Question

为什么钢材强度随着厚度（直径）的增加反而减少呢？

如果为样，那岂不是荷载越大，所选钢材越薄越好吗？这与实际情况不符呀，本人外行，请内行的先生详细指教，说的有理，再追加50分，在此提前谢过了！

Answer 1

★首先、荷载和强度是两个概念，荷载的单位是N，强度的单位MPa，和受力面积有关，不能说”荷载越大，所选钢材越薄越好“。同样强度的钢筋，直径有10、20、25、28和多种，直径越大，抗拉荷载就越大，但他们的抗拉强度是相同的或者说是相近的。
★另外，给你带来误解的原因可能是：尺寸越小，强度越大。怎么解释呢？可以说这和加工工艺有关，一般来讲，尺寸越小的钢带或钢丝，其工艺也复杂，需要加工次数越多，碾压次数越多，表现出来的刚度就越大，及弹性模量越大、抗拉强度也越大。
★再举一个例子，你观察过汽车的减震吗，为什么设计师不用一整块钢板做减震，反而要用四五片钢带叠合起来做减震呢，就是这个原因，大尺寸材料不易获得高性能。（同样的要求，用一整片钢带可能厚度要达到200mm，但用薄钢带，可能组合厚度有80mm就足以）

追问

您的回答很专业！如果此后没有更好的解答，最佳答案就给您了，另外，如果感兴趣的话请参加我们团队吧，用这种方式进行邀请，您不会介意吧？
团队网址：http://zhidao.baidu.com/team/view/%E7%99%BE%E5%BA%A6%E5%BB%BA%E7%AD%91

追答

很荣幸能帮到你，也谢谢你的邀请，百度建筑也真的挺不错，不过一个人只能加入一个同类团队，只好申请了改团队的群号，等待批准中

追问

您好！对您不能参加本团，我深表遗憾！我们团将随时期待您的加入！

Answer 2

前面已经有很多热心网友参与了相应讨论，看后，我也想参与其中，说两句，不对之处请指正，谢谢！

1、首先，我不知道你是从哪里得来的这个结论：“钢材强度随着厚度（直径）的增加反而减少”？这句话是有 歧义的，钢材的强度，基本上可以看成一个定值，诸如：抗拉强度、屈服强度……等，例如：常用的钢材Q235A的抗拉强度为373~461MPa，不管它是一个订书钉，还是一个巨大的钢锭，这个强度值都不会因体积的改变而改变。

2、由于上述原因，我是不是要这样理解你的题意：“为什么构件的强度随着材料厚度（直径）的增加反而减少”？如果是这样的话，题意就很明朗，下面继续讨论：

3、用一个矩形截面的简支梁来进行讨论:
最大弯矩为：M=PL/4
梁的抗弯截面模量：W
根据材料力学公式，有：σmax=M/W≤=[ σ ] （未计安全系数）
式中：
σmax：最大正应力强度
M：弯矩
W：抗弯截面模量
[ σ ]：材料的需用强度
（材料的需用强度以屈服极限为基数进行计算，并考虑安全系数、冲击载荷等，一般是将屈服极限乘以一定系数进行计算）

4、从上上式可以看出：抗弯截面模量W与最大正应力σmax是成反比的，而W恰巧是与材料截面的大小形状有直接的关系，在外形不变的前提下，材料越多，则抗弯截面模量W就越大，比如：实心矩形的抗弯截面模量就要大于相同外形的空心矩形的抗弯截面模量（这在材料力学里有详尽的解说），于是：

5、构件的截面材料越多，材料的抗弯截面模量W就越大，构件的正应力σmax反而更小，这就是你要的结果

6、可能是在概念上有点混淆，需要澄清一下：
。
7、σmax是构件所受到的外力，而不是材料的强度，材料的强度是一个可视为恒定的值。

希望能够帮助到你！

追问

您好！感谢您的指教。就拿Q235来说吧，这里的235，实际上是指，以这种钢材制成规范要求的标准试件规格，并按规范要求的方式进行拉伸实验所得到的屈服强度值为235MPa。也就是说这个235是有前提条件的，钢材的强度除了与材质相关外，还与试件规格、测试方法及测试环境等因素相关。因此，如果您对同一种材质的“订书钉”和“巨大的钢锭”分别作拉伸实验，所得到的强度值是有差异的，我的问题是造成这种差异的原因到底是什么？

追答

1、如你所说，钢材确实存在差异，就是将一张钢板进行不同方位的力学测试（如：顺轧制方向、横轧制方向），其力学性能也是不尽相同的，这叫各向异性。
2、若将“订书钉”和“巨大钢锭”都取其相同方向的试件进行力学测试，其参数应该差别不大的，不要以为“巨大钢锭”就会有“大的抗拉强度”，而“订书钉”的抗拉强度就“小”。
3、要知道抗拉强度的单位是Pa（常用mPa），也就是N/米平方，用数十吨（或数百吨）的拉力去检测“钢锭”，而检测“订书钉”的拉力只需要几十公斤（或几百公斤），但除以横截面积后，其抗拉强度不会差到哪儿去的。
4、若一定要研究其差异的原因所在，下面几点可以进行探究一番的：
5、在拉伸实验中，当试件的拉力超过屈服极限时，试件将一定会出现颈缩，这时的状况是不可逆的，也就是说，当外力消除时，颈缩将不可能还原，产生颈缩的原因如下：
6、横截面积小的试件，出现颈缩要早，也就是说，屈服极限将会小一些，反之，横截面积大的试件，出现颈缩要晚，也就是说，屈服极限将会大一些。
7、有类与力学测试，当大的构件（指大的横截面）在承受外载荷的时候，理所当然，屈服强度自然要大一些，反之，就要小一些。
8、这个现象，是因为横截面大的构件（或：试件），其横截面的外周长要大于小构件（或：试件），
9、大的周长将意味着有更多的分子聚合，将会有更多的金属键在起作用，外载荷将试图破坏这些金属键，显然，大构件将会有更强的力量（金属键）去抵抗外载荷，而小型构件由于分子之间的金属键数量比较少，而没有强大的力量去平衡外载荷，最终，宏观的现象就是，大型构件的抗拉强度会稍稍优于小型构件。
10、总的来说，在工程上，我们在设计这些构件时，基本上不会去深究这些差别，只在理论研究时才会有一些探究，再说，在工程设计的时候，我们会加上足够多的安全系数在设计中，因此，这些因构件个体大小产生的差异，基本上会忽略不计。

追问

感谢您的补充回答，但我的感觉是越来越糊涂，也许我该结束这个问题了，无论如何，我还是非常地感谢您，希望今后还能得到您的指导！再次感谢！

Answer 3

钢材越厚强度是相对较低，比如说都是Q345的钢材一个厚一个薄一点它们的理论屈服强度都是345MP但是厚的钢材相对于薄的来说要低一点，原因是钢材在煅造的时候会产生许多缺陷，夹渣等，越厚的这些缺陷的机率多一点故强度相对薄的低一下。注意这个比较是与同一等级的钢材相比较

追问

除了工艺方面的影响，还有别的吗？

Answer 4

荷载越大，所选钢材越薄越好! 不是理解这样的 荷载越大 所选的钢材 假如直径小那壁厚是大的 反之是小的 它的解释理论上有正比和反比 当一定的荷载和所选钢材承重成正比了 钢材就不会出现 弯曲破坏 反之就会破坏！这是我的解释：钢材直径的大小和壁厚的多少 都取决于承重量的大小！

追问

很抱歉，我不是太明白您的回答！

Answer 5

我觉得应该理解成“单位尺寸的刚才强度随着总尺寸的增大而降低”。
至于原因，除了楼上提到的锻造工艺的问题，还有一个原因，即钢材对应力的抵抗效率，由外而内降低，因此钢结构建筑的柱子都是空心的——不过貌似仅指剪、弯应力，压应力应该是没有类似现象的——但总体来说，钢材的单位强度，确实随尺寸的增大而降低。
随便说说，别当真哈～我也是外行，这点材料知识仅止于大学课本。

追问

很高兴！终于看到本团成员的回答啦！您所说的这种“钢材对应力的抵抗效率，由外而内降低”，这只要表象，但产生这种表象的原因又是什么呢？能进一步解答一下吗？多谢！

追答

其实不只是钢材，任何材料受弯的情况下，外侧受拉、内侧受压，相对形变最大，而内部的相对形变降低，造成材料内部的应力外侧最大，而且由外而内降低。还有一个例子就是工字钢。