Разрушающее усилие при растяжении
1. Механические характеристики
Надёжность работы электрических машин, аппаратов и установок зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов. При рациональном выборе электротехнических материалов можно создать электрооборудование малых габаритов и массы, надёжное в эксплуатации. Но для этого необходимо знать свойства электротехнических материалов и их изменения под воздействием электрического напряжения, температуры и других факторов.
Величины, с помощью которых оценивают те или иные свойства материалов, называют характеристиками. Чтобы полностью оценить свойства того или иного электротехнического материала, необходимо знать его механические, электрические, тепловые и физико-химические характеристики. У магнитных материалов – магнитные.
К основным механическим характеристикам материала относятся:
- Разрушающее напряжение при растяжении δр,
- Разрушающее напряжение присжатии δс,
- Разрушающее напряжение при статическом изгибе δи,
- Ударная вязкость а
Разрушающее напряжение при растяжении δропределяют на образцах материала определенной формы, при которой обеспечивается равномерное распределение растягивающего усилия по площади сечения в средней части образца. Образец 2 утолщёнными концами закрепляют в стальных зажимах (захватах) 1 испытательной машины (рис). Нижний зажим машины неподвижен, а к другому прикладывают разрушающее (растягивающее) усилие Рр, которое плавно нарастает с определённой скоростью до момента разрыва образца.
Видео об испытании механических характеристик
Рассчитывается по формуле: δр = (Мпа)
где Р – разрушающее усилие при разрыве образца, Н; S площадь поперечного сечения образца до испытания, м2.
Разрушающее напряжение при сжатии δс, определяется на образцах, имеющих форму цилиндра или куба. Так, у формованных и прессованных пластмасс эта характеристика определяется на образцах, представляющих собой сплошные цилиндры высотой 15 мм и диаметром 10 мм.
Образец располагают между стальными плитами испытательного пресса, к которым прикладывают сжимающую нагрузку. Последнюю повышают с определенной скоростью до момента разрушения образца.
Рассчитывается по формуле: δc = (Мпа)
где Р – разрушающее усилие при разрыве образца, Н; S площадь поперечного сечения образца до испытания, м2.
Разрушающее напряжение при статическом изгибе δи определяется на образцах, представляющих собой бруски прямоугольного сечения. Образец 2 материала (рис) помещают в испытательную машину, где он своими концами свободно опирается на две стальные опоры 3. Изгибающее усилие Ри прикладываемое к середине образца 2 через стальной наконечник 1, плавно увеличивают и доводят до величины, при которой происходит разрушение образца.
Рассчитывается по формуле: δи = 1,5 Ри L / (b h)2 (Мпа)
где Ри – изгибающее усилие, Н; L – расстояние между стальными опорами в испытательной машине, м; b и h – ширина и толщина образца м.
Ударная вязкость — α –характеризуется способностью материала сопротивляться ударным нагрузкам и определяется отношением работы ∆А, затраченной на разрушение образца, к площади его первоначального сечения Sо:
α = ∆ А/ Sо (Дж/м2)
Чем меньше ударная вязкость, тем более хрупок данный материал.
Источник
ГОСТ ИСО 1924-1-96
Группа К69
МКС 85.060
ОКСТУ 5409
Дата введения 2000-01-01
1 РАЗРАБОТАН Международным техническим комитетом МТК 144, Украинским государственным научно-исследовательским институтом целлюлозно-бумажной промышленности (УкрНИИБ)
ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации
2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 9 МГС от 12 апреля 1996 г.)
За принятие проголосовали:
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Республика Беларусь | Госстандарт Беларуси |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Республика Молдова | Молдовастандарт |
Республика Таджикистан | Таджикгосстандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Туркменистан | Главная государственная инспекция Туркменистана |
Узбекистан | Узгосстандарт |
Украина | Госстандарт Украины |
3 Настоящий стандарт содержит полный аутентичный текст ИСО 1924-1-83 «Бумага и картон. Определение прочности при растяжении. Часть 1. Метод нагружения с постоянной скоростью» с дополнениями, отражающими потребности экономики страны, внесенными в раздел 2, пункты 3.1-3.4; 5.1; 5.3-5.6; 6.2; раздел 7; пункт 9.2; раздел 10, которые в тексте выделены курсивом
4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 12 апреля 1999 г. N 122 Межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 1924-1-96 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 2000 г.
5 ВЗАМЕН ГОСТ 13525.1-79 в части бумаги и картона
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на бумагу и картон и устанавливает метод определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении с постоянной скоростью.
Метод определения прочности при растяжении регламентирует прибор, на котором нагружают испытуемый образец с постоянной скоростью так, чтобы разрушение произошло в течение (20±5) с.
Стандарт предназначен для общего применения и не ограничивает типы приборов для испытания, которые позволяют нагружать образец с постоянной скоростью.
Стандарт не распространяется на гофрированный картон.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 8047-93 (ИСО 186-85) Бумага и картон. Правила приемки. Отбор проб для определения среднего качества
ГОСТ 13199-94 Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения массы продукции площадью 1 м
___________________
* В Указателе «Национальные стандарты» за 2006 год, как действующий на территории Российской Федерации, приводится ГОСТ 13199-88. — Примечание «КОДЕКС».
ГОСТ 13523-78 Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод кондиционирования образцов
ГОСТ 24104-88 Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия**
__________________
* Действует ГОСТ 24104-2001, здесь и далее. — Примечание «КОДЕКС».
ГОСТ 27015-86 Бумага и картон. Методы определения толщины, плотности и удельного объема
3 Определения
В настоящем стандарте применяют следующие термины и определения.
3.1 Разрушающее усилие () — максимальная сила, выдерживаемая образцом до разрушения в условиях, установленных в настоящем стандарте.
3.2 Прочность при растяжении () — максимальная сила, выдерживаемая образцом до разрушения в условиях, установленных этим стандартом, разделенная на ширину испытуемого образца.
3.3 Предел прочности при растяжении () — отношение силы, вызывающей разрыв испытуемого образца в условиях, установленных в настоящем стандарте, к площади поперечного сечения этого образца.
3.4 Разрывная длина () — расчетная длина полоски бумаги или картона определенной равномерной ширины, которая, будучи подвешенной за один конец, разрывается под действием собственной массы.
3.5 Индекс прочности при растяжении () — отношение прочности при растяжении к массе 1 м.
3.6 Удлинение в момент разрушения () — увеличение длины образца при растяжении, измеренное в момент разрушения в условиях, установленных в настоящем стандарте.
Относительное удлинение () — отношение удлинения в момент разрушения к первоначальной длине образца между кромками зажимов.
4 Сущность метода
Сущность метода заключается в определении силы, вызывающей разрушение образца и его удлинение до момента разрыва при постоянной скорости нагружения.
Используя результаты испытания и значения массы 1 м и толщины бумаги или картона, рассчитывают предел прочности при растяжении, разрывную длину и индекс прочности при растяжении.
5 Аппаратура
5.1 Разрывная машина любой системы, способная растягивать испытуемый образец с определенной скоростью и позволяющая измерять значение разрушающего усилия в момент разрыва образца с относительной погрешностью ±1%, а удлинение — с абсолютной погрешностью ±0,5 мм при нагрузке до 300 Н и ±1 мм при нагрузке свыше 300 Н.
Скорость нагружения должна регулироваться таким образом, чтобы разрушение испытуемого образца происходило за (20±5) с.
Примечания
1 Допускается для ускорения испытания разрушение образца проводить за (10±5) с. Значения результатов испытания будут на 2% выше по сравнению с описанным методом.
2 Разрывную машину маятникового типа следует отрегулировать так, чтобы угол отклонения маятника не превышал 50°.
5.2 Нож с ограничителем для нарезания образцов требуемой ширины, обеспечивающий параллельность сторон.
5.3 Секундомер с погрешностью измерения не более 0,1 с.
5.4 Толщиномер по ГОСТ 27015.
5.5 Весы лабораторные рычажные с наибольшим пределом взвешивания 200 г, с погрешностью взвешивания не более 0,001 г по ГОСТ 24104.
5.6 Штангенциркуль по ГОСТ 166 с диапазоном измерения 0-100 мм и значением отсчета по нониусу 0,1 мм, класс точности 1.
6 Отбор проб
6.1 Отбор проб для испытания — по ГОСТ 8047.
6.2 Для испытания бумаги и картона от выборки произвольно отбирают десять листов.
7 Кондиционирование
Листы проб кондиционируют по ГОСТ 13523. Режим и продолжительность кондиционирования — по нормативной документации на продукцию.
8 Подготовка образцов
Подготовку образцов производят в тех же условиях, что и кондиционирование.
Для расчета разрывной длины, индекса прочности при растяжении или предела прочности при растяжении определяют массу 1 м испытуемой бумаги (картона) по ГОСТ 13199 и толщину по ГОСТ 27015.
Из листов пробы, отобранных согласно разделу 6, готовят образцы для испытания. Образцы вырезают на расстоянии не менее 15 мм от края листа.
Испытуемый образец не должен иметь морщин, видимых трещин и водяных знаков. Наличие водяных знаков отмечают в протоколе.
Из отобранных листов пробы вырезают не менее 10 образцов в машинном и не менее 10 — в поперечном направлениях (9.2).
Образцы должны быть с параллельными сторонами с допустимым отклонением от параллельности, не превышающим ±0,1 мм, ровными и неповрежденными.
Примечание — Некоторые виды бумаги (например, санитарно-гигиеническая, конденсаторная и др.) чисто нарезать трудно. В таких случаях пакет из 2-3 листов этой бумаги перекладывают листами более жесткой бумаги (например, бумаги для документов) и нарезают образцы с этого пакета.
Ширина испытуемых образцов должна быть: (15,0) мм;
(25,0) мм; (50,0) мм.
Примечание — Выбор ширины образцов зависит от ширины зажимов используемого прибора, вида испытуемого материала и указаний в нормативной документации на продукцию.
Длина образца должна быть не менее 250 мм, чтобы его можно было закрепить в зажимах, не касаясь руками испытуемой части.
Примечание — Если размеры листов изделия (например, для санитарно-гигиенической бумаги и др.) менее 180 мм, то нарезают образцы такой длины, какую позволяет изделие, и отмечают это в протоколе испытаний.
9 Проведение испытания
9.1 Проверка (калибровка) прибора
Прибор проверяют и настраивают в соответствии с инструкцией изготовителя.
Метод проверки заключается в подвешивании грузов к зажиму, приводящему в движение механизм, фиксирующий нагрузку при нормальных условиях работы прибора. Показания шкалы снимают при уравновешивании системы за то же время, что и реальное испытание. Проверяют работу механизма, фиксирующего нагрузку, отсутствие зашкаливания, толчков, трения. При выявлении погрешности более 1% используют корректирующую поправочную кривую.
Проверку механизма, фиксирующего удлинение образца, производят штангенциркулем по всей шкале удлинения. Строят поправочную (корректирующую) кривую соотношения движения зажимов и показаний удлинения по шкале.
9.2 Испытание
Испытание проводят в тех же климатических условиях, в которых выдерживались образцы.
Если нет других указаний, то измерение разрушающего усилия каждого образца выполняют согласно инструкции изготовителя применяемого прибора.
Проверяют нулевое положение измерительных устройств.
Расстояние между зажимами устанавливают в зависимости от длины образца с предельным отклонением ±1 мм.
Сжимающие поверхности зажимов (плоские зажимы) или линии контактов (зажимы с контактными линиями) должны находиться в одной плоскости и должны быть отрегулированы таким образом, чтобы образец удерживался в течение всего испытания в этой плоскости.
Кромки зажимов, сжимающие испытуемый образец, должны быть в процессе всего испытания перпендикулярны к направлению прикладываемой силы и испытуемой части образца с предельным отклонением ±1°.
Образец устанавливают по длине верхнего зажима и закрепляют, не касаясь руками испытуемой его части. Образец выравнивают так, чтобы не было провисания и деформации, и закрепляют в нижнем зажиме, чтобы не было выскальзывания. При правильном закреплении образца края его расположены параллельно направлению прилагаемой силы.
Примечание — Для бумаги с небольшой массой 1 м (например, санитарно-гигиенической, конденсаторной и др.) к нижнему концу испытуемого образца прикрепляется легкий груз массой от 5 до 10 г. Чтобы не нарушать структуру образца, груз крепят с помощью специального зажима.
Предварительным испытанием подбирают скорость нагружения образца, чтобы разрыв образца произошел через (20±5) с.
Фиксируют силу, приложение которой вызвало разрыв образца, и удлинение в момент разрушения.
При определении разрывной длины необходимо разорвавшийся образец срезать у кромки зажимов. Срезанные остатки всех образцов взвешивают вместе с погрешностью не более 0,001 г.
Испытывают десять образцов в машинном и десять — в поперечном направлениях. Результаты испытания образцов, разрыв которых произошел на расстоянии менее 10 мм от кромки зажима, не учитывают.
Если более 20% испытуемых образцов разрывается на расстоянии менее 10 мм от кромки зажима, то все результаты следует считать недостоверными, а прибор необходимо проверить по всем параметрам и привести в рабочее состояние в соответствии с разделом 5 и пунктом 9.1.
Повторно испытывают образцы, вырезанные из тех же листов пробы.
10 Обработка результатов
10.1 Расчет
Результаты для машинного и поперечного направлений определяют и записывают отдельно.
10.2 Обозначения
— масса образца (среднее арифметическое значение массы всех испытуемых образцов, срезанных между кромками зажимов), мг;
— разрывная длина, км;
— масса 1 м, г/м;
— прочность при растяжении, кН/м;
— длина испытуемого образца между зажимами, мм;
— ширина испытуемого образца, мм;
— разрушающее усилие, Н;
— индекс прочности при растяжении, Н·м/г;
— предел прочности при растяжении, МПа;
— толщина испытуемого образца, мм;
— относительное удлинение в момент разрушения, %;
— удлинение, мм.
10.3 Разрушающее усилие при растяжении , H, определяется средним арифметическим значением результатов десяти измерений в машинном или десяти — в поперечном направлении либо средним арифметическим для обоих направлений, либо другим значением в зависимости от того, как показатель нормируется в нормативной документации на продукцию.
Разрушающее усилие выражают числом, округленным до:
0,1 Н при до 50,0 Н;
1 Н при
св. 50 до 500 Н;
5 Н при
св. 500 до 1000 Н;
10 Н при
св. 1000 Н.
Относительная погрешность определения разрушающего усилия при растяжении не превышает ±4% при доверительной вероятности 0,95.
10.4 Прочность при растяжении вычисляют по формуле
. (1)
Результат округляют до трех значащих цифр.
Примечание — Для бумаги с небольшой массой 1 м (например, конденсаторной, санитарно-гигиенической и др.) рекомендуется результаты прочности при растяжении выражать в ньютонах на метр.
Рассчитывают среднее квадратическое отклонение результатов.
10.5 Предел прочности при растяжении вычисляют по формуле
. (2)
Результат округляют до 1 МПа.
Относительная погрешность определения предела прочности при растяжении не превышает ±10% при доверительной вероятности 0,95.
10.6 Разрывную длину вычисляют по формуле
, (3)
или
. (4)
В качестве альтернативы разрывную длину рассчитывают по формуле
. (5)
Примечание — Для прибора, откалиброванного в единицах килограмм-силы, разрывную длину вычисляют по формуле
. (6)
Результат округляют до трех значащих цифр.
Относительная погрешность определения разрывной длины не превышает ±5% при доверительной вероятности 0,95.
10.7 Индекс прочности при растяжении вычисляют по формуле
. (7)
Результат округляют до трех значащих цифр. Индекс прочности можно вычислить также по формуле
. (8)
10.8 Относительное удлинение в момент разрушения вычисляют по формуле
. (9)
Результат округляют до 0,1%.
Относительная погрешность определения удлинения в момент разрушения не превышает ±20% при доверительной вероятности 0,95.
11 Показатели точности
Для результатов испытания, каждый из которых состоит в среднем из десяти определений, принимают следующие показатели точности:
11.1 Сходимость
Из 95% доверительной вероятности для двух параллельных испытаний в одной лаборатории сходимость результатов для различных видов бумаги составляет от 2,5% до 8,0%, а в среднем значение сходимости составляет 4,2%.
11.2 Воспроизводимость
Из 95% доверительной вероятности воспроизводимость результатов испытаний в двух разных лабораториях для различных видов бумаги составляет от 7% до 33%, а в среднем значение воспроизводимости составляет 14%.
12 Протокол испытания
В протоколе испытаний указывают следующие данные:
— ссылку на настоящий стандарт;
— точную информацию об испытуемом образце;
— дату и место испытания;
— условия кондиционирования;
— направление нарезания образцов бумаги и картона;
— ширину испытуемого образца;
— длину испытуемого образца;
— среднее значение времени до разрыва;
— число испытуемых образцов;
— количество результатов испытаний;
— значение прочности при растяжении;
— разрывную длину (в случае необходимости);
— индекс прочности при растяжении (в случае необходимости);
— значение относительного удлинения в момент разрушения (в случае необходимости);
— предел прочности при растяжении (в случае необходимости);
— толщину испытуемого образца;
— среднее квадратическое отклонение результатов прочности при растяжении и удлинения в момент разрушения;
— массу 1 м испытуемого материала (если определялась);
— любое отклонение от настоящего стандарта и обстоятельства, которые могут повлиять на результаты.
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999
Источник
2.4. РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ Основной задачей расчета конструкции на растяжение является обеспечение ее прочности в условиях эксплуатации. Условие прочности – оценка прочности элемента конструкции, сводящаяся к сравнению расчетных напряжений с допускаемыми: σ≤рσ[р ]; σ с ≤[ с],σ (2.9) где σр и σс – наибольшие расчетные растягивающие и сжимающие напряжения; [σр] и [σс] – допускаемые напряжения при растяжении и сжатии. Допускаемое напряжение – наибольшее напряжение, которое можно допустить в элементе конструкции при условии его безопасной, долговечной и надежной работы: Здесь σпред – предельное напряжение (состояние), при котором конструкция перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям; им мо- гут быть предел текучести, предел прочности, предел выносливости, пре- дел ползучести и др. Для конструкций из пластичных материалов при определении допускаемых напряжений используют предел текучести σт (рис. 2.4, а). Это связано с тем, что в случае его превышения деформации резко возрастают при незначительном увеличении нагрузки и конструкция перестает удовлетворять условиям эксплуатации. Допускаемое напряжение в этом случае определяют как Для хрупких материалов (чугун, бетон, керамика) где σвр и σвс – пределы прочности при растяжении и сжатии (рис. 2.4, б). Здесь [n] – нормативный коэффициент запаса прочности. В зависимости от той предельной характеристики, с которой сравнивают расчетное напряжение σ, различают [nт] – нормативный коэффициент запаса прочности по отношению к пределу текучести σт и [nв] – нормативный коэффициент запаса прочности по отношению к пределу прочности σв. Запас прочности – отношение предельно допустимой теоретической нагрузки к той нагрузке, при которой возможна безопасная работа конструкции с учетом случайных перегрузок, непредвиденных дефектов и недостоверности исходных данных для теоретических расчетов. Нормативные коэффициенты запаса прочности зависят: − от класса конструкции (капитальная, временная), − намечаемого срока эксплуатации, − условий эксплуатации (радиация, коррозия, загнивание), − вида нагружения (статическое, циклическое, ударные нагрузки) − неточности задания величины внешних нагрузок, − неточности расчетных схем и приближенности методов расчета − и других факторов. Нормативный коэффициент запаса прочности не может быть единым на все случаи жизни. В каждой отрасли машиностроения сложились свои подходы, методы проектирования и приемы технологии. В изделиях общего машиностроения принимают [nт] = 1,3 – 2,2; [nв] = 3 – 5. Вероятность выхода из строя приближенно можно оценить с помощью коэффициента запаса в условии прочности: n = 1 соответствует вероятности невыхода из строя 50 %; n = 1,2 соответствует вероятности невыхода из строя 90 %; n = 1,5 соответствует вероятности невыхода из строя 99 %; n = 2 соответствует вероятности невыхода из строя 99,9 %. Для неответственных деталей n = 2 много. Для ответственных – мало. Так для каната подъемного лифта это означает на 1000 подъемов одно падение. При расчете конструкций на прочность встречаются три вида задач, которые вытекают из условия прочности а) поверочный расчет (проверка прочности). Известны усилие N и площадь A. Вычисляют σ = N/A и, сравнивая его с предельным σт или σв (для пластичного и хрупкого материалов соответственно), находят фактический коэффициент запаса прочности который затем сопоставляют с нормативным [n]; б) проектный расчет (подбор сечения). Известны внутреннее усилие N и допускаемое напряжение [σ]. Определяют требуемую площадь поперечного сечения стержня в) определение грузоподъемности (несущей способности). Известны площадь А и допускаемое напряжение [σ]. Вычисляют внутреннее усилие N≤N[ ] = ⋅[σ]A, (2.15) а затем в соответствие со схемой нагружения – величину внешней нагрузки F ≤ [F].
Источник