Сопротивление растяжению что это
14Ноя
By: Семантика
Без рубрики
Comment: 0
Содержание статьи
- Предел прочности
- Как производится испытание на прочность
- Виды ПП
- Предел прочности на растяжение стали
- Предел текучести и временное сопротивление
- Усталость стали
- Предел пропорциональности
- Как определяют свойства металлов
- Механические свойства
- Классы прочности и их обозначения
- Формула удельной прочности
- Использование свойств металлов
- Пути увеличения прочностных характеристик
При строительстве объектов обязательно необходимо использовать расчеты, включающие подробные характеристики стройматериалов. В обратном случае на опору может быть возложена слишком большая, непосильная нагрузка, из-за чего произойдет разрушения. Сегодня поговорим о пределе прочности материала при разрыве и натяжении, расскажем, что это такое и как работать с этим показанием.
Предел прочности
ПП – будем использовать это сокращение, а также можно говорить об официальном сочетании «временное сопротивление» – это максимальная механическая сила, которая может быть применена к объекту до начала его разрушения. В данном случае мы не говорим о химическом воздействии, но подразумеваем, что нагревание, неблагоприятные климатические условия, определенная среда могут либо улучшать свойства металла (а также дерева, пластмассы), либо ухудшать.
Ни один инженер не использует при проектировании крайние значения, потому что необходимо оставить допустимую погрешность – на окружающие факторы, на длительность эксплуатации. Рассказали, что называется пределом прочности, теперь перейдем к особенностям определения.
Как производится испытание на прочность
Изначально особенных мероприятий не было. Люди брали предмет, использовали его, а как только он ломался, анализировали поломку и снижали нагрузку на аналогичное изделие. Теперь процедура гораздо сложнее, однако, до настоящего времени самый объективный способ узнать ПП – эмпирический путь, то есть опыты и эксперименты.
Все испытания проходят в специальных условиях с большим количеством точной техники, которая фиксирует состояние, характеристики подопытного материала. Обычно он закреплен и испытывает различные воздействия – растяжение, сжатие. Их оказывают инструменты с высокой точностью – отмечается каждая тысячная ньютона из прикладываемой силы. Одновременно с этим фиксируется каждая деформация, когда она происходит. Еще один метод не лабораторный, а вычислительный. Но обычно математический анализ используется вместе с испытаниями.
Определение термина
Образец растягивается на испытательной машине. При этом сначала он удлиняется в размере, а поперечное сечение становится уже, а затем образуется шейка – место, где самый тонкий диаметр, именно здесь заготовка разорвется. Это актуально для вязких сплавов, в то время как хрупкие, к ним относится чугун и твердая сталь, растягиваются совсем незначительно без образования шейки. Подробнее посмотрим на видео:
Виды ПП
Временное сопротивление разрыву определяют по различным воздействиям, согласно этому его классифицируют по:
- сжатию – на образец действуют механические силы давления;
- изгибу – деталь сгибают в различные стороны;
- кручению – проверяется пригодность для использования в качестве крутящегося вала;
- растяжению – подробный пример проверки мы привели выше.
Предел прочности на растяжение стали
Стальные конструкции давно заменили прочие материалы, так как они обладают отличными эксплуатационными характеристиками – долговечностью, надежностью и безопасностью. В зависимости от применяемой технологии, он подразделяется на марки. От самой обычной с ПП в 300 Мпа, до наиболее твердой с высоким содержанием углерода – 900 Мпа. Это зависит от двух показателей:
- Какие способы термообработки применялись – отжиг, закалка, криообработка.
- Какие примеси содержатся в составе. Одни считаются вредными, от них избавляются для чистоты сплава, а вторые добавляют для укрепления.
Предел текучести и временное сопротивление
Новый термин обозначается в технической литературе буквой Т. Показатель актуален исключительно для пластичных материалов и обозначает, как долго может деформироваться образец без увеличения на него внешней нагрузки.
Обычно после преодоления этого порога кристаллическая решетка сильно меняется, перестраивается. Результатом выступают пластические деформации. Они не являются нежелательными, напротив, происходит самоупрочнение металла.
Усталость стали
Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.
Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.
Предел пропорциональности
Это показатель, определяющий длительность оказываемых нагрузок к деформации тела. При этом оба значения должны изменяться в разный степени по закону Гука. Простыми словами: чем больше оказывается сжатие (растяжение), тем сильнее деформируется образец.
Значение каждого материала находится между абсолютной и классической упругостью. То есть если изменения обратимы, после того как сила перестала действовать (форма стала прежняя – пример, сжатие пружины), то такие параметры нельзя называть пропорциональными.
Как определяют свойства металлов
Проверяют не только то, что называют пределом прочности, но и остальные характеристики стали, например, твердость. Испытания проводят следующим образом: в образец вдавливают шарик или конус из алмаза – наиболее прочной породы. Чем крепче материал, тем меньше след остается. Более глубокие, с широким диаметром отпечатки остаются на мягких сплавах. Еще один опыт – на удар. Воздействие оказывается только после заранее сделанного надреза на заготовке. То есть разрушение проверяется для наиболее уязвимого участка.
Механические свойства
Различают 5 характеристик:
- Предел прочности стали при растяжении и на разрыв это – временное сопротивление внешним силам, напряжение, возникающее внутри.
- Пластичность – это возможность деформироваться, менять форму, но сохранять внутреннюю структуру.
- Твердость – готовность встретиться с более твердым материалом и не получить значительных ущербов.
- Ударная вязкость – способность сопротивляться ударам.
- Усталость – длительность сохранения качеств под воздействием цикличных нагрузок.
Классы прочности и их обозначения
Все категории записаны в нормативных документах – ГОСТах, по ним все российские предприниматели изготавливают любой металлопрокат и прочие металлические изделия. Вот соответствие обозначения и параметра в таблице:
| Класс | Временное сопротивление, Н/мм2 |
| 265 | 430 |
| 295 | 430 |
| 315 | 450 |
| 325 | 450 |
| 345 | 490 |
| 355 | 490 |
| 375 | 510 |
| 390 | 510 |
| 440 | 590 |
Видим, что для некоторых классов остается одинаковыми показатели ПП, это объясняется тем, что при равных значениях у них может различаться текучесть или относительное удлинение. В зависимости от этого возможна различная максимальная толщина металлопроката.
Формула удельной прочности
R с индексом «у» – обозначение данного параметра в физике. Рассчитывается как ПП (в записи – R) поделенное на плотность – d. То есть этот расчет имеет практическую ценность и учитывает теоретические знания о свойствах стали для применения в жизни. Инженеры могут сказать, как меняется временное сопротивление в зависимости от массы, объема изделия. Логично, что чем тоньше лист, тем легче его деформировать.
Формула выглядит так:
Ry = R/d
Здесь будет логичным объяснить, в чем измеряется удельный предел прочности. В Н/мм2 – это вытекает из предложенного алгоритма вычисления.
Использование свойств металлов
Два важных показателя – пластичность и ПП – взаимосвязаны. Материалы с большим первым параметром намного медленнее разрушаются. Они хорошо меняют свою форму, подвергаются различным видам металлообработке, в том числе объемной штамповке – поэтому из листов делают элементы кузова автомобиля. При малой пластичности сплавы называют хрупкими. Они могут быть очень твердыми, но при этом плохо тянуться, изгибаться и деформироваться, например, титан.
Сопротивление
Есть два типа:
- Нормативное – прописано для каждого типа стали в ГОСТах.
- Расчетное – получается после вычислений в конкретном проекте.
Первый вариант скорее теоретический, для практических задач используется второй.
Пути увеличения прочностных характеристик
Есть несколько способов это сделать, два основных:
- добавка примесей;
- термообработка, например, закал.
Иногда они используются вместе.
Общие сведения о сталях
Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:
Также посмотрим более подробное видео:
Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:
Углерод
Чем больше углеродность вещества, тем выше твердость и меньше пластичность. Но в составе не должно быть более 1% химического компонента, так как большее количество приводит к обратному эффекту.
Марганец
Очень полезная добавка, но при массовой доле не более двух процентов. Обычно Mn добавляют для улучшения качеств обрабатываемости. Материал становится более подвержен ковке и свариванию. Это объясняется вытеснением кислорода и серы.
Кремний
Эффективно повышает прочностные характеристики, при этом не затрагивая пластичность. Максимальное содержание – 0,6%, иногда достаточно и 0,1%. Хорошо сочетается с другими примесями, в совокупности можно увеличить устойчивость к коррозии.
Азот и кислород
Если они попадают в сплав, но ухудшают его характеристики, при изготовлении от них пытаются избавиться.
Легирующие добавки
Также можно встретить следующие примеси:
- Хром – увеличивает твёрдость.
- Молибден – защищает от ржавчины.
- Ванадий – для упругости.
- Никель – хорошо влияет на прокаливаемость, но может привести к хрупкости.
Эти и другие химические вещества должны применяться в строгих пропорциях в соответствии с формулами. В статье мы рассказали про предел прочности (кратковременное сопротивление) – что это, и как с ним работать. Также дали несколько таблиц, которым можно пользоваться при работе. В качестве завершения, давайте посмотрим видеоролик:
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.
Источник
1)Сопротивление растяжению
При механических воздействиях стекла ведут себя не так, как например металлы, у которых при сжатии или растяжении сначала получаются пластические деформации, затем появляется текучесть и, наконец, происходит разрыв. У стекол почти отсутствует область текучести. Обладая высоким модулем упругости, стекло выдерживает только медленные и не очень сильные механические воздействия; при динамических или ударных нагрузках оно легко ломается.
Величина сопротивления растяжению является одним из важнейших свойств стекла, от которого зависит прочность стеклянных изделий.
При слишком быстром и неравномерном охлаждении в стекле возникают напряжения растяжения и сжатия. Величину этих напряжений в каждом отдельном случае необходимо учитывать в соответствии с величиной сопротивления растяжению. Для стеклянных изделий значительных размеров разрывающие напряжения считаются допустимыми, если их величина не превышает 1/5 прочности стекла на растяжение.
Прочность на растяжение промышленных стекол, в зависимости от состава, колеблется в пределах от 4 до 12 кг/мм2. Расхождение опытных данных с данными, полученными расчетным путем, весьма часто достигают ±20%. При испытании на разрыв на соответствующем приборе необходимо, чтобы усилие, приложенное к палочке стекла, было направлено точно вдоль ее оси, во избежание возникновения изгиба, ведущего к преждевременному разрушению образца. Необходимо также учитывать качество отжига стекла, так как только хорошо отожженные стекла дают сравнимые результаты.
Закаленное стекло имеет более высокие показатели сопротивления растяжению, чем отожженное стекло того же состава, так как в закаленном стекле преобладают напряжения сжатия, поэтому при разрыве образца необходимо преодолеть эти напряжения и лишь после этого приложенные растягивающие усилия начнут оказывать действие на образец.
Химический состав также имеет влияние на величину разрывающего усилия. Оказалось, что при замещении SiO2 окислами типа R2O повышается прочность, причем K2O оказывает большее влияние, чем Na2O. Окислы типа RO повышают сопротивление растяжению; при этом на первом месте стоит CaO, за ним следует BaO и PbO. Окиси магния и цинка оказывают меньшее влияние.
Хрупкий разрыв стеклообразных веществ. Наблюдения многих исследователей при испытании стеклянных палочек на разрыв, показали, что при рассмотрении поверхности разрыва стекла часто можно заметить две области; одна из них – зеркальногладкая, а другая – шероховатая, покрытая раковистыми извилинами, идущими от зеркальногладкого участка разрыва. Прочность образцов зависит от величины зеркальногладкой части поверхности. Результаты испытаний можно свести к следующему: относительная величина зеркальногладкой части образца тем больше, чем меньше прочность стекла на растяжение.
Поэтому зеркальная часть поверхности разрыва обладает весьма малой прочностью, и чтобы получить истинные значения прочности, необходимо действующую нагрузку относить не ко всему сечению образца S, как это принято в формуле:
(1)
где: P – разрывающее усилие в кг;
S – площадь поперечного сечения разорванного образца в мм2.
Таким образом, прочность на растяжение является постоянной величиной и отклонение от нее зависит только от дефектов, дающих на поверхности излома зеркальный разрыв.
2) Сопротивление сжатию
Сопротивление сжатию отожженных стеклянных образцов приблизительно в 15-16 раз выше, чем сопротивление растяжению, и в среднем составляет от 60 до 160 кг/мм2.
Сопротивления сжатию и растяжению являются для стекла свойствами, приблизительно аддитивными.
Стеклообразующие окислы по влиянию их на сопротивление сжатию располагают в следующем убывающем порядке:
Al2O3 SiO2, MgO, ZnO B2O3 Fe2O3 BaO, CaO, PbO, Na2O K2O.
Заключенные в рамки окислы приблизительно одинаково влияют на величину сопротивления сжатию.
3)Сопротивление изгибу
На величину сопротивления изгибу оказывает влияние целый ряд различных факторов. найдено, что прочность на изгиб понижается с увеличением продолжительности приложения нагрузки.
Таблица
Среднее сопротивление изгибу образцов стекла различной ширины в кг/мм2
| Стекло | Ширина образца в см | |
| Оконное | 6,05 | 4,47 |
| Зеркальное | 4,56 | 3,80 |
| Армированное | 4,08 | 3,13 |
Состав стекла оказывает существенное влияние на величину сопротивления изгибу. Экспериментальные данные дают возможность расположить стеклообразующие окислы по влиянию на сопротивление изгибу в следующем возрастающем порядке: CaO BaO PbO ZnO MgO B2O3 Fe2O3 SiO2 Al2O3.
Прочность на изгиб в лабораторных условиях определяется по формуле:
, (2)
где: W – разрушающая нагрузка в кг,
l – расстояние между опорами,
b – ширина образца,
d – толщина.
Модуль упругости
Модуль упругости стекла определяется путем измерения угла поворота стержня, покоящегося на двух опорах, или по величине стрелы прогиба стеклянной пластинки прямоугольного сечения.
В первом случае расчет ведут на основании данных, полученных опытным путем по следующей формуле:
(кг/мм2), (3)
где: P – нагрузка в кг,
l – расстояние между опорами в мм,
a – толщина пластинки в мм,
b – ширина пластинки в мм,
j — угол поворота.
Если же известна стрела прогиба стеклянной пластинки, то пользуются несколько видоизмененной формулой:
(кг/мм2),
где h – стрела прогиба в мм.
Для стекол различного состава величину модуля ориентировочно можно подсчитать по формуле:
где: е1, е2, е3,… еn – коэффициент для данного типа стекла;
х1, х2, х3,…хn – процентное содержание окислов.
Практическое значение модуля упругости заключается в том, что чем больше его численное значение, тем меньшую деформацию способен выдержать стеклянный образец, так как с увеличением Е соответственно возникают большие напряжения в образце. Таким образом, при постоянной деформации стекло тем прочнее, чем меньше модуль упругости.
Величина модуля упругости для наиболее ходовых стекол колеблется в пределах от 5000 до10000 кг/мм2.
Хрупкость
Тело считается хрупким, если разрушение его наступает немедленно после перехода за предел упругости. Стекло очень хрупко при обыкновенной температуре. Предел упругости для него настолько близок к разрушающему напряжению, что закон Гука действителен с большой точностью до момента разрушения.
Под понятием «хрупкость» принято подразумевать способность данного тела ломаться при некотором превышении предела упругости. Всякое упругое тело воспринимает удар, не изменяя своей формы до тех пор, пока не будет достигнут предел упругости.
Если силой удара преодолен предел упругости, то хрупкие тела будут ломаться, тогда как тела, пластически деформируемые, например, металлы, будут еще в течение более или менее значительного времени находится в так называемой стадии «текучести», пока не перейдут границу прочности.
Тела, приближающиеся к идеально хрупким, обладают особым свойством, которое заключается в том, что пределы упругости и прочности у них совпадают. У хрупкого тела отсутствуют пластические деформации.
Таким образом, если предел упругости и предел прочности лежат весьма близко друг от друга, то такое тело почти до разрушения будет испытывать лишь упругие деформации и его принято называть хрупким.
Твердость
Твердость стекла имеет большое практическое значение, в особенности при механической обработке его, как, например, при резке, шлифовке, полировке и сверлении.
Твердость стекла принято измерять величиной поверхностной энергии, характерной для каждого вещества. Известно, что частицы тела, находящиеся в пограничном слое, испытывают одностороннее давление, направленное внутрь данного вещества. Поэтому молекулы, находящиеся в поверхностном слое, обладают некоторым избытком свободной энергии по сравнению с внутренними. Избыток потенциальной энергии, отнесенный к единице поверхности, называется поверхностной энергией, или поверхностным натяжением.
Для определения твердости стекла пользуются методом затухающих колебаний маятника, предложенным В.Д. Кузнецовым. Этот метод благодаря простоте и точности широко применяется в лабораторной практике. Метод основан на следующем принципе: если одно тело обладает поверхностной энергией Э1, а второе Э2, причем Э1>Э2, то первое тело способно царапать второе, т. е. Оно будет тверже второго. Кроме приведенного метода измерения часто пользуются шкалой твердости, по которой твердость стекол лежит в пределах 4,5 и 7,0.
Источник