1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Временное сопротивление

Предел прочности

Предел прочности — это то же, что и временное сопротивление материала. Но несмотря на то, что правильнее использовать термин временное сопротивление, понятие предел прочности лучше прижилось в технической разговорной речи. В то же время в нормативной документации, стандартах применяют термин «временное сопротивление».

Прочность — это сопротивление материала деформации и разрушению, одно из основных механических свойств. Другими словами, прочность — это свойство материалов, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, температурные, магнитные и другие поля).

К характеристикам прочности при растяжении относятся модуль нормальной упругости, предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести и временное сопротивление (предел прочности).

Предел прочности — это максимальное механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала, подвергаемого деформации; предел прочности при растяжении обозначается σВ и измеряется в килограммах силы на квадратный сантиметр (кгс/см 2 ), а также указывается в мегапаскалях (МПа).

Различают:

  • предел прочности при растяжении,
  • предел прочности при сжатии,
  • предел прочности при изгибе,
  • предел прочности при кручении.

Предел кратковременной прочности (МПа) определяется с помощью испытаний на растяжение, деформацию проводят до разрушения. С помощью испытаний на растяжение определяют временное сопротивление, удлинение, предел упругости и др.. Испытания на длительную прочность предназначены главным образом для оценки возможности использования материалов при высоких температурах (длительная прочность, ползучесть); в результате определяется σB/Zeit — предел ограниченной длительной прочности на заданный срок службы. [1]

Прочность металлов

Физику прочности основал Галилей: обобщая свои опыты, он открыл (1638 г.), что при растяжении или сжатии нагрузка разрушения P для данного материала зависит только от площади поперечного сечения F. Так появилась новая физическая величина — напряжение σ=P/F — и физическая постоянная материала: напряжение разрушения [4].

Физика разрушения как фундаментальная наука о прочности металлов возникла в конце 40-х годов XX века [5]; это было продиктовано острой необходимостью разработки научно обоснованных мер для предотвращения участившихся катастрофических разрушений машин и сооружений. Раньше в области прочности и разрушения изделий учитывалась только классическая механика, основанная на постулатах однородного упруго-пластического твёрдого тела, без учёта внутренней структуры металла. Физика разрушения учитывает также атомно-кристаллическое строение решётки металлов, наличие дефектов металлической решётки и законы взаимодействия этих дефектов с элементами внутренней структуры металла: границами зёрен, второй фазой, неметаллическими включениями и др.

Большое влияние на прочность материала оказывает наличие ПАВ в окружающей среде, способных сильно адсорбироваться (влага, примеси); происходит уменьшение предела прочности.

К повышению прочности металла приводят целенаправленние изменения металлической структуры, в том числе — модифицирование сплава.

Учебный фильм о прочности металлов (СССР, год выпуска:

Предел прочности металла

Предел прочности меди. При комнатной температуре предел прочности отожжённой технической меди σВ=23 кгс/мм 2 [8]. С ростом температуры испытания предел прочности меди уменьшается. Легирующие элементы и примеси различным образом влияют на предел прочности меди, как увеличивая, так и уменьшая его.

Предел прочности алюминия. Отожжённый алюминий технической чистоты при комнатной температуре имеет предел прочности σВ=8 кгс/мм 2 [8]. С повышением чистоты прочность алюминия уменьшается, а пластичность увеличивается. Например, литой в землю алюминий чистотой 99,996% имеет предел прочности 5 кгс/мм 2 . Предел прочности алюминия уменьшается естественным образом при повышении температуры испытания. При понижении температуры от +27 до -269°C временное сопротивление алюминия повышается — в 4 раза у технического алюминия и в 7 раз у высокочистого алюминия. Легирование повышает прочность алюминия.

Предел прочности сталей

В качестве примера представлены значения предела прочности некоторых сталей. Эти значения взяты из государственных стандартов и являются рекомендуемыми (требуемыми). Реальные значения предела прочности сталей, равно как и чугунов, а также других металлических сплавов зависят от множества факторов и должны определяться при необходимости в каждом конкретном случае.

Для стальных отливок, изготовленных из нелегированных конструкционных сталей, предусмотренных стандартом (стальное литьё, ГОСТ 977-88), предел прочности стали при растяжении составляет примерно 40-60 кг/мм 2 или 392-569 МПа (нормализация или нормализация с отпуском), категория прочности К20-К30. Для тех же сталей после закалки и отпуска регламентируемые категории прочности КТ30-КТ40, значения временного сопротивления уже не менее 491-736 МПа.

Для конструкционных углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-88, прокат размером до 80 мм, после нормализации):

  • Предел прочности стали 10: сталь 10 имеет предел кратковременной прочности 330 МПа.
  • Предел прочности стали 20: сталь 20 имеет предел кратковременной прочности 410 МПа.
  • Предел прочности стали 45: сталь 45 имеет предел кратковременной прочности 600 МПа.

Категории прочности сталей

Категории прочности сталей (ГОСТ 977-88) условно обозначаются индексами «К» и «КТ», после индекса следует число, которое представляет собой значение требуемого предела текучести. Индекс «К» присваивается сталям в отожженном, нормализованном или отпущенном состоянии. Индекс «КТ» присваивается сталям после закалки и отпуска.

Предел прочности чугуна

Метод определения предела прочности чугуна регламентируется стандартом ГОСТ 27208-87 (Отливки из чугуна. Испытания на растяжение, определение временного сопротивления).

Предел прочности серого чугуна. Серый чугун (ГОСТ 1412-85) маркируется буквами СЧ, после букв следуют цифры, которые указывают минимальную величину предела прочности чугуна — временного сопротивления при растяжении (МПа*10 -1 ). ГОСТ 1412-85 распространяется на чугуны с пластинчатым графитом для отливок марок СЧ10-СЧ35; отсюда видно, минимальные значения предела прочности серого чугуна при растяжении в литом состоянии или после термической обработки варьируются от 10 до 35 кгс/мм 2 (или от 100 до 350 МПа). Превышение минимального значения предела прочности серого чугуна допускается не более, чем на 100 МПа, если иное не оговорено отдельно.

Предел прочности высокопрочного чугуна. Маркировка высокопрочного чугуна также включает в себя цифры, обозначающие временное сопротивление при растяжении чугуна (предел прочности), ГОСТ 7293-85. Предел прочности при растяжении высокопрочного чугуна составляет 35-100 кг/мм 2 (или от 350 до 1000 МПа).

Из вышеизложенного видно, что чугун с шаровидным графитом может успешно конкурировать со сталью.

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

  1. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ. изд. Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1982. – 480 с.
  2. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. — ISBN 5-217-00241-1
  3. Жуковец И.И. Механические испытания металлов: Учеб. для сред. ПТУ. — 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 1986. — 199 с.: ил. — (Профтехобразование). — ББК 34.2/ Ж 86/ УДЖ 620.1
  4. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация: Учебник для вузов. — М.:*МИСИС*, 1997. — 527 с.
  5. Мешков Ю.Я. Физика разрушения стали и актуальные вопросы конструкционной прочности // Структура реальных металлов: Сб. науч. тр. — Киев: Наук. думка, 1988. — С.235-254.
  6. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Издание четвёртое. — Л.: «Наука», Ленингр. отд., 1972. 424 с.
  7. Получение и свойства чугуна с шаровидным графитом. Под редакцией Гиршовича Н.Г. — М.,Л.: Ленинградское отделение Машгиза, 1962, — 351 с.
  8. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. — М.: Металлургия, 1980. 296 с.

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>>

Предел прочности материалов (разрыв металлов) при растяжении и сжатии: что это такое, виды, фото

При строительстве объектов обязательно необходимо использовать расчеты, включающие подробные характеристики стройматериалов. В обратном случае на опору может быть возложена слишком большая, непосильная нагрузка, из-за чего произойдет разрушения. Сегодня поговорим о пределе прочности материала при разрыве и натяжении, расскажем, что это такое и как работать с этим показанием.

Предел прочности

ПП – будем использовать это сокращение, а также можно говорить об официальном сочетании «временное сопротивление» – это максимальная механическая сила, которая может быть применена к объекту до начала его разрушения. В данном случае мы не говорим о химическом воздействии, но подразумеваем, что нагревание, неблагоприятные климатические условия, определенная среда могут либо улучшать свойства металла (а также дерева, пластмассы), либо ухудшать.

Ни один инженер не использует при проектировании крайние значения, потому что необходимо оставить допустимую погрешность – на окружающие факторы, на длительность эксплуатации. Рассказали, что называется пределом прочности, теперь перейдем к особенностям определения.

Как производится испытание на прочность

Изначально особенных мероприятий не было. Люди брали предмет, использовали его, а как только он ломался, анализировали поломку и снижали нагрузку на аналогичное изделие. Теперь процедура гораздо сложнее, однако, до настоящего времени самый объективный способ узнать ПП – эмпирический путь, то есть опыты и эксперименты.

Все испытания проходят в специальных условиях с большим количеством точной техники, которая фиксирует состояние, характеристики подопытного материала. Обычно он закреплен и испытывает различные воздействия – растяжение, сжатие. Их оказывают инструменты с высокой точностью – отмечается каждая тысячная ньютона из прикладываемой силы. Одновременно с этим фиксируется каждая деформация, когда она происходит. Еще один метод не лабораторный, а вычислительный. Но обычно математический анализ используется вместе с испытаниями.

Определение термина

Образец растягивается на испытательной машине. При этом сначала он удлиняется в размере, а поперечное сечение становится уже, а затем образуется шейка – место, где самый тонкий диаметр, именно здесь заготовка разорвется. Это актуально для вязких сплавов, в то время как хрупкие, к ним относится чугун и твердая сталь, растягиваются совсем незначительно без образования шейки. Подробнее посмотрим на видео:

Виды ПП

Временное сопротивление разрыву определяют по различным воздействиям, согласно этому его классифицируют по:

  • сжатию – на образец действуют механические силы давления;
  • изгибу – деталь сгибают в различные стороны;
  • кручению – проверяется пригодность для использования в качестве крутящегося вала;
  • растяжению – подробный пример проверки мы привели выше.

Предел прочности на растяжение стали

Стальные конструкции давно заменили прочие материалы, так как они обладают отличными эксплуатационными характеристиками – долговечностью, надежностью и безопасностью. В зависимости от применяемой технологии, он подразделяется на марки. От самой обычной с ПП в 300 Мпа, до наиболее твердой с высоким содержанием углерода – 900 Мпа. Это зависит от двух показателей:

  • Какие способы термообработки применялись – отжиг, закалка, криообработка.
  • Какие примеси содержатся в составе. Одни считаются вредными, от них избавляются для чистоты сплава, а вторые добавляют для укрепления.

Предел текучести и временное сопротивление

Новый термин обозначается в технической литературе буквой Т. Показатель актуален исключительно для пластичных материалов и обозначает, как долго может деформироваться образец без увеличения на него внешней нагрузки.

Обычно после преодоления этого порога кристаллическая решетка сильно меняется, перестраивается. Результатом выступают пластические деформации. Они не являются нежелательными, напротив, происходит самоупрочнение металла.

Усталость стали

Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.

Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.

Предел пропорциональности

Это показатель, определяющий длительность оказываемых нагрузок к деформации тела. При этом оба значения должны изменяться в разный степени по закону Гука. Простыми словами: чем больше оказывается сжатие (растяжение), тем сильнее деформируется образец.

Значение каждого материала находится между абсолютной и классической упругостью. То есть если изменения обратимы, после того как сила перестала действовать (форма стала прежняя – пример, сжатие пружины), то такие параметры нельзя называть пропорциональными.

Как определяют свойства металлов

Проверяют не только то, что называют пределом прочности, но и остальные характеристики стали, например, твердость. Испытания проводят следующим образом: в образец вдавливают шарик или конус из алмаза – наиболее прочной породы. Чем крепче материал, тем меньше след остается. Более глубокие, с широким диаметром отпечатки остаются на мягких сплавах. Еще один опыт – на удар. Воздействие оказывается только после заранее сделанного надреза на заготовке. То есть разрушение проверяется для наиболее уязвимого участка.

Механические свойства

Различают 5 характеристик:

  • Предел прочности стали при растяжении и на разрыв это – временное сопротивление внешним силам, напряжение, возникающее внутри.
  • Пластичность – это возможность деформироваться, менять форму, но сохранять внутреннюю структуру.
  • Твердость – готовность встретиться с более твердым материалом и не получить значительных ущербов.
  • Ударная вязкость – способность сопротивляться ударам.
  • Усталость – длительность сохранения качеств под воздействием цикличных нагрузок.

Классы прочности и их обозначения

Все категории записаны в нормативных документах – ГОСТах, по ним все российские предприниматели изготавливают любой металлопрокат и прочие металлические изделия. Вот соответствие обозначения и параметра в таблице:

Временное сопротивление

Методы испытания на растяжение

Reinforcing-bar steel. Tensile test methods

МКС 77.140.15
ОКСТУ 1909

Дата введения 1983-07-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством металлургии СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.12.81 N 5419

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, подпункта

1.1; 2.1; 3.1; 3.4; 3.7.3

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного cовета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

6. ИЗДАНИЕ (сентябрь 2009 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июне 1985 г., августе 1990 г. (ИУС 9-85, 11-90)

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний на растяжение при температуре (20 ) °C арматурной стали номинальным диаметром от 3,0 до 80 мм (проволоки, стержни и арматурные канаты) круглого и периодического профиля, предназначенной для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций для определения механических свойств:

полного относительного удлинения при максимальной нагрузке;

относительного удлинения после разрыва;

относительного равномерного удлинения после разрыва;

относительного сужения после разрыва;

предела текучести (физического);

пределов текучести и упругости (условных);

модуля упругости (начального).

Термины, обозначения и определения приведены в приложении 1.

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Для испытания на растяжение применяются образцы арматуры круглой или периодического профиля с необработанной поверхностью номинальным диаметром от 3,0 до 80 мм. Допускается проводить испытания образцов горячекатаной стержневой арматуры номинальным диаметром более 20 мм на обточенных образцах цилиндрической формы с головками по возможности с сохранением на головках поверхности проката. Форма, размеры и требования к обработке рабочей части образцов — по ГОСТ 1497.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1.2. Допускается перед испытанием проводить правку образца плавным давлением на него или легкими ударами молотка по образцу, лежащему на подкладке. Подкладка и молоток должны быть из более мягкого материала, чем образец.

Недопустимость правки образцов должна быть оговорена в НТД на арматурную сталь.

1.3. Полная длина образца арматуры выбирается в зависимости от рабочей длины образца и конструкции захвата испытательной машины.

Рабочая длина образца должна составлять:

для образца с номинальным диаметром до 20 мм включительно — не менее 200 мм;

для арматурных канатов всех диаметров — не менее 350 мм.

Начальная расчетная длина для образцов стержневой арматуры и проволоки должна быть установлена по нормативно-технической документации на готовую продукцию, а для образцов арматурных канатов должна составлять 300 мм.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

где — масса испытуемого образца, кг;

— длина испытуемого образца, м;

1.5. Для обточенных и круглых образцов арматуры номинальным диаметром от 3,0 до 40,0 мм определяют площадь поперечного сечения измерением диаметра по длине образца в трех сечениях: в середине и по концам рабочей длины; в каждом сечении в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Площадь поперечного сечения образца вычисляют как среднеарифметическое значение этих шести измерений.

1.6. Площадь поперечного сечения каната определяют как сумму площадей поперечного сечения отдельных проволок, составляющих канат.

Допускается использовать номинальную площадь сечения канатов, указанную в нормативно-технической документации на канаты.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.7. Начальную расчетную длину измеряют с погрешностью не более 0,5 мм.

1.8. Диаметры круглых и обточенных образцов арматуры номинальным диаметром от 3,0 до 40,0 мм измеряют штангенциркулем по ГОСТ 166 или микрометром по ГОСТ 6507.

1.9. Массу испытуемых образцов арматуры периодического профиля номинальным диаметром менее 10 мм определяют с погрешностью не более 1,0 г, образцов арматуры диаметром от 10 до 20 мм — с погрешностью не более 2,0 г, а образцов диаметром более 20 мм — с погрешностью не более 1% от массы образца.

Образцы арматурной стали взвешивают на весах по ГОСТ 29329*, а длину образца измеряют металлической линейкой по ГОСТ 427.
_______________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 53228-2008. — Примечание изготовителя базы данных.

2. АППАРАТУРА

2.1. Применяют машины всех систем при условии их соответствия требованиям настоящего стандарта и ГОСТ 1497.

2.2. При проведении испытаний должны соблюдаться требования:

надежное центрирование образца;

средняя скорость нагружения при испытании до предела текучести не должна быть более 10 Н/мм (1 кгс/мм ) в секунду; за пределом текучести скорость нагружения может быть увеличена так, чтобы скорость перемещения подвижного захвата машины не превышала 0,1 рабочей длины испытуемого образца в минуту; шкала силоизмерителя испытательной машины не должна превышать пятикратного ожидаемого значения наибольшей нагрузки для испытуемого образца арматуры;

конструкция захватов испытательной машины должна исключать возможность поворота концов каната вокруг оси образца.

2.3. Измерительные приборы должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и другой НТД.

2.4. При определении условных пределов упругости и текучести с помощью тензометра относительная длина деления шкалы тензометра не должна превышать:

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Для обточенных образцов определение относительного удлинения — по ГОСТ 1497.

3.1.1. Конечную расчетную длину образца , включающую место его разрыва, определяют следующим способом.

Перед испытанием образец на длине, больше рабочей длины образца, размечается на равных частей при помощи меток, наносимых делительной машиной, скобками или керном. Расстояние между метками для арматуры диаметром 10 мм и более не должно превышать величину и быть кратным 10 мм. Для арматуры диаметром менее 10 мм расстояние между метками принимается равным 10 мм. Допускается при разметке образцов расстояние между метками принимать более 10 мм и превышающим величину , но не более величины начальной расчетной длины .

Если число интервалов , соответствующее начальной длине образца, получается дробным, его округляют до целого в большую сторону.

После испытания части образца тщательно складывают вместе, располагая их по прямой линии. От места разрыва в одну сторону откладывают /2 интервалов и ставят метку . Если величина /2 оказывается дробной, то ее округляют до целого числа в большую сторону. Участок от места разрыва до первой метки при этом считается как целый интервал.

От метки откладывают в сторону места разрыва интервалов и ставят метку (черт.2). Отрезок равен полученной по месту разрыва конечной расчетной длине .

Если место разрыва ближе к краю захвата машины чем величина /2 (черт.3), то полученную после разрыва конечную расчетную длину определяют следующим образом:

от места разрыва до крайней метки у захвата определяют число интервалов, которое обозначают /2. От точки к месту разрыва откладывают интервалов и ставят метку . Затем от метки откладывают /2 — /2 интервалов и ставят метку .

где и — соответственно длина участка образца между точками и и и .

Если место разрыва находится на расстоянии от захвата, меньшем чем длина двух интервалов или 0,3 — для образцов диаметром менее 10 мм, величина расчетной длины не может быть достоверно определена и проводят повторное испытание.

(Измененная редакция. Изм. N 2).

3.2а. Конечную расчетную длину образца арматурных канатов определяют с помощью тензометров, навешиваемых на канат линеек или специальных приборов, позволяющих измерять деформацию образца до разрушения. Перед установкой тензометра, линеек или других приборов к образцу прикладывают начальную нагрузку, составляющую 0,1% — 0,15% от ожидаемого разрывного усилия.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

3.2. Относительное равномерное удлинение определяется во всех случаях вне участка разрыва на начальной расчетной длине, равной 50 или 100 мм. При этом расстояние от места разрыва до ближайшей метки начальной расчетной длины для арматуры диаметром 10 мм и более не должно быть менее 3 и более 5 , a для арматуры диаметром менее 10 мм — от 30 до 50 мм.

3.2.2. Конечные расчетные длины и измеряют с погрешностью не более 0,5 мм.

3.2.3. Относительное удлинение и относительное равномерное удлинение после разрыва вычисляют с округлением до 0,5%. При этом доли до 0,25% отбрасывают, а доли 0,25% и более принимают за 0,5%.

с помощью тензометров или иных специальных приборов, позволяющих измерять деформации образца вплоть до разрушения;

суммированием остаточной деформации после разрушения образца с упругими деформациями при максимальной нагрузке по формуле

3.4. Относительное сужение после разрыва определяется на круглых образцах проволоки и стержневой арматуры, а также на обточенных образцах цилиндрической формы в соответствии с требованиями ГОСТ 1497.

3.5. Временное сопротивление , Н/мм (кгс/мм ), вычисляют с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

3.6. Предел текучести , Н/мм (кгс/мм ), вычисляют с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

3.7. Условный предел упругости определяют, исходя из величины допуска на условно-мгновенную пластическую деформацию, равную от 0,02% до 0,1% расчетной длины по тензометру включительно. При этом к букве добавляют индекс, соответствующий принятому допуску . Например, при допуске, равном 0,05%, условный предел упругости обозначается и т.д.

3.7.1. Условные пределы упругости и текучести могут быть определены аналитическим и графическим способами.

При испытании арматурных канатов предварительно проводят не менее чем двукратное нагружение — разгружение в интервале 0,1-0,35 ожидаемого разрывного усилия.

Нагрузка прикладывается равными или пропорциональными этапами так, чтобы до нагрузки, соответствующей искомому пределу, было не менее 8-10 этапов нагружения, считая от начальной нагрузки.

При достижении суммарной нагрузки, соответствующей 0,7-0,9 искомого предела, рекомендуется уменьшить величину этапа нагружения в два или четыре раза.

Выдержка при постоянной нагрузке на каждом этапе нагружения без учета времени приложения нагрузки должна быть не более 10 с.

3.7.2. Условный предел текучести определяют аналитическим способом. Вычисляют величину остаточной деформации 0,2% базы тензометра; затем определяют среднюю величину упругой деформации на одном этапе нагрузки, исходя из величины средней деформации, найденной на этапах нагружения в интервале 0,10-0,40 предполагаемого усилия, соответствующего пределу текучести, а для арматурных канатов в интервале 0,10-0,40 временного сопротивления.

Нагрузка , при которой будет обеспечено равенство , соответствует условному пределу текучести в Н/мм (кгс/мм ), который вычисляется с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

Условные пределы упругости определяются в том же порядке: вычисляют величину остаточной деформации, например для равную 0,02% базы тензометра, используя среднюю величину упругой деформации на одном этапе, определяют нагрузку , соответствующую удлинению .

Условный предел упругости , Н/мм (кгс/мм ), вычисляют с погрешностью не более 5 Н/мм (0,5 кгс/мм ) по формуле

3.7.3. Графический способ определения условных пределов текучести и упругости: строится диаграмма растяжения «нагрузка-удлинение». По оси ординат откладывают нагрузку, а по оси абсцисс — соответствующее удлинение (черт.4).

На диаграмме проводится прямая, параллельная участку пропорциональной зависимости , на расстоянии от прямой части диаграммы вправо по оси абсцисс в направлении, равном заданной величине допуска на условно-мгновенную пластическую деформацию для условных пределов упругости или текучести. Сила, соответствующая пределу упругости или текучести, определяется точкой пересечения этой прямой с диаграммой растяжения.

При определении условного предела текучести и условного предела упругости графическим способом диаграмму растяжения строят в таком масштабе, при котором 0,1% деформации образца соответствовал участок оси ординат длиной не менее 10 мм, а нагрузке, примерно соответствующей условному пределу текучести, — участок оси абсцисс не менее 100 мм.

Допускается определение условного предела текучести по машинной диаграмме по ГОСТ 1497 с проведением периодических контрольных испытаний с помощью тензометров.

Объем, периодичность и методика проведения испытаний должны быть установлены по нормативно-технической документации на готовую продукцию.

Примеры определения условных пределов упругости и текучести приведены в приложениях 2 и 3.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

Начальный модуль упругости определяется с погрешностью не более 1% по формуле

При этом в интервале от 0,1 до 0,35 должно быть не менее трех последовательных этапов нагружения.

3.9. За результат испытания принимаются механические свойства, полученные при испытании каждого образца. Количество образцов для испытаний указывается в нормативно-технической документации на арматурную сталь.

3.10. Результаты испытаний не учитываются в следующих случаях:

при разрыве образца по нанесенным меткам, если при этом какая-либо характеристика механических свойств по своей величине не отвечает установленным требованиям;

при разрыве образца в захватах испытательной машины;

при обнаружении ошибок в проведении испытаний или записи результатов испытаний.

Предел прочности материала при растяжении — формула, характеристики и расчеты

Значение термина

Предел прочности материала при растяжении сокращённо обозначается ПП. Также допускается использовать выражение «временное сопротивление». Для обозначения предела прочности применяют буквы R или σ В (сигма). Единица измерения — мегапаскаль (МПа). Показатель означает допустимую величину силы, которая может воздействовать на объект до того, как он начнёт разрушаться. Речь идёт о механическом воздействии, но следует учитывать, что химические факторы способны изменить первоначальные свойства материала, в том числе повлиять на ПП. К немеханическим нагрузкам относят следующие:

  • нагревание;
  • охлаждение;
  • погодные условия (ветер, осадки, влажность);
  • агрессивная среда.

Формула предела прочности при растяжении записывается так: R=0,64 (P/F), где F — площадь поверхности раскола предмета, а P — разрушающая нагрузка. При проектировании нельзя опираться на крайние значения, поэтому инженеры оставляют допуски на различные факторы, а также на период эксплуатации. Это значит, что при строительстве используется материал, у которого ПП превышает расчётное напряжение.

Изначально способность элемента выдерживать нагрузки определяли опытным путём. Материал использовали, не зная, как он себя поведёт во время эксплуатации, а после поломки заменяли более прочным. Со временем перешли к экспериментам и испытаниям, и по-прежнему самый точный способ найти предел прочности при натяжении и разрыве остаётся эмпирический.

Исследования проводят в лабораторных условиях, с использованием точной техники. Приборы фиксируют характеристики материала и то, как они изменяются под нагрузкой разной величины. Как правило, прочность измеряется так: предмет жёстко закрепляют и оказывают на него воздействие.

Сначала закреплённый элемент растягивают. Он становится длиннее, при этом в одном месте образуется перешеек, и именно здесь заготовка разорвётся. Так ведут себя не все материалы, а только вязкие. Чугун, сталь и другие хрупкие сплавы растягиваются незначительно. При увеличении нагрузки они трескаются и разрушаются по наклонным плоскостям. Шейки не образуются.

Сила, прикладываемая в каждый момент, измеряется с точностью до тысячных долей ньютона. Одновременно определяют размер и характер деформации. Данные сверяют с таблицами.

Второй способ — математический анализ. Он заключается в том, что прочность определяют с помощью сложных вычислений. Однако без испытаний данные, полученные расчётным путём, нельзя считать полными. Дело в том, что на практике вещество может повести себя по-другому.

Классификация параметра

Материал обладает временным сопротивлением в ответ на воздействия разного характера, поэтому характеристику классифицируют на несколько групп. Усилия, которым подвергается заготовка или конструктивный элемент:

  • Растяжение. Изделие тянут за края с помощью специальной машины.
  • Кручение. Предмет помещается в условия, при которых работает крутящий вал.
  • Изгиб. Заготовку сгибают и разгибают в нескольких направлениях.
  • Сжатие. На материал давят попеременно с разных сторон.

У одного и того же материала ПП может различаться. В качестве примера можно привести сталь. Она используется чаще, чем другие сплавы, потому что стальные конструкции показали себя как наиболее прочные, долговечные и устойчивые к неблагоприятным факторам. При этом они надёжны и не выделяют в атмосферу вредных веществ.

Существует несколько марок стали. Они производятся по разным технологиям, и в зависимости от этого различаются характеристики заготовок и конструкций. У обычных марок ПП составляет 300 Мпа. По мере увеличения содержания углерода прочность увеличивается. Самые твёрдые марки имеют показатель 900 МПа. Факторы, от которых зависят прочностные характеристики:

  • количество полезных и нежелательных примесей;
  • способ термической обработки (криообработка, закалка, отжиг).

Временное сопротивление и усталость

Между ПП и временным сопротивлением различным нагрузкам есть прямая связь. Второй показатель в документации и технической литературе обозначают символом Т. Он показывает, сколько длится деформация образца, когда на него воздействует постоянная нагрузка. Когда временное сопротивление прекращается, кристаллическая решётка вещества перестраивается. Это характерно для твёрдых материалов. В результате вещество становится более прочным, чем было до этого. Это явление называется самоупрочнением.

Ещё одна важная характеристика — усталость металла. Говоря о стали, применяют выражение «предел выносливости». Для обозначения используют символ R. Эта характеристика показывает, воздействие какой силы материал может переносить постоянно, а не разово. Во время эксперимента на образец оказывают давление заданной силы. Число воздействий составляет 10 7 . За время испытаний материал не должен деформироваться или утратить исходные характеристики.

На проведение таких экспериментов уходит много времени, поэтому их проводят не всегда. Часто обходятся математическими вычислениями, рассчитывая все важные коэффициенты.

Пределом пропорциональности называют максимальную нагрузку, при которой сохраняется соотношение, определяемое законом Гука. Согласно ему, тело деформируется прямо пропорционально величине оказываемого на него воздействия. Каждый материал обладает определённой степенью упругости. Она может быть классической и абсолютной. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми. Пример первого типа — пружина: пока на неё воздействуют, она сжимается, а когда нажатие прекращается, расправляется.

Определение характеристик

Материалы обладают не только прочностным пределом, но и другими характеристиками. В случае со сталью это твёрдость и способность воспринимать ударные нагрузки. Испытания проводят следующим образом: в заготовку вдавливают алмазный конус или шар. Алмаз — эталон твёрдости. Размер следа зависит от того, насколько крепок испытуемый образец. Чем от мягче, тем больше отпечаток, и наоборот.

Прочность на удар рассчитывают так: на образце делают срез, затем ударяют. Результаты показывают характеристику для участка, который наиболее уязвим. Другие механические свойства, для которых получают данные эмпирическим путём:

  • Пластичность. Она показывает, до какой степени образец может изменять форму, сохраняя исходную структуру.
  • Усталость. Эта категория отображает, как долго материал не теряет свойства, испытывая длительные нагрузки.
  • Ударная вязкость. Характеристика означает, в какой степени вещество способно сопротивляться ударному воздействию.

По прочности вещества делятся на классы. Они различаются по одной или нескольким характеристикам. Так, для двух классов показатели ПП могут быть одинаковыми, а значения относительного удлинения или текучести — разными.

Удельная прочность — величина, производная от предельной. Её получают путём деления исходного показателя на плотность материала. Практическая ценность расчёта состоит в том, что знание характеристики позволяет применять материал для различных целей, а не просто располагать данными о ПП. Показатель меняется в зависимости от объёма, толщины и веса изделия. Пример: тонкий лист легче деформировать, чем толстый.

Предел прочности и пластичность тесно связаны. Чем меньше второй параметр, тем быстрее разрушается образец. Материалы, у которых высокая пластичность, лучше поддаются обработке, они пригодны для изготовления деталей путём штамповки. Пример: элементы кузова штампуют из листов стали. Если у сплава невысокая пластичность, он относится к хрупким, хотя может быть иметь отличные показатели твёрдости. Одно из таких веществ — титан. Он плохо изгибается и тянется, но по твёрдости превосходит многие другие сплавы.

Для улучшения прочностных характеристик в материалы вводят добавки. Другой способ — термообработка.

0 0 vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
×
×
Adblock
detector