Прочность при растяжении md
Два тисков приложить напряжение к образцу, потянув на нее, растягивая образец до тех пор, пока переломы. Максимальное напряжение, прежде чем он выдерживает разрыв пласта является его предел прочности при растяжении.
Предел прочности на разрыв ( UTS ), часто сокращается до предела прочности при растяжении ( TS ), предел прочности , или FTU внутри уравнений, является способность материала или структуры , чтобы выдерживать нагрузки , стремящиеся удлиненное, в отличие от прочности на сжатие , которое выдерживает нагрузок тенденцию к уменьшить размер. Другими словами, предел прочности на растяжение сопротивляется напряжение (растаскивают), в то время как прочность на сжатие сопротивляется сжатию (толкают друг с другом). Предел прочности на разрыв измеряется максимальным напряжением , что материал может выдержать во время растягивания или тянуть до разрыва. При изучении прочности материалов , предел прочности на разрыв, прочность на сжатие и прочности на сдвиг могут быть проанализированы независимо друг от друга.
Некоторые материалы сломать очень резко, без пластической деформации , в то , что называется хрупкое разрушение . Другие, которые являются более пластичным , включая большинство металлов, испытывают некоторую пластическую деформацию и , возможно , сужения до того перелома.
В UTS обычно обнаруживаются путем проведения испытания на растяжение и записи инженерных напряжений против деформации . Высокая точка кривой напряжение-деформация (смотри пункт 1 на инженерных диаграмм напряжение-деформация ниже) является ОТС. Это интенсивное свойство ; поэтому ее величина не зависит от размера образца для испытаний. Тем не менее, это зависит от других факторов, таких , как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также от температуры испытательной среды и материала.
Прочностные достоинства редко используются в конструкции податливых элементов, но они играют важную роль в хрупких элементов. Они сведены в таблице для обычных материалов , таких как сплавы , композиционные материалы , керамика , пластмассы и древесина.
Предел прочности на разрыв могут быть определены для жидкостей, а также твердых веществ при определенных условиях. Например, когда дерево рисует воду от корней к его верхних листьев путем транспирации , столб воды тянут вверх от вершины к когезии воды в ксилеме, и эта сила передается вниз колонны по своей прочности на разрыв , Давление воздуха, осмотическое давление и капиллярное натяжение также играет небольшую роль в способности дерева рисовать воду, но в одиночку это было бы достаточно только нажать на столб воды на высоту менее десяти метров, и деревья могут расти гораздо выше , чем у (свыше 100 м).
Предел прочности на разрыв определяется как напряжение, которое измеряется , как сила на единицу площади. Для некоторых неоднородных материалов (или для собранных компонентов) может быть сообщено только в качестве силы , или как сила на единицу ширины. В Международной системе единиц (СИ), блок является паскаль (Па) (или кратное, часто мегапаскалях (МПа), с использованием префикса SI мега ); или, что то же самое , чтобы паскаль, ньютонов на квадратный метр (Н / м). Соединенные Штаты обычная единица составляет фунты на квадратный дюйм (фунт / или in² фунтов на квадратный дюйм), или кило-фунты на квадратный дюйм (кг на квадратный дюйм, или иногда Kpsi), равные 1000 фунтов на квадратный дюйм; кило-фунтов на квадратный дюйм , как правило , используются в одной стране (США), при измерении прочности на разрыв.
концепция
пластичные материалы
Рисунок 1: «Машиностроение» напряжение-деформация (σ-ε) кривая типична алюминия
1. Предел прочности
2. Предел текучести
3. Пропорциональный предельного напряжения
4. Трещина
5. Смещение деформации ( как правило , 0,2%)
Многие материалы могут показывать линейное упругое поведение , определяемое с помощью линейного отношения напряжения-деформации , как показаны на рисунке 1 до точки 3. Эластичного поведение материалов часто проходит в нелинейную область, представленной на фигуре 1 , с точкой 2 ( «предел текучести»), до которой деформация полностью возмещена при снятии нагрузки; то есть, образец загружен упруго в напряжении будет удлиненным, но будет возвращаться к своей первоначальной форме и размеру при отсутствии нагрузки. За пределами этой упругой области, для пластичных материалов, такие как сталь, деформации пластика . Пластически деформируется образец не полностью вернуться к своему первоначальному размеру и форме при отсутствии нагрузки. Для многих применений, пластическая деформация является неприемлемой, и используются в качестве ограничения дизайна.
После того, как предел текучести, пластичные металлы пройти период деформационного упрочнения, в котором напряжение снова возрастает с увеличением деформации, и они начинают шеи , так как площадь поперечного сечения образца уменьшается за счет пластического течения. В достаточно пластичном материале, когда утонение становится существенным, оно вызывает разворот кривых инженерно напряжение-деформация (кривые А, рисунок 2); это происходит потому , что инженерное напряжение вычисляется в предположении исходной площади поперечного сечения , прежде чем утонения. Точка разворота находится максимальное напряжение на кривой инженерно напряжение-деформация, и инженерный стресс координата этой точки является предел прочности при растяжении, определяется пунктом 1.
ОТС не используется при проектировании пластичных статических членов , потому что дизайн практика диктует использование предела текучести . Это, однако, используется для контроля качества, из — за легкости тестирования. Он также используется для определения примерно типов материалов для неизвестных образцов.
ОТС является общим параметром для разработки инженерно элементы , изготовленные из хрупкого материала , потому что такие материалы не имеют предела текучести .
тестирование
Круглый бар образца после испытания на растяжение напряжения
Как правило, тестирование включает в себя прием небольшого образца с фиксированной площадью поперечного сечения, а затем потянув ее с тензометра при постоянной деформации (изменение длины датчика , разделенной на начальной длине калибровочной) скорости , пока образец перерывов.
При испытании некоторых металлов, твердость вдавливания коррелирует линейно с прочностью на растяжение. Это важные разрешения отношений экономически важным неразрушающего контроля объемных поставок металла с легким, даже портативного оборудования, таких как ручные твердости по Роквеллу тестеров. Это практическое соотношение помогает контроль качества в металлообрабатывающей промышленности выходит далеко за пределы лаборатории и универсальных испытательных машин .
В то время как большинство металлических форм, таких, как лист, бар, трубки и провода, могут демонстрировать тестовые UTS, волокна, такие как углеродные волокна, будучи только 2 / 10,000 дюйма в диаметре, должны быть сделаны в композиты, чтобы создать полезную реальную -Мировая форма. По мере того как техническое описание на T1000G ниже указано, в то время как ОТС из волокна очень высока при 6370 МПа, предел прочности при растяжении производного композита 3040 МПа — менее половины прочность волокна.
Типичные прочности на разрыв
| материал | Предел текучести (МПа) | Предел прочности при растяжении (МПа) | Плотность (г / см) |
|---|---|---|---|
| Сталь, структурная ASTM А36 стали | 250 | 400-550 | 7,8 |
| Сталь, 1090 мягкая | 247 | +841 | 7,58 |
| Хром-ванадиевая сталь марки AISI 6150 | 620 | 940 | 7,8 |
| человеческая кожа | 15 | 20 | 2 |
| Сталь, 2800 мартенситностареющие стали | 2617 | 2693 | 8,00 |
| Сталь, AerMet 340 | 2160 | 2430 | 7,86 |
| Сталь, Sandvik Саникро 36Mo геофизического кабеля точность проволока | 1758 | 2070 | 8,00 |
| Сталь, AISI 4130, вода гасили 855 ° C (1570 ° F), 480 ° C (900 ° F), нрав | +951 | 1110 | 7,85 |
| Сталь, API 5L X65 | 448 | 531 | 7,8 |
| Сталь, высокая прочность сплава ASTM A514 | 690 | 760 | 7,8 |
| Акриловая , ясно , литой лист (ПММА) | 72 | 87 | 1,16 |
| Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) | 26-33 | 37 | 0,85 |
| полипропилен | 12-43 | 19.7-80 | 0,91 |
| Сталь, нержавеющая AISI 302 — холоднокатаная | 520 | 860 | 8,19 |
| Чугун 4,5% С, ASTM A-48 | 130 | 200 | 7,3 |
| « Liquidmetal » сплав | 1723 | 550-1600 | 6,1 |
| Бериллий 99,9% Be | 345 | 448 | 1,84 |
| Алюминиевый сплав 2014-Т6 | 414 | 483 | 2,8 |
| Полиэфирная смола (неармированные) | 55 | 55 | |
| Полиэфир и маты ламината 30% Е-стекла | 100 | 100 | |
| S-стекло эпоксидной композитный | 2358 | 2358 | |
| Алюминиевый сплав 6061-Т6 | 270 | 310 | 2,7 |
| Медь 99,9% Cu | 69 | 220 | 8,92 |
| Мельхиор 10% Ni, 1,6% Fe, Mn , 1%, остальное Cu | 130 | 350 | 8,94 |
| латунь | 200 + | 500 | 8,73 |
| вольфрам | +941 | 1510 | 19,25 |
| Стакан | 33 | 2,53 | |
| E-Glass | N / A | 1500 для ламинатов, 3450 для одних волокон | 2,57 |
| S-Glass | N / A | 4710 | 2,48 |
| Базальтовое волокно | N / A | 4840 | 2,7 |
| Мрамор | N / A | 15 | 2,6 |
| бетон | N / A | 2-5 | 2,7 |
| Углеродные волокна | N / A | 1600 для ламинаты, 4137 для одних волокон | 1,75 |
| Углеродные волокна (Toray T1100G) (самые сильные искусственные волокна) | 7000 волокон в покое | 1,79 | |
| Человеческая прическа | 140-160 | 200-250 | |
| бамбуковый | 350-500 | 0,4 | |
| Паук шелк (смотрите примечание ниже) | 1000 | 1,3 | |
| Паук шелк, дарвиновская кора паук | 1652 | ||
| Шелкопряд шелк | 500 | 1,3 | |
| Арамидный ( кевлар или Twaron ) | 3620 | 3757 | 1,44 |
| СВМПЭ | 24 | 52 | 0,97 |
| UHMWPE волокон (Dyneema или Spectra) | 2300-3500 | 0,97 | |
| Vectran | 2850-3340 | ||
| Полибензоксазол (Zylon) | 2700 | 5800 | 1,56 |
| Древесина, сосны (параллельно зерна) | 40 | ||
| Кости (конечность) | 104-121 | 130 | 1,6 |
| Нейлон, формуют, тип 6/6 | 450 | 750 | 1,15 |
| Нейлон волокна, нарисованный | 900 | 1,13 | |
| Клеи эпоксидные | — | 12-30 | — |
| Резинка | — | 16 | |
| бор | N / A | 3100 | 2,46 |
| Кремний , монокристаллический (м-Si) , | N / A | 7000 | 2,33 |
| Ультра-чистый диоксид кремния стеклянные волоконно-оптические пряди | 4100 | ||
| Сапфир (Al 2 O 3 ) | 400 при 25 ° C, 275 при 500 ° С, 345 при 1000 ° С | 1900 | 3,9-4,1 |
| Нитрид бора нанотрубка | N / A | 33000 | 2,62 |
| ромб | 1600 | 2800 | 3,5 |
| Графен | N / A | 130000 | 1,0 |
| Во- первых углеродных нанотрубок веревки | ? | 3600 | 1,3 |
| Колоссальный углерод трубка | N / A | 7000 | 0,116 |
| Углеродные нанотрубки (смотрите примечание ниже) | N / A | 11000-63000 | 0.037-1.34 |
| Углеродные нанотрубки композиты | N / A | 1200 | N / A |
| Высокопрочная углеродные нанотрубки пленка | N / A | 9600 | N / A |
| Железо (чистый монокристалл) | 3 | 7,874 | |
| Limpet коленной Vulgata зубы (Гетит) | +4900 3000-6500 |
^ а многие из значенийзависимости от производственного процесса и чистоты или композиции.
^ б Многослойные углеродные нанотрубки имеют самую высокую прочностьразрыв любого материалапока измеренная с лаборатории производить их на прочностьразрыв 63 ГПа, еще значительно ниже их теоретического предела 300 ГПа. Первые нанотрубки веревки (20 мм в длину)чей предел прочностиразрыв была опубликована (в 2000 г.) имели прочность 3,6 ГПа. Плотность зависит от способа изготовления, анизкое значение 0,037 или 0,55 (твердое вещество).
^ с сила шелка паука сильно варьирует. Это зависит от многих фактороввключая вид шелка (Каждый паук может производить несколько для всяческих целей.), Виды, возраст шелка, температуры, влажности, быстротапри которой напряжение применяется во время тестирования, длина напряжение приложено, и способшелк собрался (принудительный silking или естественное прядение). Значениепоказанное в таблице, 1000 МПа, примерно представитель результатов из нескольких исследованийучастием нескольких различных видов пауководнако конкретные результаты весьма различны.
^ d сила человеческих волос варьируетсязависимости от этнической принадлежности и химических обработок.
| Элемент | Юнга модуль (ГП) | Смещение или предел текучести (МПа) | Максимальная прочность (МПа) |
|---|---|---|---|
| кремний | 107 | 5000-9000 | |
| вольфрам | 411 | 550 | 550-620 |
| железо | 211 | 80-100 | 350 |
| титан | 120 | 100-225 | 246-370 |
| медь | 130 | 117 | 210 |
| тантал | 186 | 180 | 200 |
| банка | 47 | 9-14 | 15-200 |
| цинка сплав | 85-105 | 200-400 | 200-400 |
| никель | 170 | 140-350 | 140-195 |
| Серебряный | 83 | 170 | |
| золото | 79 | 100 | |
| алюминий | 70 | 15-20 | 40-50 |
| вести | 16 | 12 |
Смотрите также
- Предел прочности при изгибе
- Сопротивление материалов
- Прочность структуры
- прочность
- недостаточность
- Напряжение (физика)
- Модуль для младших
Рекомендации
дальнейшее чтение
- Giancoli, Douglas, Физика для ученых и инженеров , третье издание (2000). Верхняя Saddle River: Prentice Hall.
- Келер T, Vollrath F (1995). «Биомеханика темы в два орбе-ткацких пауков обыкновенный крестовика (Пауки, Araneidae) и Uloboris walckenaerius (Пауки, пауки-улобориды)». Журнал экспериментальной зоологии . 271 : 1-17. DOI : 10.1002 / jez.1402710102 .
- Т Фоллетт, Жизнь без металлов
- Min-Feng Y, Лурье O, Дайер MJ, Молони K, Келли TF, Руофф RS (2000). «Сила и Ломать Механизм многослойных углеродных нанотрубок Под растягивающей нагрузки». Наука . 287 (5453): 637-640. Bibcode : 2000Sci … 287..637Y . DOI : 10.1126 / science.287.5453.637 . PMID 10649994 .
- Джордж Э. Дитер, Механическая Металлургия (1988). McGraw-Hill, Великобритания
Источник
Преде́л про́чности — механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Иначе говоря, это пороговая величина, превышая которую механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Следует различать статический и динамический пределы прочности. Также различают пределы прочности на сжатие и растяжение.
Величины предела прочности[править | править код]
Статический предел прочности[править | править код]
Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).
Динамический предел прочности[править | править код]
Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности на сжатие[править | править код]
Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.
Предел прочности на растяжение[править | править код]
Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)
Другие прочностные параметры[править | править код]
Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».
Прочностные особенности некоторых материалов[править | править код]
Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.
У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и предела прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.
Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.
Некоторые значения прочности на растяжение в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²)[1]:
| Материалы | , МПа | |
|---|---|---|
| Бор | 5700 | 0,083 |
| Графит (нитевидный кристалл) | 2401 | 0,024 |
| Сапфир (нитевидный кристалл) | 1500 | 0,028 |
| Железо (нитевидный кристалл) | 1300 | 0,044 |
| Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали | 420 | 0,02 |
| Тянутая проволока из вольфрама | 380 | 0,009 |
| Стекловолокно | 360 | 0,035 |
| Мягкая сталь | 60 | 0,003 |
| Нейлон | 50 | 0,0025 |
Примечания[править | править код]
- ↑ Диапазон пределов прочности для стали составляет 500—3000 МПа (Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др. Конструкционные материалы. Справочник. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.).
Источник
Предел прочности при растяжении
Предел прочности при растяжении (Tensile Strength at Yield) — одна из наиболее важных характеристик термопластов, это сопротивление, которое материал оказывает на напряжение растяжения. Оно определяется как наименьшее напряжение растяжения (сила, деленная на единицу площади поперечного разреза), требуемое, чтобы начать растягивать предмет.
Измеренное усилие делится на площадь поперечного сечения образца, получаемая величина, измеряемая в Н/мм² (а также в мегапаскалях МПа или гигапаскалях ГПа) и называется пределом прочности при растяжении.
Определение данного параметра проводят по международной методике ISO 527-1 (Пластики: определение параметров упругости) на т.н. разрывных машинах.
| Вложение 305 | Величина данного параметра определяет стойкость материала к статическим напряжениям, т.е. его прочность под постоянной растягивающей нагрузкой. В частности подобные напряжения испытывают конструкционные материалы для емкостного оборудования – одной из основных сфер применения инженерных термопластов. Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь. Помимо прочности при растяжении, для конструкционных материалов могут измеряться также прочности на сжатие, скручивание и т.д., однако для инженерных термопластов измерение данных параметров, как правило, не имеет практического смысла. |
Предел прочности при разрыве
Данные показатель называют также разрывным усилием (Tensile Strength at Break, Breaking Strength) и он также характеризует сопротивление, которое материал оказывает на напряжение растяжения. Оно определяется как наименьшее напряжение растяжения (сила, деленная на единицу площади поперечного разреза), требуемое, чтобы разрушить предмет.
Измеренное усилие делится на площадь поперечного сечения образца, получаемая величина, измеряемая в Н/мм² (а также в мегапаскалях МПа или гигапаскалях ГПа) и называется пределом прочности при разрыве.
Определение данного параметра проводят по международной методике ISO 527-1 на т.н. разрывных машинах в рамках единого теста с определением предела прочности при растяжении.
Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь.
Относительное удлинение при разрыве
Относительное удлинение (Elongation at Break) характеризует величину деформаций материала при растяжении. Данный показатель измеряется как отношение величины деформации образца к его первоначальной длине и измеряется в %.
Определение данного параметра проводят по международной методике ISO 527-1 на т.н. разрывных машинах в ходе тестов по определению пределов прочности при растяжении и разрыве.
Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь.
При сопоставлении этих показателей можно заметить что материалы с высокой прочностью к растяжениям и разрывам, как правило, имеют низкие показатели относительного удлинения и наоборот. Это позволяет делить термопласты на «прочные», которые выдерживают высокие механические нагрузки, но быстро ломаются при наступлении деформаций; и эластичные, которые не так прочны, однако способны сохранять свои прочностные свойства при деформациях.
Модуль упругости при растяжении
Модуль упругости при растяжении (Modulus of elasticity at tension, E-modulus) определяют как отношение приращения механического напряжения к соответствующему приращению относительного удлинения. Данный параметр характеризует сопротивление материала растяжению и измеряется в Н/мм².
Помимо модуля упругости при растяжении, могут также измеряться модули упругости при сжатии и сгибе, однако для инженерных термопластов именно первый показатель наиболее важен и имеет практическое применение, в частности, при статическом расчете безнапорных сварных емкостей из термопластов по методике DVS-2205.
Испытания проводятся по методике ISO 527-1 на том же оборудовании что и предел прочности при растяжении/разрыве. В отечественной практике также используется ГОСТ 9550-81 (Пластики. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.)
Значение данного параметра для различных термопластов – см. здесь.
Источник