Какое соотношение между пределами прочности на срез и на растяжение

Испытание на срез воспроизводит условия нагружения деталей крепления, работающих на срез, и листов при срезе, например, при пробивке отверстий под заклепки и заключается в испытании до разрушения цилиндрических образцов проволоки, болтов, шпилек и заклепок на срез в плоскости попереч­ного сечения а также плоских образцов и листов на срез по толщине.

Цилиндрические образцы, проволоку и детали крепления испытывают обычно на двойной срез в приспособлении типа соединения «вилка—про­ушина» (рис. 1), реже на одинарный срез в приспособлении, имитирующем соединения пластин (листов) внахлестку (рис. 2). Основные детали приспособлений изготавливают из инструментальной стали высокой твердости (HRC ). Испытания проводят в приспособлениях, работающих на растяжение или сжатие, на универсальных машинах или прессах. Значение сопро­тивления срезу существенно зависит от условий опыта, в том числе от скорости нагружения. Приняты испытания на срез со скоростью, не превышающей 10 мм/мин при рабочем ходе машины. Для увеличения производительности испытания скорость нагружения может быть повышена до 20 мм/мин, если будет показано, что используемая при испытании данных образцов машина дает аналогичные результаты при скоростях 10 и 20 мм/мин.

Величина сопротивления срезу , определяемая по результатам испыта­ния на срез, в известной мере условна [10]: кроме среза, образец подвергается изгибу и смятию, доля которых зависит от условий испытания (соотношения диаметра образца и толщины срезающих ножей, плотности посадки образца в отверстие приспособления, наличия зазоров между ножами приспособления, степени затупления кромок рабочего отверстия и т. п.), а также свойств материала образца. Испытание на двойной срез предпочтительнее, так как снижает влияние изгиба. На одинарный срез испытывают детали крепления, длина которых не позволяет провести испытания двойным срезом, а испытание удлиненных образцов (деталей)-свидетелей недопустимо по технологическим соображениям. Уменьшение толщины срезающих ножей увеличивает смятие образца, увеличение зазоров—изгиб. Практикой установлены оптимальные условия испытания на срез: толщина срезающего ножа равна приблизительно диаметру образца, между ножами приспособления должна обеспечиваться скользящая посадка, посадка с натягом образца в отверстие ножа не допу­скается.

Условное сопротивление срезу определяется по формулам: — при испытании на двойной срез и при испытании на одинарный срез где Р — наибольшая нагрузка при срезе; d — начальный диаметр образца. При соблюдении рекомендованных условий испытаний, для большинства ме­таллических материалов экспериментально установлено достаточно устойчивое соотношение между сопротивлением срезу и пределом прочности , 0,7 -для отожженных сталей и титановых сплавов; 0.65 для среднепрочных сталей; 0,6 -для высокопрочных сталей; 0,5 —для алюминиевых и магниевых сплавов. Поэтому ряд отечественных фирм контролирует болты, заклепки, шпильки и т.п.детали испытанием на растяжение образцов-свидетелей или по твердости, измеряемой непосредственно на контролируемой детали.

Метод испытания металлических материалов на срез стандартизован в Венгрии, ГДР и ФРГ, в отечественной практике пользуются отраслевыми нормалями. Истинное сопротивление срезу определяется по формуле , где Рк — разрушающая нагрузка при испытании; Fср — фактическая площадь среза в сечении образца после испытания, легко определяется по излому, в ко­тором резко очерчены блестящий серп смятия и матовая зона фактического сечения среза. Обычно зона смятия занимает 10—15% исходной площади сечения образца и, следовательно, условное сопротивление срезу ниже истинного на 10—15%.

Значения сопротивления срезу одиночных болтов и заклепок, а также материала, из которого они изготовлены, полученные при испытаниях в приспособлениях, не могут в полной мере определить несущую способность бол­товых и заклепочных соединений, работающих на срез. Для оценки работо­способности И рационального конструирования этих соединений рекомендуется испытывать на срез болты и заклепки в образцах, имитирующих конструкцию реальных соединений; при этом необходимо использовать реальные толщины и марки материалов скрепляемых элементов, учитывать возможное располо­жение болтов и заклепок в натурных соединениях (шаг, расстояние от края листа или плиты и т. п.), воспроизводить технологию изготовления реального узла (подготовку отверстий под болты и заклепки, условия постановки болтов и способа клепки заклепочных соединений и т. п.).

Общепринятых норм на конструирование подобных образцов-соединений и проведения их испытаний не существует. Опыт диктует необходимость соблю­дения некоторых геометрических соотношений в болтовых стыках и заклепоч­ных соединениях. Рекомендуется первый ряд болтов располагать на расстоя­нии от края листа (плиты), равном не менее двух диаметров болта и приме­нять не более 5—6 рядов болтов; шаг болтов должен быть не менее трех диа­метров; во избежание возникновения заметного изгиба болты, работающие на срез, следует устанавливать в отверстия без зазора или с небольшим натягом. При испытании на срез заклепочных соединений необходимо учитывать, что, с одной стороны, одиночная расклепанная заклепка увеличивает нагрузку при срезе вследствие заметного увеличения ее диаметра при заполнении отверстия и некоторой нагартовки при осадке, с другой стороны—использование закле­пок с диаметром, большим трех толщин склепываемых листов, при односрез­ном соединении и большим полутора толщин при двухсрезном соединении, снижает нагрузку в результате повышенного смятия. Шаг заклепок прини­мается равным 20—30 толщинам листа, расстояние от края листа до центра отверстия должно быть больше, чем 2—3 диаметра заклепки.

Чтобы в процессе испытания произошло разрушение болтов и заклепок на срез в соединении, усилие на разрыв или смятие листов должно превосходить усилие на срез болтов или заклепок в соединении.

Определение сопротивления срезу заклепок и болтов в соединениях про­изводится путем испытания на растяжение в универсальных машинах. Для равномерного приложения усилия к образцу-соединению и сведению к мини­муму эксцентриситетов и перекосов следует по возможности образец выпол­нять в форме лопатки достаточной длины (рис. 3); расстояние между послед­ним рядом заклепок или болтов в соединении и головкой образца должно превышать ширину образца по крайней мере в 1—2 раза, а при испытании одиночных болта или заклепки должны сохраняться соотношения, принятые для плоского образца, испытываемого на растяжение.

Головки образцов-соединений могут непосредственно помещаться в клино­вые захваты испытательной машины или снабжаться отверстиями под болты или шпильки переходных штанг. При соединении, выполненном внахлестку, если нет специальных требований по созданию эксцентриситета приложения нагрузки, для исключения последнего с соответствующей стороны по ширине головки приклепывают накладки (см. рис. 3); накладки следует применять и в случае испытания образцов из тонких листов, для уменьшения смятия их в захватах машины.

Сопротивление срезу листов определяют при испытании на продавливание (на срез по круговому контуру) в специальном приспособлении (рис. 4) [II]. Образец в форме круговой пластинки продавливается цилиндрическим пуан­соном с плоским торцом через матрицу с круглым отверстием; кольцо огра­ничивает боковое перемещение образца и устанавливает его в положение, симметричное относительно отверстия. Значение механических характеристик (помимо сопротивления срезу при этом способе испытания могут быть опреде­лены практически все механические свойства, что и при растяжении) сущест­венно зависит от условий опыта: зазора между пуансоном и матрицей, радиуса затупления кромки пуансона, соотношения диаметра контура среза и толщины образца. Чрезмерно малый зазор вызывает трение и заедание образца при случайном перекосе, при значительном увеличении зазора срез сменяется вы­тягиванием с изгибом, при увеличении радиуса закругления кромок пуансона возникает дополнительный изгиб, при уменьшении диаметра пуансона возра­стает смятие и может произойти вдавливание. Оптимальными условиями испытания листов на срез по круговому контуру являются: , где (d-диаметр пуансона; h—толщина образца; радиус скругления кромки пуансона ; зазор между пуансоном и матрицей не более 0.1 мм.

Условное сопротивление срезу при вязком разрушении по контуру диаметром d определяется формулой , где Р — наибольшая нагрузка при срезе (точка Рв на диаграмме рис. 5). Соотношения между сопротивлением срезу и пределом прочности на листах близки для соответствующих мате­риалов к полученным при испытании цилиндрических образцов.

Истинное сопротивление листов срезу подсчитывается по формуле с учетом фактической площади среза высотой по нагрузке при разрушении (точка Рк на диаграмме рис. 5). В образце после продавливания отчетливо видны две зоны: блестящая, заглаженная, образующаяся при постепенном внедрении пуансона, и матовая, шероховатая — при окончатель­ном срезе.

По результатам испытания листов на срез, используя автоматически за­писываемую диаграмму деформации (рис. 5), можно определить пределы теку­чести и прочности, сопротивление разрушению и сужение. Предел текучести при продавливании определяют по нагрузке, соответствующей моменту нару­шения пропорциональности в зависимости лишь грубо ориентиро­вочно вследствие малой величины абсолютной деформации на пределе теку­чести. Предел прочности при продавливании и истинное сопротивление разру­шению принимаются равными и соответственно; их определение описано выше. Сужение при продавливании определяется по аналогии с полным сужением при растяжении . Для достаточно пластичных материалов, вязко разрушающихся при растяжении, характеристики механических свойств при продавливании пересчитываются с достаточной степенью точности на со­ответствующие при растяжении. Это относится к условному пределу прочности, истинному сопротивлению разрушению и сужению. Установлено, что условное сопротивление срезу при продавливании , а истинное со­противление срезу составляет приблизительно половину от величины сопро­тивления разрыву Sк при растяжении.