材料力學的大神們看過來,鋼纜和實心鋼筋哪個更抗拉?
現實生活中看到的鋼繩都是透過很細的鋼絲,若干股編織而成的。我的問題是:①材料相同,橫截面積相同的情況下,由若干股編織而成和一實心的材料,抗拉力是否相同?②兩根鋼纜總橫截面積相同,用較粗的鋼絲編織和用很細的鋼絲編織,二者的抗拉力有差別嗎?③橫截面積相同的兩根鋼纜,都用相同粗細的鋼絲編織而成,但是編織的工藝或者方法不同,會影響拉力嗎?【上述問題的前提是兩條纜繩橫截面積相同,即等同於單位長度重量相同。】對編織繩,尼龍繩,也存在這樣的疑問,同樣的一根繩子編織起來是不是拉力更強?同樣的一束頭髮,編成麻花辮,是不是抗拉力更強?
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1 # 力學Nerd王小胖
1、兩者使用途徑不一樣。
鋼纜與鋼筋,一個作為纜繩用,一個作為機構用,用途不一樣。而纜繩的優點顯而易見,可以成捆,佔地小。鋼筋一般是作為混凝土的主要承拉部件。
2、兩者力學行為不一樣。
實心鋼筋受拉,其力學行為比較簡單,就是單軸拉伸狀態。應力計算如下:
s=F/A
即,應力s等於力F除以面積A。如果應力超出了材料的承受能力,則鋼筋失效。
此外,鋼筋還可以受壓。所以,實心鋼筋的用途要比鋼纜多很多。
鋼纜的力學行為就複雜多了,它只能受拉。單股鋼筋除了兩側的拉力外,還有其他股鋼筋對其的擠壓和摩擦。所以,單股鋼筋的應力狀態要比單軸拉伸複雜的多!
也就是說:鋼纜不再是處於一種單軸拉伸的狀態,而是多軸拉伸。這裡有個多軸應力可以表示。大量的實驗和理論研究表明,多軸應力狀態下,材料更加容易發生損傷累積。比如:低碳鋼的頸縮就是多軸應力的一種表現,而頸縮的開始就是材料內部缺陷成核、生長的開始。由此可見,鋼纜的力學效能並不是最佳的。
3、針對你的問題。
材料力學的大神們看過來,鋼纜和實心鋼筋哪個更抗拉?
答:相同條件下,鋼筋更抗拉。
現實生活中看到的鋼繩都是透過很細的鋼絲,若干股編織而成的。
答:那視因為鋼纜佔地小。
我的問題是:①材料相同,橫截面積相同的情況下,由若干股編織而成和一實心的材料,抗拉力是否相同?
答:如果不考慮鋼纜每股之間的作用力,那麼抗拉能力一樣。但是由於每股間的擠壓和摩擦,實際鋼絲處於多軸應力狀態,其內部缺陷更易發展成裂紋,承載能力偏弱。
②兩根鋼纜總橫截面積相同,用較粗的鋼絲編織和用很細的鋼絲編織,二者的抗拉力有差別嗎?
答:有差別。具體需要計算。沒法給出誰大誰小。
答:有差別。這個問題有專門的研究,你可以搜下知網。我之前審到一個博士論文就是研究這個的。
對編織繩,尼龍繩,也存在這樣的疑問,同樣的一根繩子編織起來是不是拉力更強?
答:同樣!但是這類繩索力學行為更復雜,屬於大變形了。
同樣的一束頭髮,編成麻花辮,是不是抗拉力更強?
答:別以為頭髮簡單,頭髮問題很複雜,主要是其力學特性不清楚。所以沒辦法準確回答。
最後要說的話這裡的粗細都是指宏觀角度的。實際上,到了細觀,甚至微觀,比如納尺度,材料強度的尺度效應就會非常明顯!不能用宏觀角度下,“尺寸變化不導致材料強度的變化”這個來衡量。
納尺度下,有的材料力學效能遠高於宏觀尺度!