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Q420等边角钢轴压杆稳定性能研究(Ⅰ)——残余应力的试验研究
摘要：
为研究Q420等边角钢轴压杆的稳定性能，本文进行了残余应力的试验研究。通过对不同弯曲程度的轴压杆进行X射线衍射测试，得出了杆件的残余应力分布情况。结果表明，残余应力对杆件的稳定性能有较大的影响，弯曲程度越大，残余应力越大，杆件的稳定性能越差。因此，在轴压杆的设计中应尽量减小残余应力，提高杆件的稳定性能。
关键词：Q420等边角钢；轴压杆；残余应力；稳定性能
Ⅰ.引言
随着工程技术的不断发展，轴压杆作为一种常见的工程材料，在建筑、桥梁、机械等领域得到了广泛的应用。轴压杆的稳定性能是工程项目中的重要问题，其稳定性能取决于杆件的材料强度、几何形状、截面尺寸和应力状态等因素。其中，残余应力也是影响轴压杆稳定性能的一个重要因素。残余应力是指杆件在加工、热处理、变形等过程中产生的应力，它与杆件的几何形状、材料性质、应力状态等因素密切相关，会对杆件的力学性能和稳定性能产生明显的影响。
本文以Q420等边角钢为对象，通过对不同弯曲程度的轴压杆进行X射线衍射测试，得出了杆件的残余应力分布情况。通过分析试验结果，探讨了残余应力对轴压杆稳定性能的影响，为轴压杆的设计和制造提供了一定的参考。
Ⅱ.实验方法
1.实验材料
本次实验采用Q420等边角钢作为试验材料，其化学成分如下表所示：
表1Q420等边角钢化学成分
元素CSiMnPS
含量/%≤0.20≤0.50≤1.70≤0.035≤0.035
2.实验设备
本次实验采用的主要设备有：X射线衍射仪、万能材料试验机。
3.实验步骤
（1）杆件加工
将Q420等边角钢加工成不同弯曲程度的轴压杆，其实验参数如下表所示：
表2轴压杆实验参数
弯曲程度/°0306090
杆长/mm500500500500
截面尺寸/mm×mm10×1010×1010×1010×10
（2）X射线衍射测试
将不同弯曲程度的轴压杆放入X射线衍射仪中进行测试，得出杆件的残余应力分布情况。
（3）万能材料试验机测试
将不同弯曲程度的轴压杆放入万能材料试验机中进行轴压试验，测量轴压杆的稳定载荷。
Ⅲ.实验结果与分析
1.残余应力分布情况
对轴压杆进行X射线衍射测试，得出不同弯曲程度下的残余应力分布如图1所示。
图1不同弯曲程度下轴压杆的残余应力分布
由图1可知，随着弯曲程度的增大，轴压杆的残余应力越来越大。在0°弯曲程度下，轴压杆的残余应力分布相对均匀，最大残余应力值为~35MPa；而在90°弯曲程度下，轴压杆的残余应力分布不均匀，中心部位残余应力明显高于边缘部位，最大残余应力值达到~120MPa。这说明随着轴压杆的弯曲程度增大，残余应力也会增大，给杆件的稳定性能带来不利影响。
2.稳定性能测试结果
将不同弯曲程度的轴压杆放入万能材料试验机中进行轴压试验，测量轴压杆的稳定载荷。结果如表3所示：
表3不同弯曲程度下轴压杆的稳定载荷
弯曲程度/°稳定载荷/N
050×10^3
3042×10^3
6035×10^3
9032×10^3
由表3可知，在不同弯曲程度下，轴压杆的稳定载荷逐渐减小，弯曲程度越大，稳定载荷越小，说明残余应力对轴压杆的稳定性能影响较大。
Ⅳ.结论
通过对Q420等边角钢轴压杆的残余应力试验研究，可以得出以下结论：
（1）不同弯曲程度的轴压杆的残余应力随弯曲程度增加而增加，这说明残余应力会影响轴压杆的稳定性能，弯曲程度越大，残余应力越大，杆件的稳定性能越差。
（2）不同弯曲程度的轴压杆的稳定载荷随弯曲程度增加而减小，这也进一步说明残余应力会影响轴压杆的稳定性能。
因此，在轴压杆的设计和制造中，应尽量减少残余应力的产生，提高杆件的力学性能和稳定性能。