Расчет на растяжение металлического листа
ОКСТУ 0909
Дата введения 1986-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР
РАЗРАБОТЧИКИ
В.И.Маторин, Б.М.Овсянников, В.Д.Хромов, Н.А.Бирун, А.В.Минашин, Э.Д.Петренко, В.И.Чеботарев, М.Ф.Жембус, В.Г.Гешелин, А.В.Богачева
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17.07.84 N 2514
3. Стандарт соответствует СТ СЭВ 471-88 в части испытаний листов и лент толщиной от 0,5 до 3,0 мм
4. ВЗАМЕН ГОСТ 11701-66
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
6. Срок действия продлен до 01.01.96* Постановлением Госстандарта СССР от 25.03.91 N 319
__________________
* Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации. (ИУС N 11-12, 1994 год). — Примечание «КОДЕКС».
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (февраль 1993 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в октябре 1987 г., марте 1991 г. (ИУС 1-88, 6-91)
Настоящий стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение тонких листов и лент из черных и цветных металлов толщиной до 3,0 мм для определения при температуре (20)°C характеристик механических свойств:
предела пропорциональности;
предела текучести физического;
предела текучести условного;
временного сопротивления;
относительного равномерного удлинения;
относительного удлинения после разрыва.
Стандарт соответствует СТ СЭВ 471-88 в части испытаний листов и лент толщиной от 0,5 до 3,0 мм.
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и пояснения к ним — по ГОСТ 1497-84.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Вырезку заготовок для образцов и изготовление образцов проводят по ГОСТ 1497-84.
1.2. Для испытания применяют пропорциональные плоские образцы с начальной расчетной длиной или , a для испытания листов и лент толщиной от 0,5 до 3,0 мм и с .
Тип и размеры образцов должны указываться в нормативно-технической документации на правила отбора заготовок и образцов или на металлопродукцию.
При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается испытывать ленту с учетом допусков на размеры, предусмотренные для испытываемой металлопродукции. При ширине испытываемой ленты менее 12,5 мм начальная расчетная длина должна быть не менее 50 мм.
Не допускается правка заготовок или образцов, деформирование их изгибом или местным перегибом.
1.3. Форма, размеры и предельные отклонения по ширине плоских пропорциональных образцов приведены в обязательном приложении 1.
При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается применять пропорциональные плоские образцы других размеров.
1.4. Рабочая длина образцов должна составлять от до .
При разногласиях в оценке качества металла рабочая длина образцов должна составлять .
Примечание. При использовании тензометров или испытательной машины с автоматическим определением относительного удлинения после разрыва выбор рабочей и расчетной части длин образца должен соответствовать требованиям ГОСТ 1497-84.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
2. АППАРАТУРА
2.1. Разрывные и универсальные испытательные машины — по ГОСТ 28840-90.
2.2. Штангенциркули, микрометры — по ГОСТ 1497-84.
Допускается применение других измерительных средств, обеспечивающих измерение с погрешностью, не превышающей указанную в п. 3.2.
2.3. Тензометры с относительной ценой деления — по ГОСТ 1497-84.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
3.1. Установленную начальную расчетную длину ограничивают с погрешностью до 1% на рабочей части образца кернами, рисками или другими метками, исключающими повреждение поверхности образца.
Для пересчета относительного удлинения после разрыва с отнесением места разрыва к середине и для определения относительного равномерного удлинения по всей рабочей длине образца рекомендуется наносить риски, керны или иные метки через каждые 5 или 10 мм.
3.2. Погрешность определения начальной площади поперечного сечения не должна превышать ±2% (при предельной погрешности измерения ширины образца ±0,2%).
(Измененная редакция, Изм. N 2).
3.3. Измерение размеров образцов до испытания проводят не менее чем в трех местах — в средней части и на границах рабочей длины образца.
За начальную площадь поперечного сечения образца в его рабочей части принимают наименьшее из полученных значений на основании произведенных измерений с округлением по табл.2.
Таблица 2*
_________________
* Табл.1. (Исключена, Изм. N 2).
мм
Площадь поперечного сечения | Округление |
До 10,00 включ. | До 0,010 |
Св. 10,00 до 20,00 включ. | До 0,05 |
Св. 20,0 | До 0,1 |
Начальная площадь поперечного сечения ленты , мм, полученная методом плющения проволоки, вычисляется по формуле
где — наименьшая толщина, мм;
— наименьшая ширина, мм.
3.4. Измерение начальной и конечной расчетной длины проводится штангенциркулем при значении отсчета по нониусу 0,1 мм.
3.5. Образцы маркируют на головках или участках для захвата.
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Определение предела пропорциональности , предела текучести физического , предела текучести условного (или иным установленным допуском), временного сопротивления и относительного удлинения после разрыва проводят при испытании пропорциональных образцов по п. 1.2. Проведение испытаний и обработка результатов — по ГОСТ 1497-84.
Определение относительного равномерного удлинения проводят на образцах с начальной расчетной длиной по ГОСТ 1497-84.
4.2. Округление вычисленных результатов испытаний проводят в соответствии с табл.3.
Таблица 3
Характеристика механических свойств | Интервал значений характеристики | Округление |
Предел пропорциональности, Н/мм (кгс/мм) | ||
Предел текучести физический, Н/мм (кгс/мм) | До 100 (до 10,0) | До 1,0 (0,1) |
Предел текучести условный, Н/мм (кгс/мм) | (св. 10,0 до 50,0) | До 10 (1) |
Временное сопротивление, Н/мм (кгс/мм) | ||
Относительное равномерное удлинение, % | До 10,0 | До 0,1 |
Относительное удлинение после разрыва, % | Св. 25 | До 1 |
4.1; 4.2. (Измененная редакция, Изм. N 2).
4.3. Допускается определение коэффициента пластической анизотропии , показателя деформационного упрочнения и неравномерности пластической деформации . Определение указанных характеристик механических свойств и пример определения приведены в приложении 2.
4.4. Результаты испытаний не учитываются по ГОСТ 1497-84 с дополнением: при разрыве образца на расстоянии менее 1/4 от ближайшей метки, ограничивающей расчетную длину.
4.5. При применении образцов, начальная расчетная длина которых или , относительное удлинение обозначают символами или .
При применении образцов, начальная расчетная длина которых , символ обозначают символом, обозначающим начальную расчетную длину образца , в миллиметрах.
Например, или — относительное удлинение после разрыва с начальной расчетной длиной , равной 50 или 80 мм, шириной 12,5 или 20 мм соответственно.
Сопоставления значений относительного удлинения после разрыва при пропорциональных образцах возможны только в случаях, когда начальная расчетная длина и начальная площадь поперечного сечения сравниваемых образцов одинаковы или связаны одинаковым коэффициентом пропорциональности, равным, например, отношению .
(Измененная редакция, Изм
. N 2).
4.6. Результаты испытаний записывают в протокол, форма которого приведена в приложении 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое). ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ ПЛОСКИЕ ОБРАЗЦЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое
Черт.1. Пропорциональные образцы с головками
Пропорциональные образцы с головками
Черт.1
Таблица 1
мм
До 1,7 включ. | 12,5 | 40 | 15-20 | 25-40 | 20 | |||
Св. 1,7 до 3,0 | 20,0 | 40 | 15-20 | 25-40 | 30 | |||
До 1,7 включ. | 12,5 | 40 | 15-20 | 25-40 | 20 | |||
Св. 1,7 до 3,0 | 20,0 | 40 | 15-20 | 25-40 | 30 | |||
От 0,5 до 3,0 | 10,0 | 40 | 15-20 | 25-40 | 20 |
Черт.2. Пропорциональные образцы без головок
Пропорциональные образцы без головок
Черт.2
Таблица 2
мм
До 1,7 включ. | 12,5 | 45 | |||
Св. 1,7 до 3,0 | 20,0 | 45 | |||
До 1,7 включ. | 12,5 | 45 | |||
Св. 1,7 до 3,0 | 20,0 | 45 | |||
От 0,5 до 3,0 | 10,0 | 45 |
Примечания:
1. Образцы с головками применяются при испытании преимущественно высокопрочных материалов, обладающих повышенной хрупкостью и твердостью, с целью исключения проскальзывания образца, а также преждевременного разрушения его в захватах испытательной машины.
2. Размеры головок не являются обязательными и зависят от способа крепления образца в испытательной машине.
В образцах, имеющих головки с отверстиями диаметром = 20 мм при = 20 мм и = 50 мм или диаметром 15 мм при = 12,5 мм и = 30 мм, отклонения центров отверстий от оси образца допускаются не более 0,05 мм.
Таблица 3
Предельные отклонения размеров образцов
мм
Начальная ширина образца | Предельное отклонение начальной ширины | Допускаемая разность наибольшей и наименьшей начальной ширины по длине рабочей части образца |
Не более 12,5 | ±0,2 | 0,04 |
20 | ±0,5 | 0,05 |
(Измененная редакция, Изм. N 2).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЛАСТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ R, ПОКАЗАТЕЛЯ ДЕФОРМАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ n И НЕРАВНОМЕРНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ A
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
1. Термины, применяемые в приложении 2, и пояснения к ним
Термин | Пояснения |
Коэффициент пластической анизотропии | Соотношение между пластическими свойствами в плоскости прокатки и по толщине образца, относительная деформация которого равна величине |
Показатель деформационного упрочнения | Способность металла к упрочнению при равномерной пластической деформации |
Неравномерность пластической деформации | Мера рассеяния величин относительных пластических деформаций рабочей части образца, относительная деформация которого равна величине |
Начальное равномерное относительное удлинение | Относительное удлинение, измеренное при действующем на образец напряжении, величина которого выше предела текучести, но не более чем на 20 Н/мм (2 кгс/мм) |
Конечное равномерное относительное удлинение | Относительное удлинение, измеренное в процессе ступенчатого (через 3% удлинения) нагружения образца в момент, когда различие между наибольшей и наименьшей шириной (-) участков на рабочей длине образца достигает минимального значения |
Начальная расчетная длина образца по тензометру | Длина рабочей части образца между ножами тензометра до испытания, равная базе тензометра (, ) |
Расчетная длина образца по тензометру при нагрузке | Длина расчетной части образца по тензометру при напряжении, величина которого выше предела текучести, но не более чем на 20 Н/мм (2 кгс/мм); |
Расчетная длина образца по тензометру при нагрузке | Длина расчетной части образца по тензометру при относительной деформации ; |
Осевая растягивающая нагрузка | Нагрузка, действующая на образец при достижении расчетной длины по тензометру |
Осевая растягивающая нагрузка | Нагрузка, действующая на образец при достижении расчетной длины по тензометру |
Ширина образца | Ширина рабочей части образца, равная среднему арифметическому значению измерений ширины всех участков, измеренная при относительной деформации |
Конечная ширина образца | Ширина рабочей части образца, равная среднему арифметическому значению измерений ширины, произведенных в сечениях, расположенных в средней части и на границах расчетной длины по тензометру при относительной деформации |
Максимальная ширина участка образца | Максимальная ширина участка рабочей части образца при относительной деформации |
Минимальная ширина участка образца | Минимальная ширина участка рабочей части образца при относительной деформации |
(Измененная редакция, Изм. N 2).
2. Характеристики , , определяют по формулам:
3. Округление характеристик , , производят в соответствии с таблицей.
Обозначение характеристики | Пределы значений | Округление |
Не ограничены | До 0,01 | |
Не ограничены | До 0,01 | |
Не более 20,0 | До 0,1 | |
Св. 20,0 | До 0,5 |
4. Пример.
Испытываемый материал — низкоуглеродистая тонколистовая сталь; = 40%, = 10%, = 17%.
Размеры образца: ширина = 12,5 мм, толщина = 0,8 мм, начальная расчетная длина мм, принимаем = 80 мм.
Определяем расчетные длины по тензометру:
=4·12,5=50 мм;
=50(1+0,01·10)=55 мм;
=50(1+0,01·17)=58,5 мм.
Начальную расчетную длину образца =80 мм разбиваем на 8 участков нанесением рисок через 10 мм.
Измеряем с помощью микрометра ширину рабочей части образца до испытания в средней части и на границах рабочей длины, определяем начальную ширину рабочей части образца , как среднее арифметическое из трех измерений:
мм.
Устанавливаем на образец тензометр и производим нагружение образца. При достижении по тензометру значения , равного 55 мм, фиксируем нагрузку , равную 3030 Н (310 кгс).
При дальнейшем нагружении образца фиксируем нагрузку , соответствующую расчетной длине = 3150 H (325 кгс). Определяем ширину участков образца и :
мм;
мм.
Получаем: = 11,37 мм, =11,30 мм.
Вычисляем коэффициент пластической анизотропии :
, после округления = 1,98.
Вычисляем показатель деформационного упрочнения :
Вычисляем неравномерность пластической деформации :
после округления = 5,7%.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (справочное). ПРОТОКОЛ испытаний на растяжение плоских образцов на машине
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное
Мар- | Номер плавки | Началь- | Началь- | Началь- | Конеч- | Наи- | Нагруз- | Времен- | Предел теку- | Относи- | Относи- |
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1993
Источник
12 мая 2016 г.
Центрально-растянутые элементы. Работа таких элементов под нагрузкой полностью соответствует диаграмме работы материала при растяжении.
Основная проверка для центрально-растянутых элементов — проверка прочности, относящаяся к первой группе предельных состояний.
Напряжения в центрально-растянутом элементе
σ=N / Aп ≤ Ryγc
где N— усилие в элементе от расчетных нагрузок; Aп — площадь поперечного сечения проверяемого элемента за вычетом ослаблений (площадь сечения нетто); Ry — расчетное сопротивление; γc — коэффициент условий работы.
Расчет по формуле выше предупреждает развитие пластических деформаций в ослабленном сечении элементов, выполненных из малоуглеродистых сталей и сталей повышенной прочности.
Расчет на прочность растянутых элементов конструкций из стали с отношением Ruγu > Ry эксплуатация которых возможна и после достижения металлом предела текучести, выполняют по формуле σ=N / Aп ≤ Ruγu / γuγn
где γu — коэффициент надежности при расчете по временному сопротивлению.
Кроме прочности растянутых элементов, необходимо обеспечить их достаточную жесткость, чтобы избежать повреждения элементов при перевозке и монтаже конструкций, а также в процессе их эксплуатации уменьшить провисание элементов от собственного веса и предотвратить вибрацию стержней при динамических нагрузках.
Для этой цели проверяют гибкость растянутых элементов, которая не должна превышать максимально допустимых значений [λ], приведенных в таблице ниже
λ = lef/i ≤ λ
где lef — расчетная длина элемента; i — радиус инерции сечения.
Предельные гибкости [λ] растянутых элементов
Элементы конструкций | Максимальная допускаемая гибкость | ||
в зданиях и сооружениях при нагрузках | в затворах ГТС | ||
статиче ских | динамических, приложенных непосредственно к конструкции | ||
1 | 2 | 3 | 4 |
Пояса и опорные раскосы плоских | |||
ферм | 400 | 250 | 250 |
Прочие элементы ферм | 400 | 350 | 350 |
Нижние пояса подкрановых балок | |||
и ферм | — | 150 | — |
Элементы продольных и поперечных связей в затворах ГТС | 150 | ||
Элементы вертикальных связей между колоннами (ниже подкрановых балок) | 300 | 300 | |
Прочие элементы связей | 400 | 400 | 400 |
Примечания. I. В сооружениях, не подвергающихся динамическим воздействиям. гибкость растянутых элементов проверяют только в вертикальной плоскости. 2. К динамическим нагрузкам, приложенным непосредственно к конструкциям, относятся нагрузки, принимаемые в расчетах на выносливость или в расчетах с учетом коэффициентов динамичности. 3. Для растянутых элементов, в которых при неблагоприятном расположении нагрузки может изменяться знак усилия, предельную гибкость принимают как для сжатых элементов; при этом соединительные прокладки в составных элементах следует устанавливать не реже чем через 40i
Центрально-сжатые элементы. Эти элементы рассчитывают по первой группе предельных состояний, при этом для коротких элементов, длина которых превышает наименьший поперечный размер не более чем в 5-6 раз, проверяют прочность по формуле выше, а для длинных гибких элементов — устойчивость по формуле
σ = N/φA = Ryγc/γn
где А — площадь поперечного сечения брутто; φ — коэффициент продольного изгиба, определяемый по таблице ниже по наибольшей гибкости λ или по формулам в зависимости от условной гибкости элемента; при 0 < λ ≤ 2,5:
Коэффициенты φ продольного изгиба центрально-сжатых стальных элементов
Гибкость элемента | Значения φ при Ry, МПа | |||||
200 | 240 | 280 | 320 | 360 | 400 | |
10 | 0,988 | 0,987 | 0,985 | 0,984 | 0,983 | 0,982 |
20 | 0,967 | 0,962 | 0,959 | 0,955 | 0,952 | 0,949 |
30 | 0,939 | 0,931 | 0,924 | 0,917 | 0,911 | 0,905 |
40 | 0.906 | 0,894 | 0,883 | 0,873 | 0,863 | 0,854 |
50 | 0,869 | 0,852 | 0,836 | 0,822 | 0,809 | 0,796 |
60 | 0,827 | 0,805 | 0,785 | 0,766 | 0,749 | 0,721 |
70 | 0,782 | 0,754 | 0,724 | 0,687 | 0,654 | 0,623 |
80 | 0,734 | 0,686 | 0,641 | 0,602 | 0,566 | 0,532 |
90 | 0,665 | 0,612 | 0,565 | 0,522 | 0,483 | 0,447 |
100 | 0,599 | 0,542 | 0,493 | 0,448 | 0,408 | 0,369 |
110 | 0,537 | 0,478 | 0,427 | 0,381 | 0,338 | 0,306 |
120 | 0,479 | 0,419 | 0,366 | 0,321 | 0,287 | 0,260 |
130 | 0,425 | 0,364 | 0,313 | 0,276 | 0,247 | 0,223 |
140 | 0,376 | 0,315 | 0,272 | 0,240 | 0,215 | 0,195 |
150 | 0,328 | 0,276 | 0,239 | 0,211 | 0,189 | 0,171 |
160 | 0,290 | 0,244 | 0,212 | 0,187 | 0,167 | 0,152 |
170 | 0,259 | 0,218 | 0,189 | 0,167 | 0,150 | 0,136 |
180 | 0,233 | 0,196 | 0,170 | 0,150 | 0,135 | 0,123 |
190 | 0,210 | 0,177 | 0,154 | 0,136 | 0,122 | 0,111 |
200 | 0,191 | 0,161 | 0,140 | 0,124 | 0,111 | 0,101 |
210 | 0,174 | 0,147 | 0,128 | 0,113 | 0,102 | 0,093 |
220 | 0,160 | 0,135 | 0,118 | 0,104 | 0,094 | 0,086 |
Коэффициенты μ для определения расчетных длин колонн и стоек постоянного сечения
Расчетная схема элемента | μ | Расчетная схема элемента | μ |
| 1 2 0,7 |
| 0,5 1,12 0,725 |
Учитывая традиционное соотношение размеров элементов в металлических конструкциях, основной является проверка устойчивости.
По формуле, выведенной Эйлером, потеря устойчивости центрально-сжатым элементом, шарнирно закрепленным по концам (основной случай), происходит при критической силе
Ncr = π2EImin / l2ef
где Е — модуль упругости; Imin — минимальный момент инерции поперечного сечения элемента; lef — расчетная длина стержня.
Соответственно критические напряжения
где imin= √Imin/A — минимальный радиус инерции.
Формула Эйлера выведена в предположении, что Е — величина постоянная, т. е. критические напряжения не превосходят предел пропорциональности материала. Для малоуглеродистых сталей, имеющих предел пропорциональности σel = 200 МПа, из формулы ниже можно получить наименьшую гибкость, при которой применима формула Эйлера:
Гибкость стержней не должна превышать предельных значений для сжатых элементов (таблица ниже).
Значения предельной допустимой гибкости [λ] для сжатых стержней
№ позиции | Элементы конструкций | λ |
1 | 2 | 3 |
1 | Пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции: а) плоских ферм и пространственных конструкций из труб или парных уголков высотой до 50 м; б) пространственных конструкций из одиночных уголков труб или парных уголков высотой более 50 м | 180-60α 120 |
2 | а) плоских ферм, сварных пространственных конструкций из одиночных уголков, пространственных конструкций из труб или парных уголков; б) пространственных конструкций из одиночных уголков с болтовыми соединениями | 210-60α 220-40α |
3 | Верхние пояса ферм, остающиеся незакрепленными в процессе монтажа | 220 |
4 | Основные колонны | 180-60α |
5 | Второстепенные колонны (стойки фахверка, фонарей и т. п.), элементы решетки колонн, элементы вертикальных связей между колоннами (ниже подкрановых балок) | 210-60α |
6 | Элементы связей (за исключением связей, указанных в п. 5), а также стержни, служащие для уменьшения расчетной длины сжатых стержней, и другие ненагруженные элементы | 200 |
7 | Сжатые и ненагруженные элементы пространственных конструкций таврового и крестового сечения, подверженные воздействию ветровых нагрузок, при проверке гибкости в вертикальной плоскости; элементы связей в затворах ГТС | 150 |
Примечание. α = N / φARyγc ≥ 0,5; в необходимых случаях вместо φ следует применять φе.
Проверка устойчивости центрально-сжатого элемента сводится к сравнению напряжений, равномерно распределенных по сечению, с критическим вычисленным с учетом случайных эксцентриситетов: σ=N/A ≤ σсr. Чтобы не вычислять каждый раз σсr для проверки устойчивости можно пользоваться формулой выше. Смысл коэффициента продольного изгиба φ состоит в том, что он уменьшает расчетное сопротивление до значений, обеспечивающих устойчивое равновесие стержня, т. е. до критического напряжения:
σсr = φ Ry или φ = σсrRy
С учетом влияния случайных эксцентриситетов
где σсr — критическое напряжение стержня, вычисленное по формуле Эйлера; σeсr — критическое напряжение стержня, сжимаемого силой, приложенной с возможным случайным эксцентриситетом е.
Источник