Kakliųjų ir trapių medžiagų leistinų įtempių nustatymas. Saugos koeficientas, leistinas įtempis Medžiagos leistino įtempio formulė

namai

Rūšys

Pagrindinis projektavimo skaičiavimų uždavinys yra užtikrinti jo stiprumą eksploatacinėmis sąlygomis.

Iš trapaus metalo pagamintos konstrukcijos stiprumas laikomas užtikrintu, jei visuose jos elementų skerspjūviuose faktiniai įtempiai yra mažesni už medžiagos atsparumą tempimui. Apkrovų dydis, įtempiai konstrukcijoje ir medžiagos tempiamasis stipris negali būti visiškai tiksliai nustatyti (dėl apytikslės skaičiavimo metodikos, tempimo stiprio nustatymo metodų ir kt.).

Todėl būtina, kad didžiausi įtempiai, gauti atlikus konstrukcinius skaičiavimus (projektiniai įtempiai), neviršytų tam tikros vertės, mažesnės už tempiamasis stipris, vadinamas leistinuoju įtempimu. Leistinio įtempio vertė nustatoma padalijus tempimo stiprumą iš vertės, didesnės už vienetą, vadinamą saugos koeficientu.

Remiantis tuo, kas išdėstyta aukščiau, iš trapios medžiagos pagamintos konstrukcijos stiprumo būklė išreiškiama kaip

kur yra didžiausi apskaičiuoti konstrukcijos tempimo ir gniuždymo įtempiai; ir [-leistini įtempiai atitinkamai tempiant ir gniuždant.

Leistini įtempiai priklauso nuo medžiagos tempimo ir gniuždymo stiprio ir nustatomi pagal išraiškas

kur yra standartinis (reikalingas) saugos koeficientas, susijęs su atsparumu tempimui.

Absoliučios įtampos reikšmės pakeičiamos į (39.2) ir (40.2) formules.

Konstrukcijoms, pagamintoms iš plastikinių medžiagų (kurių tempimo ir gniuždymo stipriai yra vienodi), taikoma ši stiprumo sąlyga:

kur a yra didžiausias absoliučios vertės projektinis gniuždymo arba tempimo įtempis konstrukcijoje.

Plastikinių medžiagų leistinas įtempis nustatomas pagal formulę

kur yra standartinis (privalomas) saugos koeficientas, susijęs su takumo riba.

Takumo riba (o ne atsparumas tempimui, kaip trapioms medžiagoms) naudojamas nustatant leistinus plastikinių medžiagų įtempius dėl to, kad pasiekus takumo ribą, deformacijos gali labai smarkiai padidėti net ir šiek tiek padidėjus apkrovai ir statiniai gali nebeatitikti savo eksploatavimo sąlygų.

Stiprumo skaičiavimai, atlikti naudojant stiprumo sąlygas (39.2) arba (41.2), vadinami leistinų įtempių skaičiavimais. Apkrova, kuriai esant didžiausi įtempiai konstrukcijoje yra lygūs leistiniesiems įtempiams, vadinama leistine.

Kai kurių konstrukcijų, pagamintų iš plastikinių medžiagų, deformacijos pasiekus takumo ribą smarkiai nepadidėja net ir gerokai padidėjus apkrovai, jei ji neviršija vadinamosios ribinės apkrovos vertės. Tokios, pavyzdžiui, yra statiškai neapibrėžtos konstrukcijos (žr. § 9.2), taip pat konstrukcijos su elementais, patiriančiais lenkimą arba sukimo deformaciją.

Šių konstrukcijų skaičiavimas atliekamas arba pagal leistinus įtempius, t.y. naudojant stiprumo sąlygą (41.2), arba pagal vadinamąją ribinę būseną. Pastaruoju atveju leistina apkrova vadinama didžiausia leistina apkrova, o jos reikšmė nustatoma didžiausią apkrovą dalijant iš standartinio laikomosios galios saugos koeficiento. Du paprasčiausi konstrukcijos ribinės būsenos skaičiavimo pavyzdžiai pateikti toliau § 9.2 ir skaičiavimo pavyzdyje 12.2.

Reikėtų stengtis, kad leistini įtempiai būtų visiškai išnaudoti, t.y. sąlyga būtų įvykdyta, jei tai neįmanoma dėl kelių priežasčių (pavyzdžiui, dėl būtinybės standartizuoti konstrukcinių elementų dydžius), tada skaičiuojama įtempiai turi kuo mažiau skirtis nuo leistinų. Gali šiek tiek viršyti apskaičiuotus leistinus įtempius ir dėl to šiek tiek sumažėti faktinis saugos koeficientas (palyginti su standartiniu).

Apskaičiuojant centralizuotai ištempto ar suspausto konstrukcinio elemento stiprumą turi būti užtikrinta, kad stiprumo sąlyga būtų įvykdyta visuose elemento skerspjūviuose. Kuriame didelę reikšmę turi teisingą vadinamųjų pavojingų elemento atkarpų, kuriose atsiranda didžiausi tempimo ir didžiausios gniuždymo įtempiai, apibrėžimą. Tais atvejais, kai leistini tempimo ar gniuždymo įtempiai yra vienodi, pakanka rasti vieną pavojingą ruožą, kuriame normalieji įtempiai yra didžiausi absoliučia verte.

Kai išilginės jėgos dydis yra pastovus išilgai sijos ilgio, pavojingas skerspjūvis yra plotas, kurio mažiausia vertė. Esant pastovaus skerspjūvio sijai, pavojingas skerspjūvis yra tas, kuriame veikia didžiausia išilginė jėga.

Skaičiuojant konstrukcijas pagal stiprumą, yra trijų tipų problemos, kurios skiriasi stiprumo sąlygų naudojimo forma:

a) įtampos patikrinimas (patikros skaičiavimas);

b) sekcijų parinkimas (projektinis skaičiavimas);

c) keliamosios galios nustatymas (leistinos apkrovos nustatymas). Panagrinėkime tokio tipo problemas naudodami ištempto strypo, pagaminto iš plastiko, pavyzdį.

Tikrinant įtempius žinomi skerspjūvio plotai F ir išilginės jėgos N, o skaičiavimas susideda iš apskaičiuotų (faktinių) įtempių a apskaičiavimo charakteringose elementų pjūviuose.

Tada gauta maksimali įtampa lyginama su leistina:

Parenkant pjūvius nustatomi reikalingi elemento skerspjūvio plotai (remiantis žinomomis išilginėmis jėgomis N ir leistinuoju įtempimu). Priimtini skerspjūvio plotai F turi atitikti stiprumo sąlygą, išreikštą tokia forma:

Nustatant apkrovą pagal žinomas F ir leistino įtempio vertes, apskaičiuojamos leistinos išilginių jėgų vertės: Remiantis gautomis vertėmis, nustatomos leistinos išorinių apkrovų vertės [P].

Šiuo atveju stiprumo sąlyga turi formą

Standartinių saugos koeficientų vertės nustatomos standartuose. Jie priklauso nuo konstrukcijos klasės (kapitalinės, laikinosios ir kt.), numatomos eksploatacijos trukmės, apkrovos (statinės, ciklinės ir kt.), galimo medžiagų (pavyzdžiui, betono) gamybos nevienalytiškumo ir konstrukcijos tipo. deformacijos (įtempimas, suspaudimas, lenkimas ir kt.) ir kiti veiksniai. Kai kuriais atvejais, norint sumažinti konstrukcijos svorį, būtina sumažinti saugos koeficientą, o kartais padidinti saugos koeficientą - prireikus atsižvelgti į besitrinančių mašinų dalių susidėvėjimą, koroziją ir skilimą. medžiaga.

Standartinių saugos koeficientų vertės įvairios medžiagos, konstrukcijos ir apkrovos dažniausiai turi šias vertes: - nuo 2,5 iki 5 ir - nuo 1,5 iki 2,5.

Saugos faktoriai, taigi ir leistini įtempiai statybinės konstrukcijos reglamentuoja atitinkami jų projektavimo standartai. Mechaninėje inžinerijoje reikalingas saugos koeficientas dažniausiai parenkamas pagal patirtį projektuojant ir eksploatuojant panašios konstrukcijos mašinas. Be to, turi nemažai pažangių mašinų gamybos įmonių gamyklos standartai leistini įtempiai, dažnai naudojami kitose susijusiose įmonėse.

Apytikslės leistinų tempimo ir gniuždymo įtempių vertės daugeliui medžiagų pateiktos II priede.

Galutinė įtampa Jie atsižvelgia į įtempį, kuriam esant medžiagoje susidaro pavojinga būklė (lūžis arba pavojinga deformacija).

Dėl plastmasinis medžiagų, atsižvelgiama į didžiausią įtempį takumo stiprumas, nes nuėmus apkrovą atsiradusios plastinės deformacijos neišnyksta:

Dėl trapios medžiagos, kuriose nėra plastinių deformacijų ir atsiranda trapus lūžių (nesusidaro kaklelis), imamas ribinis įtempis atsparumas tempimui:

Dėl plastiškas-trapus medžiagų, ribiniu įtempimu laikomas įtempis, atitinkantis 0,2 % (vienas šimtas.2) didžiausią deformaciją:

Leidžiama įtampa- maksimali įtampa, kuriai esant medžiaga turėtų normaliai veikti.

Leistini įtempiai gaunami pagal ribines vertes, atsižvelgiant į saugos koeficientą:

čia [σ] yra leistinas įtempis; s- saugos faktorius; [s] – leistinas saugos koeficientas.

Pastaba.Įprasta leistiną kiekio reikšmę nurodyti laužtiniuose skliaustuose.

Leidžiamas saugos koeficientas priklauso nuo medžiagos kokybės, detalės eksploatavimo sąlygų, detalės paskirties, apdirbimo ir skaičiavimo tikslumo ir kt.

Jis gali svyruoti nuo 1,25 iki paprastos detalės iki 12,5 sudėtingoms dalims, veikiančioms esant kintamoms apkrovoms smūgio ir vibracijos sąlygomis.

Medžiagų elgsenos ypatybės atliekant suspaudimo bandymus:

1. Plastikinės medžiagos veikia beveik vienodai įtemptos ir suspaudžiamos. Mechaninės tempimo ir suspaudimo charakteristikos yra vienodos.

2. Trapios medžiagos paprastai turi didesnį atsparumą gniuždant nei tempiamasis stipris: σ vr< σ вс.

Jei leistinas tempimo ir gniuždymo įtempis skiriasi, jie žymimi [σ р ] (įtempimas), [σ с ] (suspaudimas).

Tempimo ir gniuždymo stiprio skaičiavimai

Stiprumo skaičiavimai atliekami pagal stiprumo sąlygas – nelygybes, kurių įvykdymas garantuoja detalės tvirtumą nurodytomis sąlygomis.

Siekiant užtikrinti stiprumą, projektinis įtempis neturi viršyti leistino įtempio:

Projektinė įtampa A priklauso pagal apkrovą ir dydį skerspjūvis, leidžiamas tik iš detalės medžiagos ir darbo sąlygas.

Yra trijų tipų stiprumo skaičiavimai.

1. Projektinis skaičiavimas - nurodyta projektavimo schema ir apkrovos; parenkama detalės medžiaga arba matmenys:

Skerspjūvio matmenų nustatymas:

Medžiagos pasirinkimas

Pagal σ reikšmę galima pasirinkti medžiagos rūšį.

2. Patikrinkite skaičiavimą - žinomos detalės apkrovos, medžiaga, matmenys; būtina patikrinkite, ar užtikrinamas stiprumas.

Nelygybė tikrinama

3. Keliosios galios nustatymas(didžiausia apkrova):

Problemų sprendimo pavyzdžiai

Tiesi sija tempiama 150 kN jėga (22.6 pav.), medžiaga plienas σ t = 570 MPa, σ b = 720 MPa, saugos koeficientas [s] = 1,5. Nustatykite sijos skerspjūvio matmenis.

Sprendimas

1. Jėgos būklė:

2. Reikalingas skerspjūvio plotas nustatomas pagal ryšį

3. Leistinas įtempis medžiagai apskaičiuojamas pagal nurodytas mechanines charakteristikas. Takumo taško buvimas reiškia, kad medžiaga yra plastikinė.

4. Nustatome reikiamą sijos skerspjūvio plotą ir parenkame matmenis dviem atvejais.

Skerspjūvis yra apskritimas, mes nustatome skersmenį.

Gauta vertė suapvalinama iki didžioji pusėd = 25 mm, A = 4,91 cm 2.

Atkarpa - vienodo kampo kampas Nr.5 pagal GOST 8509-86.

Artimiausias kampo skerspjūvio plotas yra A = 4,29 cm 2 (d = 5 mm). 4,91 > 4,29 (1 priedas).

Kontroliniai klausimai ir užduotis

1. Koks reiškinys vadinamas sklandumu?

2. Kas yra „kaklas“, kuriame tempimo diagramos taške jis susidaro?

3. Kodėl bandymo metu gautos mechaninės charakteristikos yra sąlyginės?

4. Išvardykite stiprumo charakteristikas.

5. Išvardykite plastiškumo charakteristikas.

6. Kuo skiriasi automatiškai nubraižyta tempimo diagrama ir duota tempimo diagrama?

7. Kuri mechaninė charakteristika pasirinkta kaip ribinis įtempis plastiškoms ir trapioms medžiagoms?

8. Kuo skiriasi didžiausias ir leistinas įtempis?

9. Užrašykite tempimo ir gniuždymo stiprio sąlygą. Ar skiriasi stiprio sąlygos tempimo ir gniuždymo skaičiavimams?

Atsakykite į testo klausimus.

Internetinis skaičiuotuvas nustato apskaičiuotą leistini įtempiai σ priklausomai nuo projektinės temperatūros įvairių rūšių medžiagų iš šių tipų: anglinio plieno, chromo plieno, austenitinės klasės plieno, austenitinės-feritinės klasės plieno, aliuminio ir jo lydinių, vario ir jo lydinių, titano ir jo lydinių pagal GOST-52857.1 -2007 m.

Pagalba kuriant projekto svetainę

Gerbiamas svetainės lankytojau.
Jei nepavyko rasti to, ko ieškojote, būtinai parašykite apie tai komentaruose, ko šiuo metu svetainėje trūksta. Tai padės suprasti, kuria kryptimi reikia judėti toliau, o kiti lankytojai netrukus galės gauti reikiamos medžiagos.
Jei svetainė jums pasirodė naudinga, padovanokite svetainę projektui tik 2 ₽ ir žinosime, kad judame teisinga kryptimi.

Ačiū, kad užsukote!

I. Skaičiavimo metodas:

Leistini įtempiai nustatyti pagal GOST-52857.1-2007.

anglies ir mažai legiruoto plieno

St3, 09G2S, 16GS, 20, 20K, 10, 10G2, 09G2, 17GS, 17G1S, 10G2S1:

Esant projektinei temperatūrai, žemesnei nei 20°C, leistini įtempiai laikomi tokiais pat kaip ir esant 20°C, atsižvelgiant į leistiną medžiagos naudojimą tam tikroje temperatūroje.
20 klasės plienui, esant R e/20
Plienui 10G2, kai R р0,2/20
09G2S, 16GS rūšims, 265 ir 296 stiprumo klasėms pagal GOST 19281, leistini įtempiai, neatsižvelgiant į lakšto storį, nustatomi storiui virš 32 mm.
Leistini įtempiai, esantys žemiau horizontalios linijos, galioja ne ilgesniam kaip 10 5 valandų eksploatavimo laikui. Projektiniam eksploatavimo laikui iki 2 * 10 5 valandų leistinas įtempis, esantis žemiau horizontalios linijos, dauginamas iš koeficiento: anglinio plieno 0,8; mangano plienui 0,85 temperatūroje< 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.

karščiui atspariems chrominiams plienams

12XM, 12MX, 15XM, 15X5M, 15X5M-U:

Esant projektinei temperatūrai, žemesnei nei 20 °C, leistini įtempiai laikomi tokiais pat kaip ir esant 20 °C, atsižvelgiant į leistiną medžiagos naudojimą tam tikroje temperatūroje.
Esant tarpinėms projektinėms sienų temperatūroms, leistinas įtempis nustatomas tiesine interpoliacija, rezultatus apvalinant iki 0,5 MPa.
Leistini įtempiai, esantys žemiau horizontalios linijos, galioja 10 5 valandų eksploatavimo trukmei. Projektiniam eksploatavimo laikui iki 2 * 10 5 val., leistinas įtempis, esantis žemiau horizontalios linijos, dauginamas iš koeficiento 0,85.

karščiui atspariems, karščiui ir korozijai atspariems austenitiniams plienams

03X21H21M4GB, 03X18H11, 03X17H14M3, 08X18H10T, 08X18H12T, 08X17H13M2T, 08X17H15M3T, 12X18H10T, 12X18H10T, 12X12T, 12X12T 7H13M3T, 10X14G14H4:

Esant tarpinėms projektinėms sienų temperatūroms, leistinas įtempis nustatomas interpoliuojant dvi artimiausias lentelėje nurodytas vertes, rezultatus suapvalinant iki artimiausio 0,5 MPa.
Kaltiniams iš plieno markių 12Х18Н10Т, 10Х17Н13M2T, 10Х17Н13М3Т leistini įtempiai, esant temperatūrai iki 550 °C, dauginami iš 0,83.
Ilgo valcavimo plieno rūšims 12Х18Н10Т, 10Х17Н13M2T, 10Х17Н13М3Т leistini įtempiai, esant temperatūrai iki 550 °C, dauginami iš santykio (R* p0,2/20) / 240.
(R* p0,2/20 - valcuoto plieno medžiagos takumo riba nustatoma pagal GOST 5949).
Kaltiniams ir ilgiems gaminiams iš plieno markės 08X18H10T leistini įtempiai esant temperatūrai iki 550 °C dauginami iš 0,95.
Kaltiniams iš plieno markės 03X17H14M3 leistini įtempiai dauginami iš 0,9.
Kaltiniams iš 03X18H11 plieno markės leistini įtempiai dauginami iš 0,9; ilgiems gaminiams, pagamintiems iš 03X18H11 plieno markės, leistini įtempiai dauginami iš 0,8.
Vamzdžiams iš plieno markės 03Х21Н21М4ГБ (ZI-35) leistini įtempiai dauginami iš 0,88.
Kaltiniams iš plieno markės 03Х21Н21М4ГБ (ZI-35) leistini įtempiai dauginami iš santykio (R* p0,2/20) / 250.
(R* p0,2/20 – kalimo medžiagos takumo riba, nustatyta pagal GOST 25054).
Leistini įtempiai, esantys žemiau horizontalios linijos, galioja ne ilgesniam kaip 10 5 valandų tarnavimo laikui.

Esant projektiniam tarnavimo laikui iki 2*10 5 valandų, leistina įtampa, esanti žemiau horizontalios linijos, esant temperatūrai padauginama iš koeficiento 0,9< 600 °С и на коэффициент 0,8 при температуре от 600 °С до 700 °С включительно.

karščiui atspariems, karščiui ir korozijai atspariems austenitinio ir austenitinio-ferito klasės plienams

08Х18Г8Н2Т (KO-3), 07Х13AG20(ChS-46), 02Х8Н22С6(EP-794), 15Х18Н12С4ТУ (EI-654), 06ХН28МХДН, Т28, Т28 МХ8 Х21Н6М2Т:

Esant projektinei temperatūrai, žemesnei nei 20 °C, leistini įtempiai laikomi tokiais pat kaip ir esant 20 °C, atsižvelgiant į leistiną medžiagos naudojimą tam tikroje temperatūroje.
Esant tarpinei projektinei sienų temperatūrai, leistinas įtempis nustatomas interpoliuojant dvi artimiausias šioje lentelėje nurodytas vertes, suapvalinant iki artimiausio 0,5 MPa.

aliuminiui ir jo lydiniams

A85M, A8M, ADM, AD0M, AD1M, AMtsSM, AM-2M, AM-3M, AM-5M, AM-6M:

Leistini įtempiai pateikiami atkaitintam aliuminiui ir jo lydiniams.
Leistini įtempiai pateikiami A85M, A8M aliuminio markių lakštų ir plokščių storiui ne didesni kaip 30 mm, kitų markių - ne didesni kaip 60 mm.

variui ir jo lydiniams

M2, M3, M3r, L63, LS59-1, LO62-1, LZhMts 59-1-1:

Atkaitinto vario ir jo lydinių leistini įtempiai pateikiami.
Leistini įtempiai pateikiami lakštų storiui nuo 3 iki 10 mm.
Tarpinėms apskaičiuotų sienų temperatūrų vertėms leistini įtempiai nustatomi tiesine interpoliacija, rezultatus apvalinant iki 0,1 MPa iki mažesnės vertės.

titanui ir jo lydiniams

VT1-0, OT4-0, AT3, VT1-00:

Esant projektinei temperatūrai, žemesnei nei 20 °C, leistini įtempiai laikomi tokiais pat kaip ir esant 20 °C, atsižvelgiant į medžiagos naudojimo leistinumą tam tikroje temperatūroje.
Kaltiniams ir strypams leistini įtempiai dauginami iš 0,8.

II. Apibrėžimai ir užrašai:

R e/20 - minimali takumo riba esant 20 °C temperatūrai, MPa; R р0,2/20 - minimali sąlyginės takumo ribos reikšmė esant nuolatiniam pailgėjimui 0,2%, esant 20 °C temperatūrai, MPa. leistina
įtempimas – didžiausi įtempimai, kuriuos galima leisti konstrukcijoje, jei ji saugiai, patikimai ir patvariai veikia. Leistinio įtempio vertė nustatoma tempimo stipris, takumo riba ir kt. apskaičiuotas
temperatūra - įrenginio ar dujotiekio sienelės temperatūra, lygi maksimaliai aritmetinei vidutinei temperatūrų vertei ant jos išorinių ir vidinių paviršių vienoje sekcijoje normaliomis eksploatavimo sąlygomis (branduolinio reaktoriaus talpų dalims projektinė temperatūra nustatoma atsižvelgiant į vidinius šilumos išskyrimus įskaičiuoti kaip temperatūros pasiskirstymo per indo sienelės storį vidutinę integralinę vertę (PNAE G-7-002-86, 2.2 punktas; PNAE G-7-008-89, 1 priedas).

Projektinė temperatūra

,5.1 punktas. Apskaičiuota temperatūra naudojama nustatyti fizines ir mechanines savybes medžiaga ir leistini įtempiai, taip pat skaičiuojant stiprumą, atsižvelgiant į temperatūros įtaką.
,5.2 punktas. Projektinė temperatūra nustatoma remiantis šiluminiai skaičiavimai arba bandymų rezultatai, arba panašių indų naudojimo patirtis.
Aukščiausia sienelės temperatūra laikoma projektine indo arba aparato sienelės temperatūra. Esant žemesnei nei 20 °C temperatūrai, nustatant leistinus įtempius, projektine temperatūra laikoma 20 °C temperatūra.
,5.3 skirsnis. Jei neįmanoma atlikti šiluminiai skaičiavimai arba matavimus, o jei eksploatacijos metu sienelės temperatūra pakyla iki su siena besiliečiančios terpės temperatūros, tai projektine temperatūra turi būti imama aukščiausia terpės temperatūra, bet ne žemesnė kaip 20 °C.
Kai šildomas atvira liepsna, išmetamosiose dujose arba elektriniuose šildytuvuose, projektinė temperatūra laikoma lygi aplinkos temperatūrai, padidintai 20 °C, kai kaitinama uždara, ir 50 °C, kai kaitinama tiesiogiai, nebent yra tikslesnių duomenų.
,5.4 skirsnis. Jei indas ar aparatas veikia keliais skirtingais pakrovimo režimais arba veikia skirtingi aparato elementai skirtingos sąlygos, kiekvienam režimui galite nustatyti savo projektinę temperatūrą (GOST-52857.1-2007, 5 punktas).

III. Pastaba:

Paryškintas šaltinio duomenų blokas geltona , paskirtas tarpinis skaičiavimo blokas mėlyna , sprendimo blokas paryškintas žaliai.

Leistini įtempiai

Parametrų pavadinimas	Reikšmė
Straipsnio tema:	Leistini įtempiai
Rubrika (teminė kategorija)	Matematika

2.4 lentelė

2.22 pav

2.18 pav

2.17 pav

Ryžiai. 2.15

Tempimo bandymams naudojamos tempimo bandymo mašinos, kurios leidžia bandymo metu įrašyti diagramą „apkrovos – absoliutaus pailgėjimo“ koordinatėmis. Įtempių ir deformacijų diagramos pobūdis priklauso nuo bandomos medžiagos savybių ir deformacijos greičio. Tipiškas mažai anglies turinčio plieno diagramos vaizdas esant statinei apkrovai parodytas Fig. 2.16.

Panagrinėkime būdingas šios diagramos dalis ir taškus, taip pat atitinkamus mėginio deformacijos etapus:

OA – galioja Huko dėsnis;

AB – atsirado liekamosios (plastinės) deformacijos;

BC – didėja plastinės deformacijos;

SD – derlingumo plynaukštė (deformacijos padidėjimas vyksta esant pastoviai apkrovai);

DC – sutvirtinimo sritis (medžiaga vėl įgyja galimybę padidinti atsparumą tolesnei deformacijai ir priima jėgą, kuri didėja iki tam tikros ribos);

Taškas K – tyrimas sustabdytas ir mėginys iškrautas;

KN – iškrovimo linija;

NKL – pakartotinio mėginio krovimo linija (KL – stiprinimo sekcija);

LM – apkrovos kritimo sritis, šiuo metu mėginyje atsiranda vadinamasis kaklelis – vietinis susiaurėjimas;

Taškas M – mėginio plyšimas;

Po plyšimo bandinys atrodo maždaug taip, kaip parodyta 2.17 pav. Fragmentus galima sulankstyti ir išmatuoti ilgį po bandymo ℓ 1, taip pat kaklo skersmenį d 1.

Apdorojant tempimo diagramą ir išmatavus pavyzdį gauname nemažai mechaninių charakteristikų, kurias galima suskirstyti į dvi grupes – stiprumo charakteristikas ir plastiškumo charakteristikas.

Stiprumo charakteristikos

Proporcingumo riba:

Didžiausia įtampa, iki kurios galioja Huko dėsnis.

Derlingumo stiprumas:

Mažiausias įtempis, kuriam esant, esant pastoviai tempimo jėgai, vyksta bandinio deformacija.

Tempiamasis stipris (laikinas stiprumas):

Didžiausia bandymo metu pastebėta įtampa.

Pertraukos įtampa:

Tokiu būdu nustatytas įtempis trūkimo metu yra labai savavališkas ir neturėtų būti naudojamas kaip charakteristika mechaninės savybės tapti. Susitarimas yra toks, kad jis gaunamas padalijus jėgą plyšimo momentu iš pradinio mėginio skerspjūvio ploto, o ne iš tikrojo jo plyšimo ploto, kuris yra žymiai mažesnis nei pradinis dėl susidarymo. iš kaklo.

Plastiškumo charakteristikos

Prisiminkime, kad plastiškumas – tai medžiagos gebėjimas deformuotis be sunaikinimo. Plastiškumo charakteristikos yra deformacijos, todėl jos nustatomos iš mėginio matavimo duomenų po lūžio:

∆ℓ ос = ℓ 1 - ℓ 0 – liekamasis pailgėjimas,

– kaklo sritis.

Santykinis pailgėjimas po plyšimo:

. (2.25)

Ši charakteristika priklauso ne tik nuo medžiagos, bet ir nuo mėginio matmenų santykio. Tai susiję su tuo standartiniai pavyzdžiai turi fiksuotą santykį ℓ 0 = 5d 0 arba ℓ 0 = 10d 0, o vertė δ visada pateikiama su indeksu - δ 5 arba δ 10, o δ 5 > δ 10.

Santykinis susiaurėjimas po plyšimo:

. (2.26)

Specifinis deformacijos darbas:

kur A yra darbas, skirtas mėginiui sunaikinti; randamas kaip plotas, ribojamas tempimo diagramos ir x ašies (paveikslo OABCDKLMR plotas). Specifinis deformacijos darbas apibūdina medžiagos gebėjimą atsispirti apkrovos poveikiui.

Iš visų bandymo metu gautų mechaninių charakteristikų pagrindinės stiprumo charakteristikos yra takumo riba σ t ir tempimo stipris σ pch, o pagrindinės plastiškumo charakteristikos – santykinis pailgėjimas δ ir santykinis susitraukimas ψ po plyšimo.

Iškrovimas ir perkrovimas

Aprašant tempimo diagramą buvo nurodyta, kad taške K bandymas buvo sustabdytas ir mėginys iškraunamas. Iškrovimo procesas aprašytas tiese KN (2.16 pav.), lygiagrečia diagramos tiesei atkarpai OA. Tai reiškia, kad mėginio pailgėjimas ∆ℓ′ P, gautas prieš iškrovimo pradžią, visiškai neišnyksta. Išnykusi plėtinio dalis diagramoje pavaizduota segmentu NQ, likusi dalis - segmentu ON. Vadinasi, bendras bandinio pailgėjimas, viršijantis tamprumo ribą, susideda iš dviejų dalių – elastinės ir liekamosios (plastinės):

∆ℓ′ P = ∆ℓ′ aukštyn + ∆ℓ′ os.

Tai vyks tol, kol mėginys plyš. Po plyšimo išnyksta elastinga viso pailgėjimo dedamoji (segmentas ∆ℓ aukštyn). Likutinis pailgėjimas pavaizduotas segmentu ∆ℓ ax. Jei nustosite krauti ir iškrausite pavyzdį OB sekcijoje, iškrovimo procesas bus pavaizduotas linija, sutampančia su apkrovos linija - deformacija yra visiškai elastinga.

Perkraunant mėginį, kurio ilgis ℓ 0 + ∆ℓ′ oc, pakrovimo linija praktiškai sutampa su iškrovimo linija NK. Proporcingumo riba padidėjo ir tapo lygus tamįtampos, nuo kurios buvo vykdomas iškrovimas. Toliau tiesi linija NK virto kreive KL be derliaus plynaukštės. Diagramos dalis, esanti kairėje nuo NK linijos, pasirodė nupjauta, ᴛ.ᴇ. koordinačių pradžia perkelta į tašką N. Tačiau dėl tempimo už takumo taško, pavyzdys pakeitė savo mechanines savybes:

1). padidėjo proporcingumo riba;

2). dingo apyvartos platforma;

3). santykinis pailgėjimas po plyšimo sumažėjo.

Šis savybių pokytis paprastai vadinamas užgrūdintas.

Sukietėjus, padidėja elastingumo savybės ir sumažėja plastiškumas. Kai kuriais atvejais (pavyzdžiui, mechaninio apdorojimo metu) kietėjimo reiškinys yra nepageidaujamas ir pašalinamas termiškai apdorojant. Kitais atvejais jis sukuriamas dirbtinai, siekiant pagerinti dalių ar konstrukcijų elastingumą (spyruoklių apdirbimas šūviu arba kėlimo mašinų trosų tempimas).

Streso diagramos

Norint gauti diagramą, apibūdinančią medžiagos mechanines savybes, pirminė tempimo diagrama koordinatėmis Р – ∆ℓ atkuriama koordinatėmis σ – ε. Kadangi ordinatės σ = P/F ir abscisės σ = ∆ℓ/ℓ gaunamos dalijant iš konstantų, diagrama atrodo taip pat, kaip ir pradinė (2.18a pav.).

Iš σ – ε diagramos aišku, kad

ᴛ.ᴇ. normaliojo tamprumo modulis yra lygus diagramos tiesios atkarpos polinkio kampo liestine su abscisių ašimi.

Iš įtempių diagramos patogu nustatyti vadinamąją sąlyginę takumo ribą. Faktas yra tas, kad dauguma Statybinės medžiagos neturi derliaus ploto – tiesi linija sklandžiai virsta kreive. Šiuo atveju įtempis, kuriam esant santykinis liekamasis pailgėjimas yra lygus 0,2%, imamas takumo ribos verte (sąlyginė). Fig. 2.18b paveiksle parodyta, kaip nustatoma sąlyginės takumo ribos σ 0,2 reikšmė. Dažnai vadinama takumo riba σ t, kuri nustatoma esant derlingumo plynaukštei fizinis.

Mažėjanti diagramos dalis yra sąlyginė, nes tikrasis mėginio skerspjūvio plotas po iškirpimo yra žymiai mažesnis nei pradinis plotas, iš kurio nustatomos diagramos koordinatės. Tikrąjį įtempį galima gauti, jei jėgos dydis kiekvienu laiko momentu P t yra padalintas iš tikrojo skerspjūvio ploto tuo pačiu laiko momentu F t:

Fig. 2.18a, šios įtampos atitinka punktyrinę liniją. Iki didžiausio stiprumo S ir σ praktiškai sutampa. Plyšimo momentu tikrasis įtempis ženkliai viršija tempimo stiprumą σ pc ir juo labiau įtempį trūkimo momentu σ r. Išreikškime kaklo plotą F 1 per ψ ir raskime S r.

Þ Þ .

Kaliajam plienui ψ = 50 – 65%. Jei imsime ψ = 50% = 0,5, tai gausime S р = 2σ р, ᴛ.ᴇ. tikrasis stresas didžiausias plyšimo momentu, o tai visai logiška.

2.6.2. Įvairių medžiagų gniuždymo bandymas

Suspaudimo bandymas suteikia mažiau informacijos apie medžiagos savybes nei tempimo bandymas. Tačiau tai labai svarbu apibūdinti medžiagos mechanines savybes. Tai atliekama su cilindrų pavidalo mėginiais, kurių aukštis ne didesnis kaip 1,5 skersmens, arba su kubeliais.

Pažvelkime į plieno ir ketaus suspaudimo diagramas. Verta pasakyti, kad aiškumo dėlei juos pavaizduosime tame pačiame paveiksle su šių medžiagų tempimo diagramomis (2.19 pav.). Pirmajame ketvirtyje yra įtempimo, o trečiajame – suspaudimo diagramos.

Pakrovimo pradžioje plieno suspaudimo diagrama yra pasvirusi tiesi linija, kurios nuolydis yra toks pat kaip ir tempimo metu. Tada diagrama persikelia į derlingumo sritį (derlumo plotas nėra taip aiškiai išreikštas kaip tempimo metu). Be to, kreivė šiek tiek lenkia ir nenutrūksta, nes plieno pavyzdys nesunaikinamas, o tik išlyginamas. Plieno E tamprumo modulis gniuždant ir įtempiant yra toks pat. Takumo riba σ t + = σ t - taip pat yra tokia pati. Neįmanoma gauti stiprio gniuždant, kaip ir neįmanoma gauti plastiškumo charakteristikų.

Ketaus įtempimo ir gniuždymo diagramos yra panašios formos: jos išlinksta nuo pat pradžių ir nutrūksta pasiekus maksimalią apkrovą. Tuo pačiu metu ketus geriau veikia suspaudžiant nei įtempus (σ colis - = 5 σ colis +). Tempimo stipris σ pch - ϶ᴛᴏ vienintelis mechaninės charakteristikos ketaus, gauto suspaudimo bandymu.

Trintis, kuri atsiranda bandymo metu tarp mašinos plokščių ir bandinio galų, turi didelę įtaką bandymo rezultatams ir sunaikinimo pobūdžiui. Cilindrinis plieno bandinys įgauna statinės formą (2.20a pav.), ketaus kube atsiranda įtrūkimai 45 0 kampu apkrovos kryptimi. Jei bandinio galus sutepdami parafinu išmessime trinties įtaką, apkrovos kryptimi atsiras įtrūkimai ir maksimali jėga bus mažesnė (2.20 pav., b ir c). Dauguma trapių medžiagų (betonas, akmuo) suspaudžiamos panašiai kaip ketaus ir turi panašų suspaudimo modelį.

Įdomu išbandyti medieną – anizotropinę, ᴛ.ᴇ. turintis skirtingą stiprumą pagal jėgos kryptį medžiagos pluošto krypties atžvilgiu. Vis plačiau naudojamas stiklo pluošto plastikas taip pat yra anizotropinis. Suspaudus išilgai plaušų, mediena yra daug tvirtesnė nei suspaudžiama per pluoštus (2.21 pav. 1 ir 2 kreivės). 1 kreivė yra panaši į trapių medžiagų suspaudimo kreives. Destrukcija įvyksta dėl vienos kubo dalies pasislinkimo kitos atžvilgiu (2.20 pav., d). Suspaudus skersai plaušų, mediena nebyra, o spaudžiama (2.20e pav.).

Bandydami plieno bandinį įtempimui, aptikome mechaninių savybių pasikeitimą dėl tempimo, kol atsirado pastebimų liekamųjų deformacijų – kietėjimo šaltuoju būdu. Pažiūrėkime, kaip mėginys elgiasi po sukietėjimo atliekant suspaudimo bandymą. 2.19 pav. diagrama pavaizduota punktyrine linija. Suspaudimas vyksta pagal NC 2 L 2 kreivę, kuri yra virš mėginio, kuris nebuvo apdorotas grūdinimu OC 1 L 1, suspaudimo diagramos ir beveik lygiagrečiai pastarajam. Sukietėjus tempimu mažėja proporcingumo ir gniuždymo išeiga ribos. Šis reiškinys paprastai vadinamas Baušingerio efektu, pavadintas pirmą kartą jį aprašiusio mokslininko vardu.

2.6.3. Kietumo nustatymas

Labai dažnas mechaninis ir technologinis bandymas yra kietumo nustatymas. Taip yra dėl tokių bandymų greičio ir paprastumo bei gaunamos informacijos vertės: kietumas apibūdina detalės paviršiaus būklę prieš ir po technologinio apdorojimo (kietėjimo, azotavimo ir kt.), iš kurio galima netiesiogiai spręsti apie tempimo stiprio dydis.

Medžiagos kietumas gebėjimą atsispirti mechaniniam kito, tvirtesnio kūno įsiskverbimui į jį įprasta vadinti. Kietumą apibūdinantys dydžiai vadinami kietumo skaičiais. Apibrėžiamas skirtingi metodai, jie skiriasi dydžiu ir matmenimis ir prie jų visada nurodomas jų nustatymo metodas.

Labiausiai paplitęs metodas yra Brinelio metodas. Bandymas iš esmės susideda iš D skersmens grūdinto plieno rutulio įspaudimo į mėginį (2.22a pav.). Kamuolys kurį laiką laikomas esant apkrovai P, dėl to ant paviršiaus lieka įspaudas (skylė), kurio skersmuo d. Apkrovos kN ir atspaudo paviršiaus ploto santykis cm 2 paprastai vadinamas Brinelio kietumo skaičiumi.

. (2.30)

Brinelio kietumo skaičiui nustatyti naudojami specialūs tyrimo instrumentai, įdubos skersmuo matuojamas nešiojamu mikroskopu. Paprastai HB skaičiuojamas ne pagal formulę (2.30), o randamas iš lentelių.

Naudojant kietumo skaičių HB, galima gauti apytikslę kai kurių metalų tempiamojo stiprio vertę nesuardant bandinio, nes tarp σ colio ir HB yra tiesinis ryšys: σ colis = k ∙ HB (mažai anglies turinčiam plienui k = 0,36, didelio stiprio plienui k = 0,33, ketaus k = 0,15, aliuminio lydiniai k = 0,38, titano lydiniams k = 0,3).

Labai patogus ir plačiai paplitęs kietumo nustatymo metodas pagal Rokvelą. Taikant šį metodą deimantinis kūgis, kurio viršūnės kampas yra 120 laipsnių, o kreivio spindulys 0,2 mm, arba plieninis rutulys, kurio skersmuo 1,5875 mm (1/16 colio), naudojamas kaip įspaudas, įspaustas į mėginį. Bandymas atliekamas pagal schemą, parodytą fig. 2.22, gim. Pirmiausia kūgis įspaudžiamas preliminaria apkrova P0 = 100 N, kuri nenuimama iki bandymo pabaigos. Esant šiai apkrovai, kūgis panardinamas iki gylio h0. Toliau kūgiui taikoma visa apkrova P = P 0 + P 1 (du variantai: A – P 1 = 500 N ir C – P 1 = 1400 N), o įdubimo gylis didėja. Nuėmus pagrindinę apkrovą P 1, lieka gylis h 1. Dėl pagrindinės apkrovos P 1 gautas įdubimo gylis, lygus h = h 1 – h 0, apibūdina Rokvelo kietumą. Kietumo skaičius nustatomas pagal formulę

, (2.31)

kur 0,002 yra kietumo testerio indikatoriaus skalės padalijimo vertė.

Yra ir kitų kietumo nustatymo metodų (Vickers, Shore, mikrokietumas), kurie čia neaptariami.

2.6.4. Įvairių medžiagų savybių palyginimas

Jau išsamiai išnagrinėjome kaliųjų ir trapių medžiagų – mažai anglies turinčio plieno ir pilkojo ketaus – savybes įtempiant ir gniuždant. Tęskime šį palyginimą – panagrinėkime kai kurių metalų tempimo diagramas (2.23 pav.).

Visi paveikslėlyje pavaizduoti plienai – 40, St6, 25HNVA, manganas – turi daug daugiau didelio našumo stipresnis nei mažai anglies turintis plienas St3. Didelio stiprumo plienuose nėra išeigos plynaukštės, o santykinis pailgėjimas trūkimo metu δ yra žymiai mažesnis. Didėjantis stiprumas kainuoja mažėjantį plastiškumą. Aliuminio ir titano lydiniai turi gerą lankstumą. Tuo pačiu metu aliuminio lydinio stiprumas yra didesnis nei St3, o tūrinis svoris yra beveik tris kartus mažesnis. O titano lydinio stiprumas prilygsta didelio stiprumo legiruotojo plieno lygiui, beveik perpus mažesnio tūrinio svorio. 2.4 lentelėje parodytos kai kurių mechaninės charakteristikos modernios medžiagos.

Medžiaga	Prekės ženklas	Išeiga, σ t	Tempimo stipris, σ colių	Susijęs. lūžio pailgėjimas, δ 5	Siejamas susiaurėjimas plyšimo metu, ψ	Tūrinis svoris, γ	Youngo modulis, E
		kN/cm2	kN/cm2	%	%	g/cm3	kN/cm2
	St3		34-42			7,85	2 10 4
Anglies plienas, karštai valcuotas	ST6		60-72			7,85	2 10 4
Kokybiškas anglinis plienas						7,85	2 10 4
Chromo-nikelio-volframo lydinio plienas	25HNVA					7,85	2,1 10 4
Silicio-chromo-mangano legiruotas plienas	35ХГСА					7,85	2,1 10 4
Ketaus	SCh24-44	-		-	-	7,85	1,5 10 4
Aliuminio lydinys	D16T				-	2,8	0,7 10 4
Silicio bronza	BrK-3	-			-	7,85	1,1 10 4
Titano lydinys	VT4				-	4,5
Stiklo pluoštas	SWAM	-			-	1,9	0,4 10 4
Anglies pluoštas	KEVLAR			-	-	1,7	3 10 4

Paskutinės dvi lentelės eilutės rodo polimerinių kompozitinių medžiagų charakteristikas, pasižyminčias mažu svoriu ir dideliu stiprumu. Kompozitai, kurių pagrindą sudaro itin stiprūs anglies pluoštai, pasižymi ypač išskirtinėmis savybėmis – jų stiprumas yra maždaug du kartus didesnis nei geriausio legiruoto plieno stiprumas ir eilės tvarka didesnis nei mažai anglies išskiriančio plieno. Οʜᴎ plienas yra pusantro karto standesnis ir beveik penkis kartus lengvesnis. Jie, žinoma, naudojami karinėje technikoje – lėktuvų ir raketų gamyboje. IN pastaraisiais metais pradedami naudoti civilinėse srityse - automobilių (lenkinių ir brangių sportinių automobilių kėbulai, stabdžių diskai, išmetimo vamzdžiai), laivų statyboje (valčių ir mažų laivų korpusai), medicinoje (neįgaliųjų vežimėliuose, protezinėse dalyse), sporto mechanikoje (rėmai) ir ratai, lenktyniniai dviračiai ir kita sporto įranga). Plačiai taikomasŠiai medžiagai šiuo metu trukdo didelė kaina ir mažas gamybos pajėgumas.

Apibendrinant visa tai, kas išdėstyta aukščiau apie įvairių medžiagų mechanines savybes, galime suformuluoti pagrindinius plastiškų ir trapių medžiagų savybių požymius.

1. Trapios medžiagos, skirtingai nei kaliosios, sunaikinamos dėl nedidelių liekamųjų deformacijų.

2. Plastikinės medžiagos vienodai atsparios įtempimui ir gniuždymui, trapios – gerai, o įtempimui – prastai.

3. Plastikinės medžiagos gerai atlaiko smūgines apkrovas, trapios – prastai.

4. Trapios medžiagos labai jautriai reaguoja į vadinamąsias streso koncentracija(vietiniai įtempiai kyla šalia staigių dalių formos pokyčių vietų). Iš plastiko pagamintų dalių stiprumą įtempių koncentracija veikia daug mažiau. Daugiau informacijos apie tai žemiau.

5. Trapios medžiagos nepritaikomos technologiniam apdirbimui, susijusiam su plastine deformacija – štampavimu, kalimu, tempimu ir kt.

Medžiagų skirstymas į kaliąsias ir trapias yra sąlyginis, nes tam tikromis sąlygomis trapios medžiagos įgyja plastinių savybių (pavyzdžiui, esant dideliam visapusiškam suspaudimui), o priešingai, kaliosios medžiagos įgyja trapias savybes (pavyzdžiui, švelnus plienas esant žemai temperatūra). Dėl šios priežasties teisingiau kalbėti ne apie plastiką ir trapias medžiagas, o apie jų plastiką ir trapią sunaikinimą.

Kaip jau minėta, mašinų dalys ir kitos konstrukcijos turi atitikti stiprumo (2.3) ir standumo (2.13) sąlygas. Leidžiamų įtempių dydis nustatomas atsižvelgiant į medžiagą (jos mechanines charakteristikas), deformacijos tipą, apkrovų pobūdį, konstrukcijų eksploatavimo sąlygas ir gedimo atveju galinčių atsirasti pasekmių sunkumą:

n – saugos koeficientas, n > 1.

Detalių, pagamintų iš plastiko, pavojinga būsena būdinga didelių liekamųjų deformacijų atsiradimui, todėl pavojingas įtempis yra lygus takumo ribai σ op = σ t.

Dalims, pagamintoms iš trapios medžiagos, pavojinga būsena būdinga įtrūkimų atsiradimui, todėl pavojingas įtempis yra lygus tempimo stipriui σ op = σ inc.

Į visas pirmiau nurodytas dalių eksploatavimo sąlygas atsižvelgiama į saugos koeficientą. Bet kokiomis sąlygomis yra keletas bendrų veiksnių, į kuriuos atsižvelgiama taikant saugos koeficientą:

1. Medžiagos heterogeniškumas, todėl mechaninių charakteristikų kitimas;

2. Netikslumas nurodant išorinių apkrovų dydį ir pobūdį;

3. Skaičiavimo schemų ir skaičiavimo metodų derinimas.

Remiantis ilgalaikės mašinų ir konstrukcijų projektavimo, skaičiavimo ir eksploatavimo praktikos duomenimis, plieno saugos koeficientas yra 1,4–1,6. Trapioms medžiagoms esant statinei apkrovai, saugos koeficientas yra 2,5–3,0. Taigi, plastikinėms medžiagoms:

. (2.33)

Trapioms medžiagoms

. (2.34)

Lyginant plastiškų ir trapių medžiagų savybes, pastebėta, kad įtempių koncentracija turi įtakos stiprumui. Teoriniai ir eksperimentiniai tyrimai parodė, kad tolygus įtempių pasiskirstymas per ištempto (suspausto) strypo skerspjūvio plotą pagal (2.2) formulę yra sutrikdytas netoli vietų, kuriose smarkiai keičiasi skersinio strypo forma ir dydis. sekcija - skylės, filė, filė ir kt.
Paskelbta ref.rf
Netoli šių vietų atsiranda vietiniai streso antplūdžiai – streso koncentracija.

Pavyzdžiui, apsvarstykite įtampos koncentraciją ištemptoje juostoje su maža skylute. Skylė laikoma maža, jei tenkinama sąlyga d ≤ 1/5b (2.27a pav.). Esant koncentracijai, įtampa nustatoma pagal formulę:

σ max = α σ ∙ σ nom . (2,35)

čia α σ – įtempių koncentracijos koeficientas, nustatytas elastingumo teorijos metodais arba eksperimentiškai naudojant modelius;

σ nom – vardinė įtampa, ᴛ.ᴇ. įtempis, apskaičiuotas tam tikrai daliai, kai nėra įtempių koncentracijos.

Nagrinėjamu atveju (α σ = 3 ir σ nom = N/F) ši problema tam tikra prasme yra klasikinė streso koncentracijos problema ir paprastai vadinama ją išsprendusio asmens vardu. pabaigos XIX amžiaus mokslininkas su Kirscho problema.

Panagrinėkime, kaip juostelė su skyle elgiasi didėjant apkrovai. Plastikinėje medžiagoje didžiausias įtempis prie skylės taps lygus takumo ribai (2.27b pav.). Streso koncentracija visada labai greitai mažėja, todėl net ir nedideliu atstumu nuo skylės įtempimas yra daug mažesnis. Padidinkime apkrovą (2.27 pav., c): įtampa prie skylės nedidėja, nes plastikinė medžiaga turi gana didelį takumo plotą, jau tam tikru atstumu nuo skylės įtempis tampa lygus takumo ribai.

Leistini įtempiai – samprata ir rūšys. Kategorijos „Leidžiami įtempiai“ klasifikacija ir ypatumai 2017, 2018 m.

2.4 lentelė

2.22 pav

2.18 pav

2.17 pav

Ryžiai. 2.15

Panagrinėkime būdingas šios diagramos dalis ir taškus, taip pat atitinkamus mėginio deformacijos etapus:

OA – galioja Huko dėsnis;

AB – atsirado liekamosios (plastinės) deformacijos;

BC – didėja plastinės deformacijos;

SD – derlingumo plynaukštė (deformacijos padidėjimas vyksta esant pastoviai apkrovai);

DC – sutvirtinimo sritis (medžiaga vėl įgyja galimybę padidinti atsparumą tolesnei deformacijai ir priima jėgą, kuri didėja iki tam tikros ribos);

Taškas K – tyrimas sustabdytas ir mėginys iškrautas;

KN – iškrovimo linija;

NKL – pakartotinio mėginio krovimo linija (KL – stiprinimo sekcija);

LM yra sritis, kurioje apkrova krinta, šiuo metu ant mėginio atsiranda vadinamasis kaklelis - vietinis susiaurėjimas;

Taškas M – mėginio plyšimas;

Po plyšimo bandinys atrodo maždaug taip, kaip parodyta 2.17 pav. Fragmentus galima sulankstyti ir išmatuoti ilgį po bandymo ℓ 1, taip pat kaklo skersmenį d 1.

Stiprumo charakteristikos

Proporcingumo riba:

Didžiausia įtampa, iki kurios galioja Huko dėsnis.

Derlingumo stiprumas:

Mažiausias įtempis, kuriam esant, esant pastoviai tempimo jėgai, vyksta bandinio deformacija.

Tempiamasis stipris (laikinas stiprumas):

Didžiausia bandymo metu pastebėta įtampa.

Pertraukos įtampa:

Tokiu būdu nustatytas įtempis trūkimo metu yra labai savavališkas ir negali būti naudojamas kaip plieno mechaninių savybių charakteristika. Susitarimas yra toks, kad jis gaunamas padalijus jėgą plyšimo momentu iš pradinio mėginio skerspjūvio ploto, o ne iš tikrojo jo plyšimo ploto, kuris yra žymiai mažesnis nei pradinis dėl susidarymo. iš kaklo.

Plastiškumo charakteristikos

Prisiminkime, kad plastiškumas – tai medžiagos gebėjimas deformuotis be lūžių. Plastiškumo charakteristikos yra deformacijos, todėl jos nustatomos iš mėginio matavimo duomenų po lūžio:

∆ℓ ос = ℓ 1 - ℓ 0 – liekamasis pailgėjimas,

– kaklo sritis.

Santykinis pailgėjimas po pertraukos:

. (2.25)

Ši charakteristika priklauso ne tik nuo medžiagos, bet ir nuo mėginio matmenų santykio. Štai kodėl standartiniai mėginiai turi fiksuotą santykį ℓ 0 = 5d 0 arba ℓ 0 = 10d 0, o δ reikšmė visada pateikiama su indeksu - δ 5 arba δ 10, o δ 5 > δ 10.

Santykinis susiaurėjimas po plyšimo:

. (2.26)

Specifinis deformacijos darbas:

Iškrovimas ir perkrovimas

Aprašant tempimo diagramą buvo nurodyta, kad taške K bandymas buvo sustabdytas ir mėginys iškraunamas. Iškrovimo procesas aprašytas tiese KN (2.16 pav.), lygiagrečia diagramos tiesiajai atkarpai OA. Tai reiškia, kad mėginio pailgėjimas ∆ℓ′ P, gautas prieš iškrovimo pradžią, visiškai neišnyksta. Išnykusi pailgėjimo dalis diagramoje pavaizduota atkarpa NQ, likusi dalis – atkarpa ON. Vadinasi, bendras bandinio pailgėjimas, viršijantis tamprumo ribą, susideda iš dviejų dalių – elastinės ir liekamosios (plastinės):

∆ℓ′ P = ∆ℓ′ aukštyn + ∆ℓ′ os.

Tai vyks tol, kol mėginys plyš. Po plyšimo išnyksta elastinga viso pailgėjimo dedamoji (segmentas ∆ℓ aukštyn). Likutinis pailgėjimas pavaizduotas atkarpa ∆ℓ os. Jei nustosite krauti ir iškrausite pavyzdį OB sekcijoje, iškrovimo procesas bus pavaizduotas linija, sutampančia su apkrovos linija - deformacija yra visiškai elastinga.

Perkraunant mėginį, kurio ilgis ℓ 0 + ∆ℓ′ oc, pakrovimo linija praktiškai sutampa su iškrovimo linija NK. Proporcingumo riba padidėjo ir tapo lygi įtampai, nuo kurios buvo vykdomas iškrovimas. Toliau tiesi linija NK virto kreive KL be derliaus plynaukštės. Diagramos dalis, esanti kairėje nuo NK linijos, pasirodė nupjauta, t.y. koordinačių pradžia perkelta į tašką N. Taigi, dėl tempimo už takumo taško, pavyzdys pakeitė savo mechanines savybes:

1). padidėjo proporcingumo riba;

2). dingo apyvartos platforma;

3). santykinis pailgėjimas po plyšimo sumažėjo.

Šis savybių pokytis vadinamas užgrūdintas.

Streso diagramos

Norint gauti diagramą, apibūdinančią medžiagos mechanines savybes, pirminė tempimo diagrama koordinatėmis Р – ∆ℓ atkuriama koordinatėmis σ – ε. Kadangi ordinatės σ = Р/F ir abscisės σ = ∆ℓ/ℓ gaunamos dalijant iš konstantų, tai diagrama atrodo taip pat, kaip ir pradinė (2.18 pav.,a).

Iš σ – ε diagramos aišku, kad

tie. normaliojo tamprumo modulis yra lygus diagramos tiesios atkarpos polinkio kampo liestine su abscisių ašimi.

Iš įtempių diagramos patogu nustatyti vadinamąją sąlyginę takumo ribą. Faktas yra tas, kad dauguma konstrukcinių medžiagų neturi takumo taško - tiesi linija sklandžiai virsta kreive. Šiuo atveju įtempis, kuriam esant santykinis nuolatinis pailgėjimas yra lygus 0,2%, imamas takumo ribos verte (sąlyginė). Fig. 2.18b paveiksle parodyta, kaip nustatoma sąlyginės takumo ribos σ 0,2 reikšmė. Dažnai vadinama takumo riba σ t, kuri nustatoma esant derlingumo plynaukštei fizinis.

Þ Þ .

Kaliajam plienui ψ = 50 – 65%. Jeigu imsime ψ = 50% = 0,5, tai gausime S р = 2σ р, t.y. tikrasis stresas didžiausias plyšimo momentu, o tai visai logiška.

2.6.2. Įvairių medžiagų gniuždymo bandymas

Suspaudimo bandymas suteikia mažiau informacijos apie medžiagos savybes nei tempimo bandymas. Tačiau būtina apibūdinti medžiagos mechanines savybes. Tai atliekama su cilindrų pavidalo mėginiais, kurių aukštis ne didesnis kaip 1,5 skersmens, arba su kubeliais.

Pažvelkime į plieno ir ketaus suspaudimo diagramas. Aiškumo dėlei juos pavaizduojame tame pačiame paveiksle su šių medžiagų tempimo diagramomis (2.19 pav.). Pirmajame ketvirtyje yra įtempimo, o trečiajame – suspaudimo diagramos.

Ketaus įtempimo ir gniuždymo diagramos yra panašios formos: jos išlinksta nuo pat pradžių ir nutrūksta pasiekus maksimalią apkrovą. Tačiau ketus geriau veikia suspaudžiant nei įtempus (σ colis - = 5 σ colis +). Atsparumas tempimui σ pch yra vienintelė mechaninė ketaus charakteristika, gauta gniuždymo bandymo metu.

Trintis, kuri atsiranda bandymo metu tarp mašinos plokščių ir bandinio galų, turi didelę įtaką bandymo rezultatams ir sunaikinimo pobūdžiui. Cilindrinis plieno bandinys įgauna statinės formą (2.20a pav.), ketaus kube atsiranda įtrūkimai 45 0 kampu apkrovos kryptimi. Jei bandinio galus sutepdami parafinu išmessime trinties įtaką, apkrovos kryptimi atsiras įtrūkimai ir didžiausia jėga bus mažesnė (2.20 pav., b ir c). Dauguma trapių medžiagų (betonas, akmuo) suspaudžiamos taip pat kaip ketaus ir turi panašią suspaudimo diagramą.

Įdomu išbandyti medieną – anizotropinę, t.y. turintys skirtingą stiprumą priklausomai nuo jėgos krypties medžiagos pluoštų krypties atžvilgiu. Vis plačiau naudojamas stiklo pluošto plastikas taip pat yra anizotropinis. Suspaudus išilgai plaušų, mediena yra daug tvirtesnė nei suspaudžiama per pluoštus (2.21 pav. 1 ir 2 kreivės). 1 kreivė yra panaši į trapių medžiagų suspaudimo kreives. Destrukcija įvyksta dėl vienos kubo dalies pasislinkimo kitos atžvilgiu (2.20 pav., d). Suspaudus skersai plaušų, mediena nebyra, o spaudžiama (2.20e pav.).

Bandydami plieno bandinį įtempimui, aptikome mechaninių savybių pasikeitimą dėl tempimo, kol atsirado pastebimų liekamųjų deformacijų – kietėjimo šaltuoju būdu. Pažiūrėkime, kaip mėginys elgiasi po sukietėjimo atliekant suspaudimo bandymą. 2.19 pav. diagrama pavaizduota punktyrine linija. Suspaudimas vyksta pagal NC 2 L 2 kreivę, kuri yra virš mėginio, kuris nebuvo apdorotas grūdinimu OC 1 L 1, suspaudimo diagramos ir beveik lygiagrečiai pastarajam. Sukietėjus tempimu mažėja proporcingumo ir gniuždymo išeiga ribos. Šis reiškinys vadinamas Bauschinger efektu, pavadintas mokslininko, kuris pirmą kartą jį aprašė, vardu.

2.6.3. Kietumo nustatymas

Medžiagos kietumas vadinamas gebėjimu atsispirti mechaniniam kito, tvirtesnio kūno įsiskverbimui į jį. Kietumą apibūdinantys dydžiai vadinami kietumo skaičiais. Nustatyti skirtingais metodais, jie skiriasi dydžiu ir matmenimis ir prie jų visada nurodomas jų nustatymo metodas.

Labiausiai paplitęs metodas yra Brinelio metodas. Bandymas susideda iš D skersmens grūdinto plieno rutulio įspaudimo į mėginį (2.22a pav.). Kamuolys kurį laiką laikomas apkrova P, dėl to paviršiuje lieka d skersmens įspaudas (skylė). Apkrovos kN ir atspaudo paviršiaus ploto santykis cm 2 vadinamas Brinelio kietumo skaičiumi.

. (2.30)

Labai patogus ir plačiai paplitęs kietumo nustatymo metodas pagal Rokvelą. Taikant šį metodą deimantinis kūgis, kurio viršūnės kampas yra 120 laipsnių, o kreivio spindulys yra 0,2 mm, arba plieninis rutulys, kurio skersmuo 1,5875 mm (1/16 colio), naudojamas kaip įspaudas, įspaustas į mėginį. Bandymas atliekamas pagal schemą, parodytą fig. 2.22, gim. Pirmiausia kūgis įspaudžiamas preliminaria apkrova P0 = 100 N, kuri nenuimama iki bandymo pabaigos. Esant šiai apkrovai, kūgis panardinamas iki gylio h0. Tada kūgiui taikoma visa apkrova P = P 0 + P 1 (du variantai: A – P 1 = 500 N ir C – P 1 = 1400 N), o įdubimo gylis didėja. Nuėmus pagrindinę apkrovą P 1, lieka gylis h 1. Dėl pagrindinės apkrovos P 1 gautas įdubimo gylis, lygus h = h 1 – h 0, apibūdina Rokvelo kietumą. Kietumo skaičius nustatomas pagal formulę

, (2.31)

kur 0,002 yra kietumo testerio indikatoriaus skalės padalijimo vertė.

Yra ir kitų kietumo nustatymo metodų (Vickers, Shore, mikrokietumas), kurie čia neaptariami.

Skyriai