(dǎo)致的破壞。
      • 脆性破壞(脆性斷裂):破壞前無明顯變形、無預(yù)兆,而平均應(yīng)力較小(一般小于屈服點(diǎn)fyf_y)的破壞。
      • 疲勞破壞:鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下,應(yīng)力水平低于極限強(qiáng)度,甚至低于屈服點(diǎn)的突然破壞。
      • 應(yīng)力腐蝕破壞(延遲斷裂):在腐蝕性介質(zhì)中,裂紋尖端應(yīng)力低于正常脆性斷裂應(yīng)力臨界值的情況下所造成的破壞。
      • 疲勞壽命:指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中在一定恢復(fù)荷載作用下所能承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
  5. 2.7題
    • 符號意義
      • Q235AF:屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級A(無沖擊功要求)的沸騰鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼)。
      • Q345D:屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級D(要求提供 - 20°C時縱向沖擊功)的特殊鎮(zhèn)靜鋼(低合金鋼)。
      • Q390E:屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級E(要求提供 - 40°C時縱向沖擊功)的特殊鎮(zhèn)靜鋼(低合金鋼)。
      • Q235D:屈服強(qiáng)度、質(zhì)量等級D(要求提供 - 20°C時縱向沖擊功)的特殊鎮(zhèn)靜鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼)。
  6. 2.8題
    • 鋼材選擇
      • 在北方嚴(yán)寒地區(qū)建造廠房露天倉庫使用非焊接吊車梁,承受起重量Q500KN的中級工作制吊車,要求鋼材具有良好的低溫沖擊韌性性能、能在低溫條件下承受動力荷載作用,可選Q235D、Q345D等。
      • 一廠房采用焊接鋼結(jié)構(gòu),室內(nèi)溫度為 - 10°C,要求滿足低溫可焊性條件,可選用Q235BZ等。
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