基本功竞赛教案——建筑钢材的拉伸性能.doc

第四届教师教学基本功大赛课堂教学比赛教案选 手 姓 名 X X 专 业 名 称 材料工程技术 参赛课程名称 建筑与装饰材料 课程章节名称 建筑钢材的拉伸性能 教学基本功大赛7.2建筑钢材的拉伸性能 教学设计教案一、教学目标1知识目标：使学生掌握低碳钢的拉伸曲线，并能够正确判断钢材的强度指标及塑性指标。2能力目标：使学生能够进行钢材强度的测定及计算。3情感目标：激发学生对建筑钢材的兴趣，培养学生合作创新能力。二、教学重点：低碳钢的拉伸曲线三、教学难点：钢材的屈服与强化四、学时分配：20分钟五、教学方法与手段：讲授，多媒体演示相结合。六、教学过程教学步骤教师活动时间分配教学手段教学设计11引入新课讲授（通过建筑结构由于钢材抗拉性能不合格而产生的破坏现象引入，提出问题，让学生在思考中开始新课程的学习。）在前面的课程中，我们已经介绍过，建筑钢材在建筑工程中的应用非常广泛，可用于钢结构的型板、钢板和用于钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝等。这节课的开始，我们先来看一个案例。2013年11月21日18时左右，拉脱维亚首都一名为“马克西姆”的超市发生坍塌事故，导致54人死亡，并有多人受伤。经过调查，这次事故是由桁架连接的问题导致的。有专家认为，钢桁架的受力能力设计至少低了两倍，这是一个“由无知产生的设计缺陷”。从这个案例我们可以看出，建筑结构中，选用钢材的强度直接影响建筑的使用性能与安全性能。接下来请大家思考两个问题：1.我们用什么指标来衡量钢材的强度？ 2.如何测得这些指标？带着这两个问题，我们进入今天的课程建筑钢材的拉伸性能。2分多媒体演示案例提问引入新课2讲授新课板书讲授复习回顾相关概念板书讲解多媒体演示拉伸曲线板书讲解多媒体演示板书讲授多媒体演示拉伸各阶段板书提问多媒体演示板书讲解多媒体演示课堂练习$7.2建筑钢材的拉伸性能钢筋混凝土结构的钢筋在应用时主要的受力形式为拉应力，钢材在受拉时，产生应力的同时，相应产生应变。利用应力应变关系曲线可以反映出钢材的主要力学特征。（先复习回顾相关知识，便于学生理解吸收新的内容）为了便于大家更好的理解低碳钢的拉伸过程，我们先来复习几个相关概念。一是弹性与弹性变形（材料受到外力作用产生变形，外力撤掉后能完全恢复原来形状和大小）二是塑性与塑性变形（材料受到外力作用产生变形，不能随外力撤销而自行恢复原状）三是应力（应力，其中F表示拉力，A表示材料垂直于手里方向的截面积），四是应变（，其中L0表示材料原始长度，L1表示材料变形后的长度）。一、 低碳钢的拉伸（结合低碳钢的应力应变曲线来讲解钢材的拉伸过程及各阶段的特点）下面我们就以低碳钢的应力应变曲线为例来讲解钢材的抗拉性能。为了得到低碳钢的应力应变曲线，我们首先要制备拉伸样品。拉伸样品为棒状，中间较细的部分为工作段，试样在这一部位发生变形断裂，两端较粗部分为夹持段，用于将试样加持在拉伸机上。工作段上我们选取一定的长度作为标距，标距和工作段的直径有一定的数量关系。接下来我们看看低碳钢的应力应变曲线。图1 低碳钢的应力应变曲线从图中我们可以看出，低碳钢的拉伸经历了弹性阶段（OA）、屈服阶段（AB）、强化阶段（BC）和颈缩阶段（CD）4个阶段。1. 弹性阶段（OA）OA范围内，应力与应变成正比。弹性阶段的特点：施加外力，试样变形，卸去外力，则试样恢复原状。A点对应的应力称为比例极限，sp表示，单位为MPa。此阶段应力和应变的比值称为弹性模量，可以反应钢材的刚度弹性模量越大，钢材在外力作用下越不易发生变形。2. 屈服阶段（AB）钢材在载荷的作用下，开始丧失对变形的抵抗能力，并产生明显的塑性变形。此阶段的特点为：应力在很小的范围内变动，应变则急剧地增长，就好像钢材对外力屈服了一样。此阶段卸去外力，试样的变形部分恢复，可恢复的为弹性变形，不可恢复的为塑性变形。从图中可以看出，屈服阶段在应力应变图中表现为锯齿状，我们称之为屈服台阶，屈服台阶最高点对应的应力成为屈服上限（ssu），最低点对应的应力为屈服下限（ssl），因为屈服下限稳定易测，规定屈服下限的应力为钢材的屈服强度，用ss表示，单位为MPa。结构设计中，要求构建在弹性变形范围内工作，即使少量的塑性变形也应力求避免，所以规定以钢材的屈服强度作为设计应力的依据。3. 强化阶段（BC）钢材屈服到一定程度后，由于内部组织中晶格发生畸变，组织了晶格的进一步滑移，钢材抵抗外力的能力又重新提高了，此时拉伸曲线进入强化阶段。在强化阶段，随应力增大，应变增大的速度降低，这一阶段曲线最高点C点所对应的应力称为抗拉强度或强度极限，代表钢材在断裂前所能承受的最大应力，用sb表示，单位为MPa。4.颈缩阶段（CD）当钢材强化达到最高点后，试件薄弱处的截面讲显著缩小，产生“颈缩现象”，并最终在颈缩处发生断裂。二、高碳钢（硬钢）的拉伸（主要讲解高碳钢的条件屈服强度的定义，较简单，以讲授为主）高碳钢的拉伸过程，无明显的屈服阶段，如图2所示。前面我们讲过，低碳钢是以屈服强度作为设计强度，那么高碳钢是如何选取设计强度的呢？ 图2 高碳钢的应力应变曲线对于无明显屈服的高碳钢，我们通常以条件屈服强度s0.2作为硬质钢材设计强度选取值。条件屈服点是使硬钢产生0.2%塑性变形（残余变形）时的应力。三、钢材的拉伸性能指标（拉伸曲线中已经介绍过，此处为性能指标间的比较与归纳，便于学生理解记忆）1.屈服强度:（结构设计中钢材强度取值的依据）式中：Fs钢材拉伸时的屈服载荷，N A0钢材试件的初始横截面积，mm22.抗拉强度:（钢材所能承受的最大应力）式中：Fb钢材拉伸时的极限载荷，N A0钢材试件的初始横截面积，mm2 屈强比=sb/ss，是屈服强度与抗拉强度的比值。屈强比越小，表明钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构的安全性越高；但是屈强比过小，钢材强度的利用率偏低，不够合理。一般钢材的屈强比最好在0.600.75之间。3. 伸长率：式中：l0原始标距长度，mm l1断后标距长度，mm 伸长率是衡量钢材塑性的一个指标，伸长率越大，表示钢材的塑性越好。钢材即使在弹性范围内工作，其内部由于原有一些结构缺陷和微孔，有可能产生应力集中现象，使局部应力超过屈服强度。一定的塑性变形能力，可以保证应力重新分布，从而避免结构的破坏。但是塑性过大时，钢质软，结构塑性变形大，也会影响实际使用。四、课堂练习（回顾课堂知识，强化学生记忆）1、低碳钢拉伸处于【 】时，其应力与应变成正比。A.弹性阶段 B.屈服阶段 C.强化阶段 D.颈缩阶段2、钢材的伸长率越大，表示其【 】越好。A.抗压强度 B.塑性 C.硬度 D.抗拉强度3、设计时钢材强度的取值依据是钢材【 】。 A屈服强度 B.抗压强度 C.抗拉强度 D.抗折强度2分8分2分3分1分3小结讲授多媒体展示低碳钢拉伸过程（1） 低碳钢的拉伸：应力应变曲线弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段弹性阶段：弹性变形，比例极限sp屈服阶段：弹塑性变形，屈服强度ss强化阶段：抗拉强度sb，钢材在断裂前所能承受的最大应力颈缩阶段：局部截面迅速缩小，并在此处断裂（2）高碳钢的拉伸 无明显的屈服阶段，以条件屈服点使硬钢产生0.2%塑性变形（残余变形）时的应力作为其屈服强度。（3）钢材的拉伸性能指标1.屈服强度: 2.抗拉强度:，屈强比=sb/ss3.伸长率：（塑性指标）2分4板书$7.2建筑钢材的拉伸性能一、 低碳钢的拉伸1.弹性阶段：弹性变形，比例极限sp2.屈服阶段：弹塑性变形，屈服强度ss3.强化阶段