Модуль упругости стали с235: Марка стали С235. Характеристики, расшифровка, цены и аналоги

Содержание

Модуль упругости стали с235

Углеродистая сталь марки С235 выпускается по ГОСТ 27772 «ПРОКАТ для строительных стальных конструкций. Общие технические условия».

Химический состав

Химический состав стали С235 по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, приведенным в табл. 1 (табл. 1-2 ГОСТ 27772-88).

Химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы
углерода марганца кремния серы фосфора хрома никеля меди мышьяка
Массовая доля элемента, %, не более
0,22 0,60 0,05 0,050 0,040 0,30 0,08
Предельные отклонения по массовой доле элементов, %
+0,050 +0,006

Примечание: При выплавке стали из керченских руд массовая доля мышьяка – не более 0,15 %.

Допускается обработка стали синтетическими шлаками, вакуумирование, продувка аргоном, модифицирование стали кальцием и редкоземельными элементами из расчета введения в металл не более 0,02 % кальция и 0,05 % редкоземельных элементов (п. 2.10 ГОСТ 27772-88).

Допускается химический анализ стали на содержание хрома, никеля, меди, мышьяка и кремния изготовителю не проводить. Требуемый химический состав гарантируются изготовителем. В стали, выплавляемой из керченских руд, определение мышьяка обязательно (п. 2.13.1 ГОСТ 27772-88).

Свариваемость стали гарантируется изготовителем (п. 2.18 ГОСТ 27772-88).

Механические свойства

Механические свойства фасонного и листового проката из стали С235 при растяжении, ударная вязкость, а также условия испытаний на изгиб должны соответствовать требованиям табл.2 (табл. 3-4, п. 2.7 ГОСТ 27772-88).

Механические свойства проката из стали С235
Толщина,
полки,мм
Механические характеристики Изгиб до параллельности сторон ( а – толщина образца, d – диаметр оправки) Ударная вязкость KCU , Дж/см² (кгс·м/см²)
Предел текучести σ т, МПа (кгс/мм²) Временное сопротивление σв, МПа (кгс/мм²) Относительное удлинение δ5, % при температуре −20°С после механи-ческого старения
не менее не менее
Механические свойства фасонного проката
От 4 до 20 включ. 235 (24) 360 (37) 26 d = a
Св. 20 до 40 включ. 225 (23) 25 d = 2 a
Механические свойства листового и широкополосного универсального проката
От 2 до 3,9 включ. 235 (24) 360 (37) 20 d = a
От 4 до 20 включ. 26 d = 1,5 a
От 20 до 40 включ. 225 (23) d = 2 a
От 40 до 100 включ. 215 (22) 24
Св. 100 195 (20) d = 2,5 a

Для листового проката толщиной 4-8 мм норма относительного удлинения δ5 = 24 % (п. 2.21 ГОСТ 27772-88).

Расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката из стали марки С235 по ГОСТ 27772–88 для стальных конструкций зданий и сооружений следует принимать по табл. 3 (табл. 51 прил. 1 СНиП II -23-81)

Расчетные сопротивления проката из стали С235
Толщина проката¹, мм Расчетное сопротивление², МПа (кгс/см²), проката
листового, широкополосного универсального фасонного
Ry Ru Ry Ru
От 2 до 20 230 (2350) 350 (3600) 230 (2350) 350 (3600)
Св. 20 до 40 220 (2250) 220 (2250)
Св. 40 до 100 210 (2150)
Св. 100 190 (1950)
  1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).
  2. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений (предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772–88) на коэффициент надежности по материалу γm=1,025 (п. 3.2 СНиП II -23-81), с округлением до 5 МПа (50 кгс/см²).

Маркировка

Маркировку фасонного проката из стали С235 проводят несмываемой краской желтого и коричневого цвета (п. 2.28.1 ГОСТ 27772-88).

Аналоги стали марки С235

Углеродистой стали С235 по ГОСТ 27772-88 соответствуют углеродистые стали следующих марок:

  • Ст3кп2 по ГОСТ 380 и ГОСТ 535 (прил. 1 ГОСТ 27772-88)
  • ВСт3кп2 по ГОСТ 380-71 (табл. 51б прил. 1 СНиП II -23-81)
  • ВСт3кп2-1 по ТУ 14-1-3023–80 (табл. 51б прил. 1 СНиП II -23-81)
  • 18кп по ГОСТ 23570–79 (табл. 51б прил. 1 СНиП II -23-81)
  • Е 235-А и Fe 360-A по ISO 630:1995 (прил. А ГОСТ 380-2005)

Мы изготавливаем следующие типовые металлоизделия:

Лестницы маршевые, площадки, лестницы стремянки и их ограждения по серии 1.450.3-7.94.2:

Лестницы маршевые, площадки, лестницы стремянки и их ограждения по серии 1.450.3-3.2:

Стальные лестницы-стремянки для колодцев по:

  • серии 3.902-8
  • серии 3.903 КЛ-13 (колодцы камер тепловых сетей)
  • ТПР 901-09-11.84 (водопроводные лестницы)
  • ТПР 902-09-22.84 (канализационные лестницы)
  • ТМП 902-09-46.88 (колодцы дождевой (ливневой) канализации)
    Аналогичная продукция
  • Углеродистая сталь С245 по ГОСТ 27772
  • Углеродистая сталь С255 по ГОСТ 27772
  • Сталь С345 повышенной прочности по ГОСТ 27772
ГРУППЫ входные КОЗЫРЬКИ и навесы ЛЕСТНИЦЫ интерьерные ЛЕСТНИЦЫ маршевые и площадки ОГРАЖДЕНИЯ лестничные (ПЕРИЛА) ДВЕРИ входные стальные РЕШЕТКИ металлические на окна СТЕЛЛАЖИ складские ДЕКОРАЦИИ театральной сцены ЗАБОРЫ и ограды
ВОРОТА распашные КОЛОННЫ сварные ФЕРМЫ сварные БАЛКИ сварные КАРКАСЫ арматурные

Если Вас заинтересовали наши металлоконструкции,
Вы можете отправить нам сообщение,
заполнив следующую форму:

Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

Общее понятие

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

Дополнительные характеристики механических свойств

Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

  • Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
  • Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
  • Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
  • Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
  • Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
  • Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

Значение модуля упругости

Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

Некоторые упруго – пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгссм2) некоторых материалов:

  • Чугун белый – 1,15.
  • Чугун серый -1,16.
  • Латунь – 1,01.
  • Бронза – 1,00.
  • Кирпичная каменная кладка – 0,03.
  • Гранитная каменная кладка – 0,09.
  • Бетон – 0,02.
  • Древесина вдоль волокон – 0,1.
  • Древесина поперек волокон – 0,005.
  • Алюминий – 0,7.

Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки:

  • Стали конструкционные высокого качества (20, 45) – 2,01.
  • Стали обычного качества (Ст.3, Ст.6) – 2,00.
  • Стали низколегированные (30ХГСА, 40Х) – 2,05.
  • Стали нержавеющие (12Х18Н10Т) – 2,1.
  • Стали штамповые (9ХМФ) – 2,03.
  • Стали пружинные (60С2) – 2,03.
  • Стали подшипниковые (ШХ15) – 2,1.

Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката:

  • Проволока высокой прочности – 2,1.
  • Плетенный канат – 1,9.
  • Трос с металлическим сердечником – 1,95.

Как видим, отклонения между сталями в значениях модулей упругой деформации имеют небольшую величину. Поэтому в большинстве инженерных расчетов можно пренебречь погрешностями и брать значение Е=2,0.

Опубликовал admin | Дата 18 Ноябрь, 2016

Необходимо проверить сечение колонны, выполненной из двутавра 20К1 по СТО АСЧМ 20-93 из стали С235.

Сжимающее усилие: N=600кН.

Высота колонны: L=4,5м.

Решение.
Расчетное сопротивление стали С235: Ry=230Н/мм 2 = 23,0 кН/см 2 .
Модуль упругости стали С235: Е=2,06х10 5 Н/мм 2 .
Коэффициент условия работы для колонн общественных зданий при постоянной нагрузке γc= 0,95.
Площадь сечения элемента находим по сортаменту для двутавра 20К1: А=52,69 см 2 .
Радиус инерции сечения относительно оси х, так же по сортаменту: ix=4,99 см.
Радиус инерции сечения относительно оси y, так же по сортаменту: iy=8,54 см.
Расчетная длина колонны определяем по формуле:
lef,x = μxlx = 1,0*4,5 = 4,5 м;
lef,y = μyly = 1,0*4,5 = 4,5 м.
Гибкость сечения относительно оси x: λx = lx/ix = 450/4,99 = 90,18.
Гибкость сечения относительно оси y: λy = ly/iy = 450/8,54 = 52,69.
Предельно допустимая гибкость для сжатых элементов (пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции: пространственных конструкций из одиночных уголков, пространственных конструкций из труб и парных уголков св. 50м) λu = 120.
Проверка условий: λx 5 ) = 3,01.
Коэффициент α и β принимается по типу сечения, для двутавра α = 0,04; β = 0,09.
Коэффициент δ = 9,87(1-α+β*λ’)+λ’ 2 = 9,87(1-0,04+0,09*3,01)+3,01 2 = 21,2.
Коэффициент устойчивости определяем по формуле:
φ = 0,5(δ-√(δ 2 -39,48λ’ 2 )/λ’ 2 = 0,5(21,2-√(21,2 2 -39,48*3,01 2 )/3,01 2 = 0,643.
Коэффициент φ также можно принимать по таблице по типу сечения и λ’.
Проверка условия: N/φARyγc ≤ 1,
600,0/(0,643*52,69*23,0*0,95) = 0,81 ≤ 1.
Поскольку расчет производился по максимальной гибкости относительно оси х проверку относительно оси y производить нет необходимости.

Примеры:

Модуль упругости стали в кгссм2, примеры

Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

Общее понятие

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

Дополнительные характеристики механических свойств

Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

    Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.

Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.

Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.

Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.

Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.

Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

Значение модуля упругости

Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

Некоторые упруго — пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгссм2) некоторых материалов:

    Чугун белый – 1,15.

Чугун серый -1,16.

Кирпичная каменная кладка – 0,03.

Гранитная каменная кладка – 0,09.

Древесина вдоль волокон – 0,1.

Древесина поперек волокон – 0,005.

Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки:

    Стали конструкционные высокого качества (20, 45) – 2,01.

Стали обычного качества (Ст.3, Ст.6) — 2,00.

Стали низколегированные (30ХГСА, 40Х) – 2,05.

Стали нержавеющие (12Х18Н10Т) – 2,1.

Стали штамповые (9ХМФ) – 2,03.

Стали пружинные (60С2) – 2,03.

Стали подшипниковые (ШХ15) – 2,1.

Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката:

    Проволока высокой прочности – 2,1.

Плетенный канат – 1,9.

Трос с металлическим сердечником – 1,95.

Как видим, отклонения между сталями в значениях модулей упругой деформации имеют небольшую величину. Поэтому в большинстве инженерных расчетов можно пренебречь погрешностями и брать значение Е=2,0.

Рейтинг: 0/5 — 0
голосов

Модули упругости и коэффициенты Пуассона для некоторых материалов 013

Материал Модули упругости, МПа

Пуассона

Модуль Юнга
E Модуль сдвига
G Чугун белый, серый

Чугун ковкий

(1,15…1,60)·10 5

1,55·10 5

4,5·10 4 0,23…0,27 Сталь углеродистая

Сталь легированная

(2,0…2,1)·10 5

(2,1…2,2)·10 5

(8,0…8,1)·10 4

(8,0…8,1)·10 4

0,24…0,28

0,25…0,30

Медь прокатная

Медь литая

1,1·10 5

0,84·10 5

4,0·10 4 0,31…0,34 Бронза фосфористая катаная

Бронза марганцовистой катаная

Бронза алюминиевая литая

1,15·10 5

1,05·10 5

4,2·10 4

4,2·10 4

0,32…0,35 Латунь холоднотянутая

Латунь корабельная катаная

(0,91…0,99)·10 5

1,0·10 5

(3,5…3,7)·10 4 0,32…0,42 Алюминий катаный

Проволока алюминиевая тянутая

Дюралюминий катаный

0,69·10 5

0,71·10 5

(2,6…2,7)·10 4

2,7·10 4

0,32…0,36 Цинк катаный 0,84·10 5 3,2·10 4 Свинец 0,17·10 5 0,7·10 4 0,1·10 5 (0,28…0,3)·10 4 Стекло 0,56·10 5 0,22·10 4 Гранит 0,49·10 5 Известняк 0,42·10 5 Мрамор 0,56·10 5 Песчаник 0,18·10 5 Каменная кладка из гранита

Каменная кладка из известняка

Каменная кладка из кирпича

(0,09…0,1)·10 5

(0,027…0,030)·10 5

Бетон при пределе прочности, МПа:

(0,182…0,232)·10 5

0,16…0,18

Древесина вдоль волокон

Древесина поперек волокон

(0,1…0,12)·10 5

(0,005…0,01)·10 5

0,055·10 4 Каучук 0,00008·10 5 Текстолит (0,06…0,1)·10 5 Гетинакс (0,1…0,17)·10 5 Бакелит (2…3)·10 3 Висхомлит (ИМ-44) (4,0…4,2)·10 3 Целлулоид (1,43…2,75)·10 3 0,33…0,38

Показатель предела нагрузки на сталь — модуль упругости Юнга

До того, как взять в работу какой-то строительный материал, необходимо изучить его прочностные данные и возможное взаимодействие с другими веществами и материалами, их сочетаемость в плане адекватного поведения при одинаковых нагрузках на конструкцию. Определяющая роль для решения этой задачи отводится модулю упругости – его называют ещё модулем Юнга.

Высокая прочность стали позволяет использовать её при строительстве высотных зданий и ажурных конструкций стадионов и мостов. Добавки в сталь некоторых веществ, влияющих на её качество, называют легированием, и эти добавки могут увеличить прочность стали в два раза. Модуль упругости стали легированной гораздо выше, чем обычной. Прочность в строительстве, как правило, достигается подбором площади сечения профиля в силу экономических причин: высоколегированные стали имеют более высокую стоимость.

Далее, будет рассмотрено значение термина, изменчивость его для стали различных сортов. Для сравнения будут приведены значения модуля других материалов.

Физический смысл

Обозначение модуля упругости как физической величины – (Е), этот показатель характеризует упругую сопротивляемость материала изделия прилагаемым к нему деформирующим нагрузкам:

  • продольным – растягивающим и сжимающим;
  • поперечным – изгибающим или исполненным в виде сдвига;
  • объёмным – скручивающим.

Чем выше значение (Е), тем выше сопротивляемость материала нагрузкам, тем прочнее будет изделие из этого материала и тем выше будет предел разрушения. Например, для алюминия эта величина составляет 70 ГПа, для чугуна – 120, железа – 190, а для стали до 220 ГПа.

Определение

Модуль упругости – сводный термин, вобравший в себя другие физические показатели свойства упругости твёрдых материалов – под воздействием силы изменяться и обретать прежнюю форму после её прекращения, то есть, упруго деформироваться. Это отношение напряжения в изделии – давление силы на единицу площади, к упругой деформации (безразмерная величина, определяемая отношением размера изделия к его изначальному размеру). Отсюда и его размерность, как и у напряжения – отношение силы к единице площади. Поскольку напряжение в метрической СИ принято измерять в Паскалях, то и показатель прочности – тоже.

Существует и другое, не очень корректное определение: модуль упругости – это давление, способное удлинить изделие вдвое. Но предел текучести большого количества материалов значительно ниже прилагаемого давления.

Модули упругости, их виды

Способов изменения условий приложения силы и вызываемых при этом деформаций много, и это предполагает и большое количество видов модулей упругости, но на практике сообразно деформирующим нагрузкам выделяют три основных:

  • Юнга (Е) представляет упругую сопротивляемость растягивающим и сжимающим нагрузкам – собственно, именно этим термином пользуются, когда говорят о модуле упругости;
  • модуль сдвига (G) характеризует сопротивляемость любому нарушению формы без её разрушения или изменения нормы – это отношение сдвигающей нагрузки к деформации, проявляющейся в виде изменчивости прямого угла между двумя половинами плоскости, подвергшейся нагрузке. Второе название этого термина – жёсткости, он же представляет и вязкость материала;
  • модуль объёмной упругости (К) – сопротивляемость изменению объёма при разносторонних нормально приложенных напряжениях, имеющих равную величину по всем векторам. Его называют ещё модулем объёмного сжатия, выражается отношением объёмного давления к объёмной деформации сжатия.

Этими показателями характеристики упругости не исчерпываются, есть и другие, которые несут другую информацию, имеют иную размерность и смысл. Это также широко известные среди специалистов показатели упругости Ламе и коэффициент Пуассона.

Как определить модуль упругости стали

Для определения параметров различных марок стали существуют специальные таблицы в составе нормативных документов в области строительства – в строительных нормах и правилах (СНиП) и государственных стандартах (ГОСТ). Так, модуль упругости (Е) или Юнга, у чугуна белого и серого от 115 до 160 ГПа, ковкого – 155. Что касается стали, то модуль упругости стали С245 – углеродистой имеет значения от 200 до 210 ГПа. Легированная сталь имеет показатели несколько выше – от 210 до 220 ГПа.

Та же самая характеристика у рядовых марок стали Ст.3 и Ст.5 имеет то же значение – 210 ГПа, а у стали Ст.45, 25Г2С и 30ХГС – 200 ГПа. Как видим, изменчивость (Е) для различных марок стали незначительна, а вот в изделиях, например, в канатах – другая картина:

  • у прядей и свивок проволоки высокой прочности 200 ГПа;
  • стальные тросы с металлическим стержнем 150 ГПа;
  • стальные канаты с органическим сердечником 130 ГПа.

Как можно заметить, разница значительная.

Значения модуля сдвига или жёсткости (G) можно увидеть в тех же таблицах, они имеют меньшие значения, для прокатной стали – 84 ГПа, углеродистой и легированной – от 80 до 81 гпа, а для сталей Ст.3 и Ст.45–80 ГПа. Причиной различия значений параметра упругости является одновременное действие сразу трёх основных модулей, рассчитываемых по разным методикам. Однако разница между ними небольшая, что говорит о достаточной точности изучения упругости. Поэтому не стоит зацикливаться на вычислениях и формулах, а следует принять конкретную величину упругости и пользоваться ей как константой. Если не производить вычисления по отдельным модулям, а сделать расчёт комплексно, значение (Е) будет составлять 200 ГПа.

Необходимо понимать, значения эти разнятся для сталей с разными присадками и стальных изделий, включающих детали из других веществ, но разнятся эти значения незначительно. Основное влияние на показатель упругости оказывает содержание углерода, а вот способ обработки стали – горячий прокат или холодная штамповка, значительного влияния не оказывает.

При выборе стальных изделий пользуются также и ещё одним показателем, который регламентируется так же, как и модуль упругости в таблицах изданий ГОСТ и СНиП – это расчётное сопротивление растягивающим, сжимающим и изгибающим нагрузкам. Размерность у этого показателя та же, что и у модуля упругости, но значения на три порядка меньше. Этот показатель имеет два назначения: нормативное и расчётное сопротивление, названия сами говорят за себя – расчётное сопротивление применяется при выполнении расчётов прочности конструкций. Так, расчётное сопротивление стали С255 при толщине проката от 10 до 20 мм – 240 МПа, при нормативном 245 МПа. Расчётное сопротивление проката от 20 до 30 мм чуть ниже и составляет 230 МПа.

Модуль упругости (модуль Юнга) | Мир сварки

Модуль упругости

Модуль упругости (модуль Юнга) E – характеризует сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации, или свойство объекта деформироваться вдоль оси при воздействии силы вдоль этой оси; определяется как отношение напряжения к удлинению. Часто модуль Юнга называют просто модулем упругости.

1 кгс/мм 2 = 10 -6 кгс/м 2 = 9,8·10 6 Н/м 2 = 9,8·10 7 дин/см 2 = 9,81·10 6 Па = 9,81 МПа

Расчетные сопротивления и модули упругости для различных строительных материалов

Cодержание:

1. Модули упругости основных строительных материалов.

2. Начальные модули упругости бетона.

3. Нормативные сопротивления бетона.

4. Расчетные сопротивления бетона.

5. Расчетные сопротивления бетона растяжению.

6. Нормативные сопротивления арматуры.

7. Расчетные сопротивления арматуры.

8. Нормативные и расчетные сопротивления стали.

9. Заменяемые марки стали.

10. Список использованной литературы.

Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов.

(вернуться к списку таблиц)

Материал Модуль упругости Е, МПа
Чугун белый, серый (1,15...1,60) • 105
»      ковкий 1,55 • 105
Сталь углеродистая (2,0...2,1) • 105
»     легированная (2,1...2,2) • 105
Медь прокатная 1,1 • 105
»    холоднотянутая 1,3 • 103
»    литая 0,84 • 105
 Бронза фосфористая катанная 1,15 • 105
Бронза марганцевая катанная 1,1 • 105
Бронза алюминиевая литая 1,05 • 105
Латунь холоднотянутая (0,91...0,99) • 105
Латунь корабельная катанная 1,0 • 105
Алюминий катанный 0,69 • 105
Проволока алюминиевая тянутая 0,7 • 105
Дюралюминий катанный 0,71 • 105
Цинк катанный 0,84 • 105
Свинец 0,17 • 105
Лед 0,1 • 105
Стекло 0,56 • 105
Гранит 0,49 • 105
Известь 0,42 • 105
Мрамор 0,56 • 105
Песчаник 0,18 • 105
Каменная кладка из гранита (0,09...0,1) • 105
»    из кирпича (0,027...0,030) • 105
Бетон (см. таблицу 2)  
Древесина вдоль волокон (0,1...0,12) • 105
»    поперек волокон (0,005...0,01) • 105
Каучук 0,00008 • 105
Текстолит (0,06...0,1) • 105
Гетинакс (0,1...0,17) • 105
Бакелит (2...3) • 103
Целлулоид (14,3...27,5) • 102

Примечание: 1. Для определения модуля упругости в кгс/см2 табличное значение умножается на 10 (более точно на 10.1937)

2. Значения модулей упругости Е для металлов, древесины, каменной кладки следует уточнять по соответствующим СНиПам.

Нормативные данные для расчетов железобетонных конструкций:

(вернуться к списку таблиц)

Таблица 2. Начальные модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

(вернуться к списку таблиц)

Таблица 2.1. Начальные модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

Примечания: 1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой - в кгс/см2.

2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.

3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Еb принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.

4. Для напрягающего бетона значения Еb принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент a = 0,56 + 0,006В.

5. Приведенные в скобках марки бетона не точно соответствуют указанным классам бетона.

Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

(вернуться к списку таблиц)

Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

(вернуться к списку таблиц)

Таблица 4.1. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

(вернуться к списку таблиц)

 

Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

(вернуться к списку таблиц)

Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Таблица 6.2. Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры(согласно СП 52-101-2003)

(вернуться к списку таблиц)

Таблица 7.1. Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Таблица 7.2. Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

 

Нормативные данные для расчетов металлических конструкций:

Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990))

(вернуться к списку таблиц)

листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

Примечания:

1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).

2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.

3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см2).

Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

(вернуться к списку таблиц)

Примечания: 1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов, приводятся отдельно.

Список использованной литературы:

1. СНиП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции"

2. СП 52-101-2003

3. СНиП II-23-81 (1990) "Стальные конструкции"

4.-3? Должна ведь быть положительная степень. Выходит, что модуль упругости для бетона В25 составляет 30 кПа, но он равен 30 ГПа!


26-04-2016: Доктор Лом

Потому, что при составлении разного рода таблиц нет необходимости писать в каждой ячейке по 3 дополнительных нуля, достаточно просто указать, что табличные значения занижены в 1000 раз. Соответственно, чтобы определить расчетное значение, нужно табличное значение не разделить, а умножить на 1000. Такая практика используется при составлении многих нормативных документов (именно в таком виде там даются таблицы) и я не вижу смысла от нее отказываться.


26-04-2016: Владимир

Тогда получается, что модуль упругости арматуры необходимо разделить на 10 в пятой степени. Или я что-то не понимаю? В рекомендациях по расчету и конструированию сплошных плит перекрытий крупнопанельных зданий 1989г.5". Вот только значения модулей упругости для различных материалов различаются в сотни и даже тысячи раз, потому такая форма записи для таблицы 1 не совсем удобна. В таблицах 2 и 2.1 значения начальных модулей упругости различаются незначительно и потому использовалась такая форма записи. Более того, если вы откроете указанные нормативные документы, то лично в этом убедитесь. Традиция эта сформировалась в ту далекую пору, когда ПК и в помине не было и наборщик вручную набирал литеры в пресс для книгопечатания, так что в данном случае все вопросы не ко мне, а к Гутенбергу и его последователям.


05-08-2016: Александр

Возможно, модуль упругости легче бы запоминался и воспринимался в ГПа, ведь тогда у стали примерно 200 единиц, а у древесины 10...12.


05-08-2016: Доктор Лом

Вполне возможно, вот только и ГигаПаскали - не самая наглядная и простая для восприятия размерность.


Модуль упругости для стали, а также для других материалов

Перед тем, как использовать какой-либо материал в строительных работах, следует ознакомиться с его физическими характеристиками для того, чтобы знать как с ним обращаться, какое механическое воздействие будет для него приемлемым, и так далее. Одной из важных характеристик, на которые очень часто обращают внимание, является модуль упругости.

Ниже рассмотрим само понятие, а также эту величину по отношению к одному из самых популярных в строительстве и ремонтных работах материалу — стали. Также будут рассмотрены эти показатели у других материалов, ради примера.

Модуль упругости — что это?

Модулем упругости какого-либо материала называют совокупность физических величин, которые характеризуют способность какого-либо твёрдого тела упруго деформироваться в условиях приложения к нему силы. Выражается она буквой Е. Так она будет упомянута во всех таблицах, которые будут идти далее в статье.

Невозможно утверждать, что существует только один способ выявления значения упругости. Различные подходы к изучению этой величины привели к тому, что существует сразу несколько разных подходов. Ниже будут приведены три основных способа расчёта показателей этой характеристики для разных материалов:

  • Модуль Юнга (Е) описывает сопротивление материала любому растяжению или сжатию при упругой деформации. Определяется вариант Юнга отношением напряжения к деформации сжатия. Обычно именно его называют просто модулем упругости.
  • Модуль сдвига (G), называемый также модулем жёсткости. Этот способ выявляет способность материала оказывать сопротивление любому изменению формы, но в условиях сохранения им своей нормы. Модуль сдвига выражается отношением напряжения сдвига к деформации сдвига, которая определяется в виде изменения прямого угла между имеющимися плоскостями, подвергающимися воздействию касательных напряжений. Модуль сдвига, кстати, является одной из составляющих такого явления, как вязкость.
  • Модуль объёмной упругости (К), которые также именуется модулем объёмного сжатия. Данный вариант обозначает способность объекта из какого-либо материала изменять свой объём в случае воздействия на него всестороннего нормального напряжения, являющимся одинаковым по всем своим направлениям. Выражается этот вариант отношением величины объёмного напряжения к величине относительного объёмного сжатия.
  • Существуют также и другие показатели упругости, которые измеряются в других величинах и выражаются другими отношениями. Другими ещё очень известными и популярными вариантами показателей упругости являются параметры Ламе или же коэффициент Пуассона.

Таблица показателей упругости материалов

Перед тем, как перейти непосредственно к этой характеристике стали, рассмотрим для начала, в качестве примера и дополнительной информации, таблицу, содержащую данные об этой величине по отношению к другим материалам.2.

Данная информация поможет разобраться с самим понятием модуля упругости, а также ознакомиться с основными значения данной характеристики для стали, стальных изделий, а также для нескольких других материалов.

Следует помнить, что показатели модуля упругости разные для различных сплавов стали и для различных стальных конструкций, которые содержат в своём составе и другие соединения. Но даже в таких условиях, можно заметить тот факт, что различаются показатели ненамного. Величина модуля упругости стали практически зависит от структуры. а также от содержания углерода. Способ горячей или холодной обработки стали также не может сильно повлиять на этот показатель.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Сталь С235: характеристики, свойства, аналоги

Углеродистая сталь марки С235 отвечает требованиям стандартов ДСТУ 8539  и ГОСТ 27772. Классификация: Сталь для строительных конструкций со сварными и другими соединениями. Продукция: Горячекатаный листовой, широкополосный универсальный, фасонный прокат и гнутые профили.  

 

Химический состав стали С235 по анализу ковшевой пробы в соответствии с ГОСТ 27772, %

C Si Mn Ni S P Cr N Cu
≤0,22 ≤0,05 ≤0,60 ≤0,30 ≤0,040 ≤0,040 ≤0,30 ≤0,012 ≤0,30

 

Механические свойства листового и широкополосного проката из стали С235

Толщина, мм Предел текучести, Н/мм2 , не менее Временное сопротивление, Н/мм2, не менее Относительное удлинение δ5, %
2,0-3,9 235 360 -
4,0 235 360 -

 

Аналоги стали С235

США 1070, 10L70
Евросоюз  S235JR

 

Применение

Сталь марки С235 используют при изготовлении проката, предназначенного для строительных стальных конструкций со сварными и другими соединениями.  

 

Сваривание стали С235

Сваривается без ограничений.

Модуль деформации стали и её упругости. Расчетные сопротивления и модули упругости для строительных материалов Модуль упругости алюминия кг см2

При расчете строительных конструкций нужно знать расчетное сопротивление и модуль упругости для того или иного материала. Здесь представлены данные по основным строительным материалам.

Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов

Материал
Модуль упругости
Е, МПа
Чугун белый, серый (1,15...1,60) · 10 5
Чугун ковкий 1,55 · 10 5
Сталь углеродистая (2,0...2,1) · 10 5
Сталь легированная (2,1...2,2) · 10 5
Медь прокатная 1,1 · 10 5
Медь холоднотянутая 1,3 · 10 3
Медь литая 0,84 · 10 5
Бронза фосфористая катанная 1,15 · 10 5
Бронза марганцевая катанная 1,1 · 10 5
Бронза алюминиевая литая 1,05 · 10 5
Латунь холоднотянутая (0,91...0,99) · 10 5
Латунь корабельная катанная 1,0 · 10 5
Алюминий катанный 0,69 · 10 5
Проволока алюминиевая тянутая 0,7 · 10 5
Дюралюминий катанный 0,71 · 10 5
Цинк катанный 0,84 · 10 5
Свинец 0,17 · 10 5
Лед 0,1 · 10 5
Стекло 0,56 · 10 5
Гранит 0,49 · 10 5
Известь 0,42 · 10 5
Мрамор 0,56 · 10 5
Песчаник 0,18 · 10 5
Каменная кладка из гранита (0,09...0,1) · 10 5
Каменная кладка из кирпича (0,027...0,030) · 10 5
Бетон (см. таблицу 2)
Древесина вдоль волокон (0,1...0,12) · 10 5
Древесина поперек волокон (0,005...0,01) · 10 5
Каучук 0,00008 · 10 5
Текстолит (0,06...0,1) · 10 5
Гетинакс (0,1...0,17) · 10 5
Бакелит (2...3) · 10 3
Целлулоид (14,3...27,5) · 10 2
Нормативные данные для рассчетов железобетонных конструкций

Таблица 2. Модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 2.1 Модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

Примечания:
1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой - в кгс/см&sup2.
2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.
3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Е b принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.
4. Для напрягающего бетона значения Е b принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент
a = 0,56 + 0,006В.

Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 4.1 Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Таблица 6.2 Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

Таблица 7.1 Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Таблица 7.2 Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

Нормативные данные для расчетов металлических контрукций

Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990)) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

Примечания:
1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).
2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.
3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см&sup2).

Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

Примечания:
1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов здесь не показаны.

Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

Общее понятие

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) - один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы - чугун, бетон - сжимают до появления трещин.

Дополнительные характеристики механических свойств

Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

  • Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
  • Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
  • Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
  • Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
  • Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
  • Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

Значение модуля упругости

Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

Некоторые упруго - пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгс\см2) некоторых материалов:

  • Латунь - 1,01.
  • Бронза - 1,00.
  • Кирпичная каменная кладка - 0,03.
  • Гранитная каменная кладка - 0,09.
  • Бетон - 0,02.
  • Древесина вдоль волокон - 0,1.
  • Древесина поперек волокон - 0,005.
  • Алюминий - 0,7.

Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки.

Развитие металлургии и других сопутствующих направлений по изготовлению предметов из металла обязано созданию оружия. Сначала научились выплавлять цветные металлы, но прочность изделий была относительно невысокой. Только с появлением железа и его сплавов началось изучение их свойств.

Первые мечи для придания им твердости и прочности делали довольно тяжелыми. Воинам приходилось брать их в обе руки, чтобы управляться с ними. Со временем появились новые сплавы, разрабатывались технологии производства. Легкие сабли и шпаги пришли на замену тяжеловесному оружию. Параллельно создавались орудия труда. С повышением прочностных характеристик совершенствовались инструменты и способы производства.

Виды нагрузок

При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

  • Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.
  • Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

  • Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

  • Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

  • Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

Понятие о модуле упругости

В середине XVII века одновременно в нескольких странах начались исследования материалов. Предлагались самые разные методики по определению прочностных характеристик. Английский исследователь Роберт Гук (1660 г.) сформулировал основные положения закона по удлинению упругих тел в результате приложения нагрузки (закона Гука). Введены и понятия:

  1. Напряжения σ, которое в механике измеряется в виде нагрузки, приложенной к определенной площади (кгс/см², Н/м², Па).
  2. Модуля упругости Е, который определяет способность твердого тела деформироваться под действием нагружения (приложения силы в заданном направлении). Единицы измерения также определяются в кгс/см² (Н/м², Па).

Формула по закону Гука записывается в виде ε = σz/E, где:

  • ε – относительное удлинение;
  • σz – нормальное напряжение.

Демонстрация закона Гука для упругих тел:

Из приведенной зависимости выводится значение Е для определенного материала опытным путем, Е = σz/ε.

Модуль упругости – это постоянная величина, характеризующая сопротивление тела и его конструкционного материала при нормальной растягивающей или сжимающей нагрузке.

В теории прочности принято понятие модуль упругости Юнга. Это английский исследователь дал более конкретное описание способам изменения прочностных показателей при нормальных нагружениях.

Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1: Модуль упругости для металлов и сплавов

Модуль упругости для разных марок стали

Металлурги разработали несколько сотен марок сталей. Им свойственны разные значения прочности. В таблице 2 показаны характеристики для наиболее распространенных сталей.

Таблица 2: Упругость сталей

Наименование стали Значение модуля упругости, 10¹²·Па
Сталь низкоуглеродистая 165…180
Сталь 3 179…189
Сталь 30 194…205
Сталь 45 211…223
Сталь 40Х 240…260
65Г 235…275
Х12МФ 310…320
9ХС, ХВГ 275…302
4Х5МФС 305…315
3Х3М3Ф 285…310
Р6М5 305…320
Р9 320…330
Р18 325…340
Р12МФ5 297…310
У7, У8 302…315
У9, У10 320…330
У11 325…340
У12, У13 310…315

Видео: закон Гука, модуль упругости.

Модули прочности

Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

Модуль сдвига G определяет жесткость. Эта характеристика показывает предельное значение нагрузки изменению формы предмета.

Модуль объемной упругости К определяет упругие свойства материала изменить объем. При любой деформации происходит изменение формы предмета.

Коэффициент Пуассона μ определяет изменения отношение величины относительного сжатия к растяжению. Эта величина зависит только от свойств материала.

Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

Таблица 3: Модули прочности для сталей

Наименование стали Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па Модуль сдвига G, 10¹²·Па Модуль объемной упругости, 10¹²·Па Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па
Сталь низкоуглеродистая 165…180 87…91 45…49 154…168
Сталь 3 179…189 93…102 49…52 164…172
Сталь 30 194…205 105…108 72…77 182…184
Сталь 45 211…223 115…130 76…81 192…197
Сталь 40Х 240…260 118…125 84…87 210…218
65Г 235…275 112…124 81…85 208…214
Х12МФ 310…320 143…150 94…98 285…290
9ХС, ХВГ 275…302 135…145 87…92 264…270
4Х5МФС 305…315 147…160 96…100 291…295
3Х3М3Ф 285…310 135…150 92…97 268…273
Р6М5 305…320 147…151 98…102 294…300
Р9 320…330 155…162 104…110 301…312
Р18 325…340 140…149 105…108 308…318
Р12МФ5 297…310 147…152 98…102 276…280
У7, У8 302…315 154…160 100…106 286…294
У9, У10 320…330 160…165 104…112 305…311
У11 325…340 162…170 98…104 306…314
У12, У13 310…315 155…160 99…106 298…304

Для других материалов значения прочностных характеристик указывают в специальной литературе. Однако, в некоторых случаях проводят индивидуальные исследования. Особенно актуальны подобные исследования для строительных материалов. На предприятиях, где выпускают железобетонные изделия, регулярно проводят испытания по определению предельных значений.

Перед тем, как использовать какой-либо материал в строительных работах, следует ознакомиться с его физическими характеристиками для того, чтобы знать как с ним обращаться, какое механическое воздействие будет для него приемлемым, и так далее. Одной из важных характеристик, на которые очень часто обращают внимание, является модуль упругости.

Ниже рассмотрим само понятие, а также эту величину по отношению к одному из самых популярных в строительстве и ремонтных работах материалу - стали. Также будут рассмотрены эти показатели у других материалов, ради примера.

Модуль упругости - что это?

Модулем упругости какого-либо материала называют совокупность физических величин , которые характеризуют способность какого-либо твёрдого тела упруго деформироваться в условиях приложения к нему силы. Выражается она буквой Е. Так она будет упомянута во всех таблицах, которые будут идти далее в статье.

Невозможно утверждать, что существует только один способ выявления значения упругости. Различные подходы к изучению этой величины привели к тому, что существует сразу несколько разных подходов. Ниже будут приведены три основных способа расчёта показателей этой характеристики для разных материалов:

Таблица показателей упругости материалов

Перед тем, как перейти непосредственно к этой характеристике стали, рассмотрим для начала, в качестве примера и дополнительной информации, таблицу, содержащую данные об этой величине по отношению к другим материалам. Данные измеряются в МПа .

Модуль упругости различных материалов

Как можно заметить из представленной выше таблицы, это значение является разным для разных материалов, к тому же показателя разнятся, если учитывать тот или иной вариант вычисления этого показателя. Каждый волен выбирать именно тот вариант изучения показателей, который больше подойдёт ему.2 .

  • И напоследок коэффициент Пуассона для стали равен значению 0,3
  • Это общие данные, приведённые для видов стали и стальных изделий. Каждая величина была высчитано согласно всем физическим правилам и с учётом всех имеющихся отношений, которые используются для выведения величин этой характеристики.

    Ниже будет приведена вся общая информация об этой характеристике стали. Значения будут даваться как по модулю Юнга , так и по модулю сдвига, как в одних единицах измерения (МПа), так и в других (кг/см2, ньютон*м2).

    Сталь и несколько разных её марок

    Значения показателей упругости стали разнятся, так как существуют сразу несколько модулей , которые исчисляются и высчитываются по-разному. Можно заметить тот факт, что в принципе сильно показатели не разнятся, что свидетельствует в пользу разных исследований упругости различных материалов. Но сильно углубляться во все вычисления, формулы и значения не стоит, так как достаточно выбрать определённое значение упругости, чтобы уже в дальнейшем ориентироваться на него.2 .

    Данная информация поможет разобраться с самим понятием модуля упругости, а также ознакомиться с основными значения данной характеристики для стали, стальных изделий, а также для нескольких других материалов.

    Следует помнить, что показатели модуля упругости разные для различных сплавов стали и для различных стальных конструкций, которые содержат в своём составе и другие соединения. Но даже в таких условиях, можно заметить тот факт, что различаются показатели ненамного. Величина модуля упругости стали практически зависит от структуры. а также от содержания углерода. Способ горячей или холодной обработки стали также не может сильно повлиять на этот показатель.

    stanok.guru

    Расчётные сопротивления и модули упругости тяжёлого бетона, мПа

    Таблица 2

    Характеристики

    КЛАСС БЕТОНА

    В7,5

    В10

    В15

    В20

    В25

    В30

    В35

    В40

    Для
    предельных состояний
    1-й
    группы

    Сжатие осевое

    (призменная
    прочность) R b

    Растяжение осевое

    R bt

    Для
    предельных состояний
    2-й
    группы

    Сжатие
    осевое

    R b ,
    ser

    Растяжение осевое

    R bt ,
    ser

    Начальный
    обычного твердения E b

    Начальный
    модуль упругости тяжёлого бетона
    подвергнутого тепловой обработке при
    атмосферном давлении

    Примечание.
    Расчётные
    сопротивления бетона для предельных
    состояний 2-й группы равны нормативным:
    R b , ser
    = R b , n ;
    R bt , ser
    = R
    bt , n .

    Расчётные сопротивления и модули упругости некоторых арматурных сталей, мПа

    Таблица
    3

    КЛАСС

    АРМАТУРЫ

    (обозначение

    по ДСТУ 3760-98)

    Расчётные
    сопротивления

    Модуль
    упругости

    E s

    для расчёта по

    предельным
    состояниям
    1-й группы

    для
    расчёта по предельным состояниям
    2-й группы

    R s , ser

    растяжение

    R sc

    R s

    R sw

    А240С

    А300С

    А400С

    6…8 мм

    А400С

    10…40мм

    А600С

    B p I

    3 мм

    B p I

    4 мм

    B p I

    5 мм

    Примечание.
    Расчётные
    сопротивления стали для предельных
    состояний 2-й группы равны
    нормативным: R s , ser
    = R s , n .

    studfiles.net

    Пример 3.5. Проверка сечения колонны из двутавра на сжатие

    Необходимо проверить сечение колонны, выполненной из двутавра 20К1 по СТО АСЧМ 20-93 из стали С235.

    Сжимающее усилие: N=600кН.

    Высота колонны: L=4,5м.

    Коэффициент расчетной длины: μ x =1,0; μ y =1,0.

    Решение.
    Расчетное сопротивление стали С235: R y =230Н/мм 2 = 23,0 кН/см 2 .
    Модуль упругости стали С235: Е=2,06х10 5 Н/мм 2 .
    Коэффициент условия работы для колонн общественных зданий при постоянной нагрузке γ c = 0,95.
    Площадь сечения элемента находим по сортаменту для двутавра 20К1: А=52,69 см 2 .
    Радиус инерции сечения относительно оси х, так же по сортаменту: i x =4,99 см.
    Радиус инерции сечения относительно оси y, так же по сортаменту: i y =8,54 см.
    Расчетная длина колонны определяем по формуле:
    l ef,x = μ x l x = 1,0*4,5 = 4,5 м;
    l ef,y = μ y l y = 1,0*4,5 = 4,5 м.
    Гибкость сечения относительно оси x: λ x = l x /i x = 450/4,99 = 90,18.
    Гибкость сечения относительно оси y: λ y = l y /i y = 450/8,54 = 52,69.
    Предельно допустимая гибкость для сжатых элементов (пояса, опорные раскосы и стойки, передающие опорные реакции: пространственных конструкций из одиночных уголков, пространственных конструкций из труб и парных уголков св. 50м) λ u = 120.
    Проверка условий : λ x
    90,18 - условия выполнены.
    Проверку устойчивости сечения производят по наибольшей гибкости. В данном примере λ max = 90,18.
    Условия гибкости элемента определяем по формуле:
    λ’ = λ√(R y /E) = 90,18√(230/2,06*10 5) = 3,01.
    Коэффициент α и β принимается по типу сечения, для двутавра α = 0,04; β = 0,09.
    Коэффициент δ = 9,87(1-α+β*λ’)+λ’ 2 = 9,87(1-0,04+0,09*3,01)+3,01 2 = 21,2.
    Коэффициент устойчивости определяем по формуле:
    φ = 0,5(δ-√(δ 2 -39,48λ’ 2)/λ’ 2 = 0,5(21,2-√(21,2 2 -39,48*3,01 2)/3,01 2 = 0,643.
    Коэффициент φ также можно принимать по таблице по типу сечения и λ’.
    Проверка условия: N/φAR y γ c ≤ 1 ,
    600,0/(0,643*52,69*23,0*0,95) = 0,81 ≤ 1.
    Поскольку расчет производился по максимальной гибкости относительно оси х проверку относительно оси y производить нет необходимости.

    Примеры:

    spravkidoc.ru

    Модуль упругости стали в кгс\см2, примеры

    Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

    Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

    Общее понятие

    Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

    В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

    Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

    Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

    Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

    Дополнительные характеристики механических свойств

    Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

    • Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
    • Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
    • Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
    • Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
    • Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
    • Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

    Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

    У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

    Значение модуля упругости

    Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

    Некоторые упруго – пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

    Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгс\см2) некоторых материалов:

    • Чугун белый – 1,15.
    • Чугун серый -1,16.
    • Латунь – 1,01.
    • Бронза – 1,00.
    • Кирпичная каменная кладка – 0,03.
    • Гранитная каменная кладка – 0,09.
    • Бетон – 0,02.
    • Древесина вдоль волокон – 0,1.
    • Древесина поперек волокон – 0,005.
    • Алюминий – 0,7.

    Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки:

    • Стали конструкционные высокого качества (20, 45) – 2,01.
    • Стали обычного качества (Ст.3, Ст.6) – 2,00.
    • Стали низколегированные (30ХГСА, 40Х) – 2,05.
    • Стали нержавеющие (12Х18Н10Т) – 2,1.
    • Стали штамповые (9ХМФ) – 2,03.
    • Стали пружинные (60С2) – 2,03.
    • Стали подшипниковые (ШХ15) – 2,1.

    Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката:

    • Проволока высокой прочности – 2,1.
    • Плетенный канат – 1,9.
    • Трос с металлическим сердечником – 1,95.

    Как видим, отклонения между сталями в значениях модулей упругой деформации имеют небольшую величину. Поэтому в большинстве инженерных расчетов можно пренебречь погрешностями и брать значение Е=2,0.

    prompriem.ru

    Модули упругости и коэффициенты Пуассона для некоторых материалов 013


    Материал

    Модули упругости, МПа

    Коэффициент

    Пуассона


    Модуль Юнга
    E

    Модуль сдвига
    G

    Чугун белый, серый

    Чугун ковкий


    (1,15…1,60)·10 5

    1,55·10 5


    4,5·10 4

    0,23…0,27

    Сталь углеродистая

    Сталь легированная


    (2,0…2,1)·10 5

    (2,1…2,2)·10 5


    (8,0…8,1)·10 4

    (8,0…8,1)·10 4


    0,24…0,28

    0,25…0,30


    Медь прокатная

    Медь холоднотянутая

    Медь литая


    1,1·10 5

    0,84·10 5


    4,0·10 4

    0,31…0,34

    Бронза фосфористая катаная

    Бронза марганцовистой катаная

    Бронза алюминиевая литая


    1,15·10 5

    1,05·10 5


    4,2·10 4

    4,2·10 4


    0,32…0,35

    Латунь холоднотянутая

    Латунь корабельная катаная


    (0,91…0,99)·10 5

    1,0·10 5


    (3,5…3,7)·10 4

    0,32…0,42

    Алюминий катаный

    Проволока алюминиевая тянутая

    Дюралюминий катаный


    0,69·10 5

    0,71·10 5


    (2,6…2,7)·10 4

    2,7·10 4


    0,32…0,36

    Цинк катаный

    0,84·10 5

    3,2·10 4

    0,27

    Свинец

    0,17·10 5

    0,7·10 4

    0,42

    Лед

    0,1·10 5

    (0,28…0,3)·10 4


    Стекло

    0,56·10 5

    0,22·10 4

    0,25

    Гранит

    0,49·10 5



    Известняк

    0,42·10 5



    Мрамор

    0,56·10 5



    Песчаник

    0,18·10 5



    Каменная кладка из гранита

    Каменная кладка из известняка

    Каменная кладка из кирпича


    (0,09…0,1)·10 5

    (0,027…0,030)·10 5




    Бетон при пределе прочности, МПа:

    (0,146…0,196)·10 5

    (0,164…0,214)·10 5

    (0,182…0,232)·10 5

    0,16…0,18

    0,16…0,18


    Древесина вдоль волокон

    Древесина поперек волокон


    (0,1…0,12)·10 5

    (0,005…0,01)·10 5


    0,055·10 4


    Каучук

    0,00008·10 5


    0,47

    Текстолит

    (0,06…0,1)·10 5



    Гетинакс

    (0,1…0,17)·10 5



    Бакелит

    (2…3)·10 3


    0,36

    Висхомлит (ИМ-44)

    (4,0…4,2)·10 3


    0,37

    Целлулоид

    (1,43…2,75)·10 3


    0,33…0,38

    www.sopromat.info

    Показатель предела нагрузки на сталь - модуль упругости Юнга

    До того, как взять в работу какой-то строительный материал, необходимо изучить его прочностные данные и возможное взаимодействие с другими веществами и материалами, их сочетаемость в плане адекватного поведения при одинаковых нагрузках на конструкцию. Определяющая роль для решения этой задачи отводится модулю упругости – его называют ещё модулем Юнга.

    Высокая прочность стали позволяет использовать её при строительстве высотных зданий и ажурных конструкций стадионов и мостов. Добавки в сталь некоторых веществ, влияющих на её качество, называют легированием , и эти добавки могут увеличить прочность стали в два раза. Модуль упругости стали легированной гораздо выше, чем обычной. Прочность в строительстве, как правило, достигается подбором площади сечения профиля в силу экономических причин: высоколегированные стали имеют более высокую стоимость.

    Физический смысл

    Обозначение модуля упругости как физической величины – (Е), этот показатель характеризует упругую сопротивляемость материала изделия прилагаемым к нему деформирующим нагрузкам:

    • продольным – растягивающим и сжимающим;
    • поперечным – изгибающим или исполненным в виде сдвига;
    • объёмным – скручивающим.

    Чем выше значение (Е), тем выше , тем прочнее будет изделие из этого материала и тем выше будет предел разрушения. Например, для алюминия эта величина составляет 70 ГПа, для чугуна – 120, железа – 190, а для стали до 220 ГПа.

    Определение

    Модуль упругости – сводный термин, вобравший в себя другие физические показатели свойства упругости твёрдых материалов – под воздействием силы изменяться и обретать прежнюю форму после её прекращения, то есть, упруго деформироваться. Это отношение напряжения в изделии – давление силы на единицу площади, к упругой деформации (безразмерная величина, определяемая отношением размера изделия к его изначальному размеру). Отсюда и его размерность, как и у напряжения – отношение силы к единице площади. Поскольку напряжение в метрической СИ принято измерять в Паскалях, то и показатель прочности – тоже.

    Существует и другое, не очень корректное определение: модуль упругости – это давление , способное удлинить изделие вдвое. Но предел текучести большого количества материалов значительно ниже прилагаемого давления.

    Модули упругости, их виды

    Способов изменения условий приложения силы и вызываемых при этом деформаций много, и это предполагает и большое количество видов модулей упругости, но на практике сообразно деформирующим нагрузкам выделяют три основных:

    Этими показателями характеристики упругости не исчерпываются, есть и другие, которые несут другую информацию, имеют иную размерность и смысл . Это также широко известные среди специалистов показатели упругости Ламе и коэффициент Пуассона.

    Как определить модуль упругости стали

    Для определения параметров различных марок стали существуют специальные таблицы в составе нормативных документов в области строительства – в строительных нормах и правилах (СНиП) и государственных стандартах (ГОСТ). Так, модуль упругости (Е) или Юнга , у чугуна белого и серого от 115 до 160 ГПа, ковкого – 155. Что касается стали, то модуль упругости стали С245 – углеродистой имеет значения от 200 до 210 ГПа. Легированная сталь имеет показатели несколько выше – от 210 до 220 ГПа.

    Та же самая характеристика у рядовых марок стали Ст.3 и Ст.5 имеет то же значение – 210 ГПа, а у стали Ст.45, 25Г2С и 30ХГС – 200 ГПа. Как видим, изменчивость (Е) для различных марок стали незначительна, а вот в изделиях, например, в канатах – другая картина:

    • у прядей и свивок проволоки высокой прочности 200 ГПа;
    • стальные тросы с металлическим стержнем 150 ГПа;
    • стальные канаты с органическим сердечником 130 ГПа.

    Как можно заметить, разница значительная.

    Значения модуля сдвига или жёсткости (G) можно увидеть в тех же таблицах, они имеют меньшие значения, для прокатной стали – 84 ГПа , углеродистой и легированной – от 80 до 81 гпа, а для сталей Ст.3 и Ст.45–80 ГПа. Причиной различия значений параметра упругости является одновременное действие сразу трёх основных модулей, рассчитываемых по разным методикам. Однако разница между ними небольшая, что говорит о достаточной точности изучения упругости. Поэтому не стоит зацикливаться на вычислениях и формулах, а следует принять конкретную величину упругости и пользоваться ей как константой. Если не производить вычисления по отдельным модулям, а сделать расчёт комплексно, значение (Е) будет составлять 200 ГПа.

    Необходимо понимать, значения эти разнятся для сталей с разными присадками и стальных изделий, включающих детали из других веществ, но разнятся эти значения незначительно. Основное влияние на показатель упругости оказывает содержание углерода, а вот способ обработки стали – горячий прокат или холодная штамповка, значительного влияния не оказывает.

    При выборе стальных изделий пользуются также и ещё одним показателем, который регламентируется так же, как и модуль упругости в таблицах изданий ГОСТ и СНиП – это расчётное сопротивление растягивающим, сжимающим и изгибающим нагрузкам. Размерность у этого показателя та же, что и у модуля упругости, но значения на три порядка меньше. Этот показатель имеет два назначения: нормативное и расчётное сопротивление, названия сами говорят за себя – расчётное сопротивление применяется при выполнении расчётов прочности конструкций. Так, расчётное сопротивление стали С255 при толщине проката от 10 до 20 мм – 240 МПа, при нормативном 245 МПа. Расчётное сопротивление проката от 20 до 30 мм чуть ниже и составляет 230 МПа.

    instrument.guru

    | Мир сварки

    Модуль упругости

    Модуль упругости (модуль Юнга) E – характеризует сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации, или свойство объекта деформироваться вдоль оси при воздействии силы вдоль этой оси; определяется как отношение напряжения к удлинению. Часто модуль Юнга называют просто модулем упругости.

    1 кгс/мм 2 = 10 -6 кгс/м 2 = 9,8·10 6 Н/м 2 = 9,8·10 7 дин/см 2 = 9,81·10 6 Па = 9,81 МПа

    Модуль упругости (модуль Юнга)
    Материал E
    кгс/мм 2 10 7 Н/м 2 МПа
    Металлы
    Алюминий 6300-7500 6180-7360 61800-73600
    Алюминий отожженный 6980 6850 68500
    Бериллий 30050 29500 295000
    Бронза 10600 10400 104000
    Бронза алюминиевая, литье 10500 10300 103000
    Бронза фосфористая катаная 11520 11300 113000
    Ванадий 13500 13250 132500
    Ванадий отожженный 15080 14800 148000
    Висмут 3200 3140 31400
    Висмут литой 3250 3190 31900
    Вольфрам 38100 37400 374000
    Вольфрам отожженный 38800-40800 34200-40000 342000-400000
    Гафний 14150 13900 139000
    Дюралюминий 7000 6870 68700
    Дюралюминий катаный 7140 7000 70000
    Железо кованое 20000-22000 19620-21580 196200-215800
    Железо литое 10200-13250 10000-13000 100000-130000
    Золото 7000-8500 6870-8340 68700-83400
    Золото отожженное 8200 8060 80600
    Инвар 14000 13730 137300
    Индий 5300 5200 52000
    Иридий 5300 5200 52000
    Кадмий 5300 5200 52000
    Кадмий литой 5090 4990 49900
    Кобальт отожженный 19980-21000 19600-20600 196000-206000
    Константан 16600 16300 163000
    Латунь 8000-10000 7850-9810 78500-98100
    Латунь корабельная катаная 10000 9800 98000
    Латунь холоднотянутая 9100-9890 8900-9700 89000-97000
    Магний 4360 4280 42800
    Манганин 12600 12360 123600
    Медь 13120 12870 128700
    Медь деформированная 11420 11200 112000
    Медь литая 8360 8200 82000
    Медь прокатанная 11000 10800 108000
    Медь холоднотянутая 12950 12700 127000
    Молибден 29150 28600 286000
    Нейзильбер 11000 10790 107900
    Никель 20000-22000 19620-21580 196200-215800
    Никель отожженный 20600 20200 202000
    Ниобий 9080 8910 89100
    Олово 4000-5400 3920-5300 39200-53000
    Олово литое 4140-5980 4060-5860 40600-58600
    Осмий 56570 55500 555000
    Палладий 10000-14000 9810-13730 98100-137300
    Палладий литой 11520 11300 113000
    Платина 17230 16900 169000
    Платина отожженная 14980 14700 147000
    Родий отожженный 28030 27500 275000
    Рутений отожженный 43000 42200 422000
    Свинец 1600 1570 15700
    Свинец литой 1650 1620 16200
    Серебро 8430 8270 82700
    Серебро отожженное 8200 8050 80500
    Сталь инструментальная 21000-22000 20600-21580 206000-215800
    Сталь легированная 21000 20600 206000
    Сталь специальная 22000-24000 21580-23540 215800-235400
    Сталь углеродистая 19880-20900 19500-20500 195000-205000
    Стальное литье 17330 17000 170000
    Тантал 19000 18640 186400
    Тантал отожженный 18960 18600 186000
    Титан 11000 10800 108000
    Хром 25000 24500 245000
    Цинк 8000-10000 7850-9810 78500-98100
    Цинк катаный 8360 8200 82000
    Цинк литой 12950 12700 127000
    Цирконий 8950 8780 87800
    Чугун 7500-8500 7360-8340 73600-83400
    Чугун белый, серый 11520-11830 11300-11600 113000-116000
    Чугун ковкий 15290 15000 150000
    Пластмассы
    Плексиглас 535 525 5250
    Целлулоид 173-194 170-190 1700-1900
    Стекло органическое 300 295 2950
    Резины
    Каучук 0,80 0,79 7,9
    Резина мягкая вулканизированная 0,15-0,51 0,15-0,50 1,5-5,0
    Дерево
    Бамбук 2000 1960 19600
    Береза 1500 1470 14700
    Бук 1600 1630 16300
    Дуб 1600 1630 16300
    Ель 900 880 8800
    Железное дерево 2400 2350 32500
    Сосна 900 880 8800
    Минералы
    Кварц 6800 6670 66700
    Различные материалы
    Бетон 1530-4100 1500-4000 15000-40000
    Гранит 3570-5100 3500-5000 35000-50000
    Известняк плотный 3570 3500 35000
    Кварцевая нить (плавленая) 7440 7300 73000
    Кетгут 300 295 2950
    Лед (при -2 °С) 300 295 2950
    Мрамор 3570-5100 3500-5000 35000-50000
    Стекло 5000-7950 4900-7800 49000-78000
    Стекло крон 7200 7060 70600
    Стекло флинт 5500 5400 70600
    Литература
    1. Краткий физико-технический справочник. Т.1 / Под общ. ред. К.П. Яковлева. М.: ФИЗМАТГИЗ. 1960. – 446 с.
    2. Справочник по сварке цветных металлов / С.М. Гуревич. Киев.: Наукова думка. 1981. 680 с.
    3. Справочник по элементарной физике / Н.Н. Кошкин, М.Г. Ширкевич. М., Наука. 1976. 256 с.
    4. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М., Атомиздат. 1976, 1008 с.

    Перед тем, как использовать какой-либо материал в строительных работах, следует ознакомиться с его физическими характеристиками для того, чтобы знать как с ним обращаться, какое механическое воздействие будет для него приемлемым, и так далее. Одной из важных характеристик, на которые очень часто обращают внимание, является модуль упругости.

    Ниже рассмотрим само понятие, а также эту величину по отношению к одному из самых популярных в строительстве и ремонтных работах материалу - стали. Также будут рассмотрены эти показатели у других материалов, ради примера.

    Модуль упругости - что это?

    Модулем упругости какого-либо материала называют совокупность физических величин , которые характеризуют способность какого-либо твёрдого тела упруго деформироваться в условиях приложения к нему силы. Выражается она буквой Е. Так она будет упомянута во всех таблицах, которые будут идти далее в статье.

    Невозможно утверждать, что существует только один способ выявления значения упругости. Различные подходы к изучению этой величины привели к тому, что существует сразу несколько разных подходов. Ниже будут приведены три основных способа расчёта показателей этой характеристики для разных материалов:

    Таблица показателей упругости материалов

    Перед тем, как перейти непосредственно к этой характеристике стали , рассмотрим для начала, в качестве примера и дополнительной информации, таблицу, содержащую данные об этой величине по отношению к другим материалам. Данные измеряются в МПа .

    Как можно заметить из представленной выше таблицы, это значение является разным для разных материалов, к тому же показателя разнятся, если учитывать тот или иной вариант вычисления этого показателя. Каждый волен выбирать именно тот вариант изучения показателей, который больше подойдёт ему.2 .

  • И напоследок коэффициент Пуассона для стали равен значению 0,3
  • Это общие данные, приведённые для видов стали и стальных изделий. Каждая величина была высчитано согласно всем физическим правилам и с учётом всех имеющихся отношений, которые используются для выведения величин этой характеристики.

    Ниже будет приведена вся общая информация об этой характеристике стали. Значения будут даваться как по модулю Юнга , так и по модулю сдвига, как в одних единицах измерения (МПа), так и в других (кг/см2, ньютон*м2).

    Сталь и несколько разных её марок

    Значения показателей упругости стали разнятся, так как существуют сразу несколько модулей , которые исчисляются и высчитываются по-разному. Можно заметить тот факт, что в принципе сильно показатели не разнятся, что свидетельствует в пользу разных исследований упругости различных материалов. Но сильно углубляться во все вычисления, формулы и значения не стоит, так как достаточно выбрать определённое значение упругости, чтобы уже в дальнейшем ориентироваться на него.2 .

    Данная информация поможет разобраться с самим понятием модуля упругости, а также ознакомиться с основными значения данной характеристики для стали, стальных изделий, а также для нескольких других материалов.

    Следует помнить, что показатели модуля упругости разные для различных сплавов стали и для различных стальных конструкций, которые содержат в своём составе и другие соединения. Но даже в таких условиях, можно заметить тот факт, что различаются показатели ненамного. Величина модуля упругости стали практически зависит от структуры. а также от содержания углерода. Способ горячей или холодной обработки стали также не может сильно повлиять на этот показатель.

    Марки стали и сплавы в России от «МеталлЭнергоХолдинг»

    Краткие обозначения:
    σв - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
      ε - относительная осадка при появлении первой трещины, %
    σ0,05 - предел упругости, МПа
      Jк - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
    σ0,2 - предел текучести условный, МПа
      σизг - предел прочности при изгибе, МПа
    δ5,δ4,δ10 - относительное удлинение после разрыва, %
      σ-1 - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
    σсж0,05 и σсж - предел текучести при сжатии, МПа
      J-1 - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
    ν - относительный сдвиг, %
      n - количество циклов нагружения
    sв - предел кратковременной прочности, МПа   R и ρ - удельное электросопротивление, Ом·м
    ψ - относительное сужение, %
      E - модуль упругости нормальный, ГПа
    KCU и KCV - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2   T - температура, при которой получены свойства, Град
    sT - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа   l и λ - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
    HB - твердость по Бринеллю
      C - удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
    HV
    - твердость по Виккерсу   pn и r - плотность кг/м3
    HRCэ
    - твердость по Роквеллу, шкала С
      а - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), 1/°С
    HRB - твердость по Роквеллу, шкала В
      σtТ - предел длительной прочности, МПа
    HSD
    - твердость по Шору   G - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

    Сталь Ст3 - Металлургическая компания

    Зарубежные аналоги марки стали Ст3
    США A284Gr.D, A57036, A573Gr.58, A611Gr.C, GradeC, K01804, K02001, K02301, K02502, K02601, K02701, K02702, M1017
    Германия 1.0038, 1.0116, DC03, Fe360B, Fe360D1, RSt37-2, RSt37-3, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2, St37-2, St37-3, St37-3G
    Япония SS330, SS34, SS400
    Франция E24-2, E24-2NE, E24-3, E24-4, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2
    Англия 1449-2723CR, 1449-3723CR, 3723HR, 40B, 40C, 40D, 4360-40B, 4360-40D, 4449-250, 722M24, Fe360BFU, Fe360D1FF, HFS3, HFS4, HFW3, HFW4, S235J2G3, S235JR, S235JRG2
    Евросоюз Fe37-3FN, Fe37-3FU, Fe37B1FN, Fe37B1FU, Fe37B3FN, Fe37B3FU, S235, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2
    Италия Fe360B, Fe360BFN, Fe360C, Fe360CFN, Fe360D, Fe360DFF, Fe37-2, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2
    Бельгия FE360BFN, FE360BFU, FED1FF
    Испания AE235BFN, AE235BFU, AE235D, Fe360BFN, Fe360BFU, Fe360D1FF, S235J2G3, S235JRG2
    Китай Q235, Q235A, Q235A-B, Q235A-Z, Q235B, Q235B-Z, Q235C
    Швеция 1312, 1313
    Болгария BSt3ps, BSt3sp, Ew-08AA, S235J2G3, S235JRG2, WSt3ps, WSt3sp
    Венгрия Fe235BFN, Fe235D, S235J2G3, S235JRG2
    Польша St3S, St3SX, St3V, St3W
    Румыния OL37.1, OL37.2, OL37.4
    Чехия 11375, 11378
    Финляндия FORM300H, RACOLD03F, RACOLD215S
    Австрия RSt360B

    Таблица свойств материалов для конструкционной стали S235, S275, S355, S420

    Расчетные значения свойств конструкционной стали

    Номинальные значения предела текучести и временного сопротивления конструкционной стали

    Для расчета конструкций в соответствии с Еврокодом 3 (EN1993-1-1) номинальные значения предела текучести f y и предела прочности f u для конструкционной стали получены как упрощение из EN1993-1. -1 Таблица 3.1, который воспроизводится выше в табличном формате.

    Приведенные значения для f y и f u являются номинальными значениями. При проектировании конструкции применяются соответствующие коэффициенты запаса прочности, такие как коэффициенты γ M0 , γ M1 , γ M2 и т. Д. В соответствии с EN1993-1-1 §6.1.

    Классы стали определены в соответствующих стандартах:

    • EN 10025-2 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей.Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей

    • EN 10025-3 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нормализованного проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей

    • EN 10025-4 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки термомеханического проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей

    • EN 10025-5 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей.Технические условия поставки конструкционных сталей повышенной стойкости к атмосферной коррозии

    • EN 10025-6 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии

    • EN 10210-1 Горячекатаные полые профили конструкционные из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке

    • EN 10219-1 Холодногнутые сварные полые профили конструкционные из нелегированных и мелкозернистых сталей.Технические требования к поставке

    Удельный вес и плотность конструкционной стали

    Удельный вес конструкционной стали указан в стандарте проектирования EN 1991-1-1, таблица A.4, в диапазоне от 77,0 кН / м 3 до 78,5 кН / м 3 . При проектировании конструкций принято считать, что удельный вес конструкционной стали равен γ = 78,5 кН / м 3 , а плотность конструкционной стали приблизительно ρ = 7850 кг / м 3 .

    Модуль упругости конструкционной стали

    Модуль упругости (модуль Юнга) конструкционной стали указан в стандарте проектирования EN 1993-1-1, раздел 3.2.6. Для расчета конструкции модуль упругости конструкционной стали принят как E = 210000 МПа.

    Расчетные значения дополнительных механических свойств материала для конструкционной стали

    Согласно EN1993-1-1 §3.2.6, расчетные значения свойств материала и коэффициентов для конструкционной стали составляют:

    Модуль упругости (модуль Юнга):
    E = 210000 МПа
    Модуль сдвига:
    G = E / [2⋅ (1 + ν )] = 80769 МПа ≈ 81000 МПа
    Коэффициент Пуассона в диапазоне упругости:
    ν = 0.30
    Коэффициент линейного теплового расширения:
    α = 12 × 10 -6 ° K -1

    Согласно EN1991-1-3 §3.2.6, для расчета структурных эффектов неравных температур в композитных бетонно-стальных конструкциях согласно EN 1994 коэффициент линейного теплового расширения может быть принят равным α = 10 × 10 -6 ° K -1 , т.е. такой же, как коэффициент теплового расширения бетона.

    Конструкционные стали S235, S275, S355, S420 и их свойства

    Конструкционные стали - это черные металлы, которые относятся к группе мягких сталей. В этом посте мы расскажем об использовании, механических свойствах и химическом составе наиболее часто используемых марок - S235, S275, S355 и S420.

    Применение конструкционной стали

    Конструкционные стали являются наиболее распространенными среди сталей из-за их достаточных качеств и сравнительно невысокой цены.Такое сочетание делает их полезными в разных секторах. Ежегодно в строительстве зданий используется около 25% конструкционных сталей.

    Инженеры-механики отдают предпочтение ему при создании машин, которые не имеют особых требований, таких как высокая прочность или устойчивость к большим нагрузкам.

    Иногда важна устойчивость материала к износу при сохранении самого низкого веса. Это, например, относится к лесозаготовительной и горнодобывающей технике. В таком случае рекомендуется использовать износостойкие и высокопрочные стали, такие как Hardox и Strenx.

    Защита от коррозии

    Конструкционная сталь требует дополнительного слоя защиты от атмосферных воздействий. Они легко подвержены коррозии, поэтому порошковое покрытие обычно используется независимо от окружения машины - внутри или снаружи. Для получения стойкого покрытия металлическую поверхность необходимо предварительно обработать (химическое травление или фосфатирование) и очистить (струйная очистка, промывка или протирка).

    Коррозия не проходит, несмотря на краску

    Еще одним более надежным способом защиты конструкционной стали от коррозии является гальваника.Качество и применимость цинкового покрытия зависит от химического состава стали - решающее значение имеет процентное содержание фосфора (P) и кремния (Si):

    • Si + 2,5P <0,05% = качество 1-го класса
    • 0,05% ≤Si + 2,5P≤0,15% = плохой результат (диапазон Sandelin)
    • 0,15%
    • 0,25%

    В более суровых условиях вместо них используются нержавеющие стали, чаще всего AISI 304 или AISI 316.

    Механические свойства конструкционной стали

    Предел прочности, R м , МПа (Н / мм2) 0,2% Предел текучести, R p0, 2 мин , (МПа) Твердость по Бринеллю, HB макс.

    С235

    360–510 235 100–154

    С275

    370–530 275 121–163

    S355

    470–630 355 146–187

    S420

    480–620 420 143–184

    Если вы еще не знакомы с различными механическими свойствами материалов, вы можете начать здесь.Число в названии конструкционной стали - это предел текучести. Он указывает максимальную нагрузку в МПа, которая не заканчивается пластической деформацией. Напряжение выше этого значения приведет к необратимой деформации металла. В случае стали S235 это значение составляет 235 МПа. Все, что ниже, приводит к упругой деформации, а это означает, что ваша деталь восстановит свою прежнюю форму после снятия нагрузки.

    Прочность на растяжение относится к максимальной нагрузке, при которой металл не разрушается. Продолжая пример S235, это значение находится где-то между 360… 510 МПа.Хотя он заметно выше, чем предел текучести, вы должны учитывать значение предела текучести при выборе материала, подходящего для ваших условий. Это связано с тем, что превышение предела прочности означает отказ, а превышение предела текучести заканчивается только деформацией.

    Таблица свойств показывает, что чем выше марка, тем выше прочность. Стали S235 и S355 являются самыми популярными среди представленных здесь, так как они удовлетворяют большинство потребностей. S275 не находит особого применения, и его может быть труднее найти.S420 подходит для тех, кому нужна более высокая прочность, но он также может быть доступен не у всех производителей.

    Показатели твердости всех конструкционных сталей довольно низкие. При необходимости эти значения могут быть улучшены путем упрочнения.

    Классификация и ударопрочность

    Вы можете найти разные буквы до и после цифр, которые мы уже объяснили. Конструкционные стали имеют префикс S, обозначающий… конструкционные стали. Существует множество альтернатив - например, P для сталей для сосудов высокого давления - предназначенных для различных применений.

    Ферритные стали меняют свое поведение в зависимости от температуры. Они становятся более хрупкими при более низких температурах и немного более пластичными при более высоких температурах. Это необходимо учитывать, когда этого требуют условия. Конструкция, которая остается снаружи зимой при -20 ° C, может быть сбита вилочным погрузчиком и привести к хрупкому разрушению. Следовательно, вы должны выбрать сталь с правильной ударопрочностью.

    Ударопрочность

    Температура

    Код удара Испытание на прочность Температурный код Температура испытания
    Дж 27 Дж R +20 ° С
    К 40 Дж 0 0 ° С
    л 60 Дж 2 -20 ° С

    S235JR и S235L2 по-разному действуют при столкновении с ударами.J указывает, что он может принять удар с максимальной энергией 27 джоулей, K 40 джоулей и L 60 джоулей. R означает, что минимальная температура для этой емкости соответствует комнатной температуре (20 ° C), 0 означает 0 ° C и 2 означает -20 ° C. Таким образом, S235JR может выдержать только 27 Джоулей при комнатной температуре, а S235L2 - 60 Джоулей при -20 ° C. Все это хорошо показано в видео ниже об испытании на удар по Шарпи.

    Испытание на удар по Шарпи

    Когда вы сталкиваетесь со сталью с названием S235J0 + N, теперь она нормализована.Нормализация - это метод термообработки стали, используемый для улучшения ее кристаллической структуры и обеспечения более равномерного распределения зерен по размерам. Устраняет внутренние напряжения и деформации. Это, в свою очередь, улучшает обрабатываемость стали, ее вязкость и пластичность без ущерба для твердости и прочности.

    Хотя есть и другие суффиксы, которые вы можете увидеть, мы ограничиваемся наиболее распространенными. Последний из которых - MC. Сталь S355MC подвергается термомеханической обработке, что позволяет сочетать ее прочность с подходящими характеристиками для холодной штамповки, например, гибки.

    Химический состав

    Состав Химический состав,% по массе

    С235

    С275

    S355

    S420

    Марганец (Mn) макс. 1,6 1,6 1,6 1,6
    Кремний (Si) макс. 0,05 0.05 0,05 0,5
    Углерод (C) макс. 0,22 0,25 0,23 0,12
    Фосфор (P) макс. 0,05 0,04 0,05 0,025
    Сера (S) макс. 0,05 0,05 0,05 0,015

    Точный химический состав будет меняться в зависимости от необходимой прочности.Например, более прочная конструкционная сталь, которая должна быть устойчивой к погодным условиям (например, S355W), будет иметь несколько иной химический состав, чем стандартная S355.

    Даже если химический состав практически идентичен, комбинация различных производственных процессов (прокатка, термообработка и охлаждение) определяет конечную прочность. Например, чем больше прокатывается стали, тем она прочнее.

    Стальные эквиваленты EN

    Конструкционная сталь, например, может быть более известна как сталь марки S355.Но каждая конструкционная сталь, которую мы упомянули в этой статье, имеет эквивалент EN. Выделим самые распространенные:

    • S235JR - EN 1.0038
    • S235J2 - EN 1.0117
    • S275JR - EN 1.0044
    • S275J2 - EN 1.0145
    • S355JR - EN 1.0045
    • S355J0 - EN 1.0553
    • S355J2 - EN 1.0577
    • S420M - EN 1.8827

    Что выбрать?

    Это действительно зависит от ваших потребностей. Вы собираетесь вырезать только какие-то металлические детали лазером? Хотите потом согнуть детали? Какое покрытие необходимо по условиям? Какую нагрузку он несет?

    Проще говоря, лучший материал стоит дороже.В случае сборок лучше всего сводить количество различных материалов к минимуму, потому что в противном случае к окончательной цене прибавятся все виды затрат на установку.

    Самый распространенный метод выбора - по значению предела текучести. Ваши потребности могут быть рассчитаны с помощью структурного анализа. Самый простой способ сделать это - использовать параметры моделирования, доступные в большинстве программ 3D CAD. Критические точки все же следует проверять ручным расчетом, чтобы убедиться, что хотя бы порядок величины правильный.

    Не все бывает всех размеров и толщины. Тем более, что не все есть в наличии. Листы холоднокатаные до 3 мм, из них - горячекатаные. Холоднокатаные имеют преимущество более однородной структуры. S355MC также обеспечивает однородную структуру и хорошие свойства изгиба, если для вашей конструкции требуются металлы толщиной более 3 мм. Если чем тоньше, тем лучше, используйте DC01 (другой класс стали).

    Вы можете спросить, почему 2 производителя предлагают очень разные цены на «один и тот же материал», если вы спросите S235.Потому что нет такой стали, как S235 - суффиксы присутствуют всегда. Кто-то может предложить вам больше качества. Убедитесь, что вы знаете, что получаете, спросив, какой именно металл используется. Если вам нужно качество, просите его. Если вам нужна низкая цена, спрашивайте.

    Если у вас есть готовые файлы САПР, вы можете мгновенно получить расценки на лазерную резку и гибку на нашей платформе. Это также поможет вам сравнить стоимость различных материалов.

    Свойства стального материала - SteelConstruction.info

    Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от способа производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций. В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов. Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

     

    Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

    [вверх] Свойства материала, необходимые для проектирования

    Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:


    Для проектирования механические свойства основаны на минимальных значениях, указанных в соответствующем стандарте на продукцию. Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется стандартами на продукцию.Прочность зависит от конкретного типа сплава - обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

    [вверху] Факторы, влияющие на механические свойства

    Сталь

    приобретает свои механические свойства благодаря сочетанию химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основным компонентом стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может оказать заметное влияние на свойства стали. Прочность стали можно повысить, добавив такие сплавы, как марганец, ниобий и ванадий.Однако эти добавки в сплав также могут отрицательно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

    Сведение к минимуму уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить добавлением никеля. Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.

    Легирующие элементы также вызывают различную реакцию, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры.Производственный процесс может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

    Механическая обработка осуществляется во время прокатки или формовки стали. Чем больше прокатывается стали, тем прочнее она становится. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение предела текучести с увеличением толщины материала.

    Эффект термической обработки лучше всего объясняется с помощью различных технологических процессов, которые могут быть использованы при производстве стали, основными из которых являются:

    • Сталь после проката
    • Сталь нормализованная
    • Сталь нормализованный прокат
    • Сталь термомеханически прокатанная (ТМР)
    • Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь.


    Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C. Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают примерно до 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, в частности, ударную вязкость. Нормализованная прокатка - это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C.Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала. Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение "N".

    Использование высокопрочной стали может уменьшить объем необходимой стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, а также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять распространению пластичных трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, которые могут быть достигнуты только с низкоуглеродистыми чистыми сталями и за счет максимального измельчения зерна.Реализация процесса термомеханической прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этой цели.

    Термомеханически прокатанная сталь использует особый химический состав стали, что обеспечивает более низкую конечную температуру прокатки примерно до 700 ° C. Для прокатки стали при таких более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются, если повторно не нагреть сталь выше 650 ° C. Сталь, подвергнутая термомеханическому прокату, имеет маркировку «М».

    Процесс обработки закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при температуре 900 ° C.Он быстро охлаждается или закаливается для производства стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой вязкостью. Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600 ° C, поддержанием температуры в течение определенного времени и затем естественным охлаждением (темперирование). Закаленная и отпущенная сталь обозначается буквой Q.

    Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Его часто используют в сочетании с отпуском, который представляет собой термообработку на второй стадии до температур ниже диапазона аустенизации.Эффект отпуска заключается в смягчении ранее закаленных структур и их повышении прочности и пластичности.

     

    Схематический график температуры / времени процессов прокатки

    [наверх] Прочность

    [вверху] Предел текучести

    Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое может понадобиться проектировщику, поскольку это основа, используемая для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах для конструкционных углеродистых сталей (включая погодостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 - это конструкционная сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

    Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений предела прочности на разрыв (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

    [вверх] Горячекатаный прокат

    Для горячекатаных углеродистых сталей цифра в обозначении представляет собой значение предела текучести для материала толщиной до 16 мм. Разработчикам следует учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый материал, и обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальный предел текучести и минимальный предел прочности на растяжение показаны в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 [1] .

    Минимальная текучесть и предел прочности для обычных марок стали
    Марка Предел текучести (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм) Прочность на разрыв (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)
    т ​​≤ 16 16 40 63 3 100
    S275 275 265 255 245 410 400
    S355 355 345 335 325 470 450

    Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 [2] позволяет использовать минимальное значение текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f y и минимального значения растяжения. прочность f u использовать в качестве номинального (характеристического) временного предела прочности.

    Подобные значения даны для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в соответствии с BS EN 10210-1 [3] .

    [вверх] Холодногнутые стали

    Существует широкий спектр марок стали для полосовой стали, пригодной для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 [4] .

    BS EN 1993-1-3 [5] содержит в таблице значения базового предела текучести f yb и предела прочности на растяжение f u , которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

    [вверху] Нержавеющая сталь

    Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1.4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначений «S» для углеродистых сталей. Зависимость напряжение-деформация не имеет четкого различия между пределом текучести, и «предел текучести» нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах предела текучести, определенного для конкретной смещенной остаточной деформации (обычно 0,2% деформации).

    Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей составляет от 170 до 450 Н / мм². Аустенитные стали имеют более низкий предел текучести, чем обычно используемые углеродистые стали; Дуплексные стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные углеродистые стали. Как для аустенитных, так и для дуплексных нержавеющих сталей отношение предела прочности к пределу текучести больше, чем для углеродистых сталей.

    BS EN 1993-1-4 [6] содержит в таблице номинальные (характеристические) значения предела текучести f y и минимального предела прочности на растяжение f u для сталей согласно BS EN 10088-1 [7] для использование в дизайне.

    [вверху] Прочность

     

    Образец для испытаний на удар с V-образным надрезом

    Все материалы имеют дефекты. В стали эти дефекты проявляются в виде очень мелких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и привести к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с увеличением толщины, растягивающего напряжения, концентраторов напряжений и более низких температур.Вязкость стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом - см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при заданной температуре одним ударом маятника.

    В различных стандартах на продукцию указываются минимальные значения энергии удара для различных классов прочности каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основными обозначениями марок стали JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей, закаленных и отпущенных сталей (которые обычно более жесткие, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Сводка обозначений ударной вязкости приведена в таблице ниже.

    Минимальная заданная энергия удара для углеродистой стали суб-марки
    Стандартный Земляное полотно Ударная вязкость Температура испытания
    BS EN 10025-2 [1]
    BS EN 10210-1 [3]
    JR 27J 20 o С
    J0 27J 0 o С
    J2 27J -20 o С
    К2 40J -20 o С
    BS EN 10025-3 [8] N 40J -20 о с
    NL 27J -50 или с
    BS EN 10025-4 [9] M 40J -20 о с
    мл 27J -50 или с
    BS EN 10025-5 [10] J0 27J 0 o С
    J2 27J -20 o С
    К2 40J -20 o С
    J4 27J -40 o С
    J5 27J -50 o С
    BS EN 10025-6 [11] Q 30J -20 о с
    QL 30J -40 o с
    QL1 30J -60 o с

    Для тонкостенных сталей для холодной штамповки не предъявляются требования к энергии удара для материала толщиной менее 6 мм.

    Выбор подходящего подкласса для обеспечения соответствующей прочности в расчетных ситуациях приведен в BS EN 1993‑1‑10 [12] и связанном с ним UK NA [13] . Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжений и т. Д. С «предельной толщиной» для каждого подкласса стали. PD 6695-1-10 [14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору подходящего подкласса дано в ED007.

     

    Эти правила проектирования были разработаны для конструкций, подверженных усталости, таких как мосты и опорные конструкции кранов, и признано, что их использование для зданий, где усталость играет второстепенную роль, является чрезвычайно безопасным.

    Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не учитывается при проектировании. Эти новые пределы были получены с использованием того же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Используется слово «уменьшить», поскольку предполагать, что никакого роста вообще нет, означало бы полностью устранить эффект утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основании ориентировочных указаний стандарта DIN.

    Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции - в действительности, может иметь место некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не рассматривается - подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины за период до 20 000 циклов. Эксперты из Ахенского университета (которые участвовали в разработке Еврокода) дали это важнейшее выражение.

    Дополнительная информация доступна в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

    Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 [15] . BS EN 1993-1-4 [6] утверждает, что аустенитные и дуплексные стали достаточно прочны и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

    [вверху] Пластичность

    Пластичность - это мера степени, в которой материал может деформироваться или удлиниться между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже.Проектировщик полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому проектные допущения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.

     

    Напряжение - деформация стали

    [вверх] Свариваемость

     

    Приваривание ребер жесткости к большой сборной балке
    (Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd)

    Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное плавление стали, которая впоследствии остывает.Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, например балка предлагает большой «теплоотвод», а сварной шов (и вводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (HAZ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

    Склонность к охрупчиванию также зависит от легирующих элементов, главным образом, но не исключительно, от содержания углерода. Эту восприимчивость можно выразить как «углеродный эквивалент» (CEV), и различные стандарты продукции для углеродистой стали содержат выражения для определения этого значения.

    BS EN 10025 [1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых изделий из конструкционной стали, и это простая задача для тех, кто контролирует сварку, чтобы гарантировать, что используемые спецификации процедуры сварки соответствуют соответствующей марке стали и CEV.

    [вверх] Прочие механические свойства стали

    Другие важные для проектировщика механические свойства конструкционной стали включают:

    • Модуль упругости, E = 210 000 Н / мм²
    • Модуль сдвига, G = E / [2 (1 + ν )] Н / мм², часто принимается равным 81 000 Н / мм²
    • Коэффициент Пуассона, ν = 0.3
    • Коэффициент теплового расширения, α = 12 x 10 -6 / ° C (в диапазоне температур окружающей среды).

    [вверху] Прочность

     

    Нанесение защиты от коррозии на месте
    (Изображение любезно предоставлено Hempel UK Ltd.)

    Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя доступны специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением является погодостойкая сталь.

    Наиболее распространенными способами защиты конструкционной стали от коррозии являются окраска или гальваника. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. Д. Во многих случаях во внутренних сухих условиях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.

    [вверх] Погодостойкая сталь

    Атмосферостойкая сталь

    - это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную «патину» от ржавчины, которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.

     

    Ангел Севера

    [вверху] Нержавеющая сталь

     

    Типовые кривые напряжение-деформация для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

    Нержавеющая сталь - это материал с высокой коррозионной стойкостью, который можно использовать в конструкциях, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие классы воздействия в типичных условиях окружающей среды приведены ниже.

    Поведение нержавеющих сталей при растяжении отличается от углеродистых сталей во многих отношениях. Наиболее важное различие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение до предела текучести и плато перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлую реакцию без четко определенного предела текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретной остаточной деформации смещения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, на котором показаны типичные экспериментальные кривые напряжение-деформация для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут быть поставлены, и не должны использоваться при проектировании.

    Механические свойства обычных нержавеющих сталей согласно EN 10088-4 [15]
    Описание Марка Минимум 0.Предел текучести 2% (Н / мм 2 ) Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) Относительное удлинение при разрыве (%)
    Основные хромоникелевые аустенитные стали 1.4301 210 520–720 45
    1.4307 200 500–700 45
    Молибден-хромникелевые аустенитные стали 1.4401 220 520–670 45
    1.4404 220 520–670 45
    Дуплексные стали 1,4162 450 650–850 30
    1.4462 460 640–840 25

    Механические свойства относятся к горячекатаному листу. Для холоднокатаной и горячекатаной полосы указанные значения прочности на 10-17% выше.

    Рекомендации по выбору нержавеющей стали
    BS EN ISO 9223 [16] Класс атмосферной коррозии Типичная внешняя среда Подходящая нержавеющая сталь
    C1 (очень низкий) Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность) 1.4301 / 1.4307, 1.4162
    C2 (Низкий) Засушливые или низкие уровни загрязнения (сельские районы) 1.4301 / 1.4307, 1.4162
    C3 (средний) Прибрежные районы с небольшими отложениями соли
    Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением
    1.4401 / 1.4404, 1.4162
    (1.4301 / 1.4307)
    C4 (высокий) Загрязненная городская и промышленная атмосфера
    Прибрежные районы с умеренными солевыми отложениями
    Дорожная среда с солями для защиты от обледенения
    1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы
    C5 (Очень высокий) Сильно загрязненная промышленная среда с высокой влажностью
    Морская среда с высокой степенью солевых отложений и брызг
    1.4462, другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы

    Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут быть экономически неэффективными. Материалы в скобках могут быть рассмотрены, если допустима умеренная коррозия. Накопление коррозионных загрязнителей и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может потребоваться выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

    [вверх] Список литературы

    1. 1.0 1,1 1,2 BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей, BSI.
    2. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие правила и правила для зданий, BSI
    3. 3,0 3,1 BS EN 10210-1: 2006 Конструкционные полые профили горячей обработки из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
    4. ↑ BS EN 10346: 2015 Стальной плоский прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. BSI
    5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила - Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов, BSI.
    6. 6,0 6,1 BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
    7. ↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющие стали.Список нержавеющих сталей, BSI
    8. ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3: Технические условия поставки нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
    9. ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4: Технические условия поставки термомеханического проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
    10. ↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5: Технические условия поставки для конструкционных сталей с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, BSI
    11. ↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 6: Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии, BSI
    12. ↑ BS EN 1993-1-10: 2005 Еврокод 3.Проектирование металлоконструкций. Прочность материала и свойства по толщине, BSI.
    13. ↑ NA к BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. BSI
    14. ↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций согласно BS EN 1993-1-10. BSI
    15. 15,0 15,1 BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листов и полос из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
    16. ↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. BSI

    [вверх] Ресурсы

    [вверху] См. Также

    Свойства и применение сталей серии S (235, 275 и 355)

    Большая часть производства листового металла производится из различных типов стали. Сталь обрабатывается не только как листовой продукт, но и в других формах, таких как профили, трубные катушки, инструменты, трубы, конструктивные элементы, в зависимости от требований рынка.Конструкционный тип стали (серия S) будет подробно упомянут в этом посте. В заключительной части также будет кратко упомянута сталь, используемая в инструментах и ​​станках. В этом посте будут рассмотрены только листы конструкционной стали, хотя существенных различий по сравнению с другими видами стали, используемыми в зданиях, не существует.

    Строительство мостов, машин, судов, сельскохозяйственных машин, компонентов строительной техники, таких как краны и экскаваторы, проекты инфраструктурных объектов и жилых / коммерческих зданий - вот некоторые из областей использования конструкционной стали.Готовые стальные изделия должны пройти несколько процессов обработки металла.

    Прочитав нашу статью, вы узнаете:

    • Что такое конструкционная сталь;
    • Элементный состав конструкционных сталей имеют;
    • Механические и физические свойства конструкционных сталей;
    • Дополнительные знания о прочных и высокопрочных сталях;
    • Существуют различия между конструкционной сталью и сталью для машин и инструментов.

    Конструкционная сталь

    Конструкционная сталь в основном используется в зданиях и мостах.Он содержит примерно 0,25% углерода, в зависимости от требований к применению. Основными типами конструкционной стали являются S355, S235 и S275 серии S, но не ограничиваются только тремя типами. Их много, но пока они выходят за рамки этой публикации.

    Эти стали в целом характеризуются следующими свойствами:

    • Они имеют низкое содержание углерода.
    • Они мягче и пластичнее.
    • Им можно легко придать горячую или холодную форму.
    • Они могут быть правильно сварены, не становясь хрупкими.
    • Обычно они изготавливаются больших размеров для строительных целей.

    Европейские стандарты для серии S

    Конструкционная сталь, произведенная в Европе, должна соответствовать стандарту EN 10025 ЕС. Другие типы конструкционной стали серии S, о которых стоит упомянуть, - это 460, 420, 195, 235, 355 и 275. В этой статье основное внимание будет уделено типам 235, 275 и 355, которые являются наиболее часто выбираемыми типами серии S для строительных проектов.

    Обозначение S235

    S235 обобщает свойства этой конкретной конструкционной стали.Например, буква «S» в серии S указывает на «конструкционный» тип стали. Число 235 - это показатель предела текучести материала (235 МПа - Н / мм²) при толщине 16 мм. После этого начнется необратимая пластическая деформация. Дополнительные обозначения дают больше информации о материале. Обычно это комбинации букв и цифр, такие как K2, W, C, Z, JO, JR, N, NL, J2, QL, Q, ML или M, помимо буквы «S» в серии S.

    • S = Конструкция
    • Последние три цифры = Указывают предел текучести в МПа.
    • K2, J2, JO, JR = Хрупкость, определенная при испытании на удар
    • W = Атмосферостойкость
    • Z = Обозначение испытания на направленное растяжение, качество Z (35, 25, 15)
    • C = Содержит большое количество углерода, хорошо скатывается в холодную погоду.
    • N = отожженные, нормализованные и прокатанные стали
    • NL = отожженные, нормализованные и прокатанные стали с минимальной указанной ударной вязкостью при -50 °
    • Q = закаленные и отпущенные стали
    • QL = Закаленная и отпущенная сталь с минимальной указанной ударной вязкостью при -50 °
    • M = Термомеханически прокатанная сталь
    • ML = Термомеханически прокатанная сталь с минимальной указанной ударной вязкостью при -50 °

    Подробнее Щелкните здесь, чтобы найти информацию об испытаниях на ударную вязкость и значениях.

    Химический состав S355, S275 и S235

    Элементный состав является наиболее важным и определяющим фактором, влияющим на все в стали. Физико-механические свойства зависят исключительно от химического состава стали. Поскольку это очень важно, химический состав находится под контролем стандартов EN, установленных европейцами. Элементарный ингредиент различается в зависимости от цели использования. Рассмотрим, например, конструкционную сталь С235Ж2.Это тип конструкционной стали с повышенным значением твердости, поэтому он в некоторой степени отличается от обычной стали S235. Ответственные за проект органы должны тщательно рассмотреть химический состав стали в соответствии с их назначением.

    Максимальное количество добавок различных элементов в сталь можно увидеть ниже в таблице для конструкционных сталей S355, S275 и S235 из конструкционных сталей серии S.

    Марка стали Максимальный% углерода (C) Максимальный% марганца (Mn) Максимальный% фосфора (P) Максимальный% серы (S) Максимальный% кремния (Si)
    S235 0.22 1,60 0,05 0,05 0,05
    S275 0,25 1,60 0,04 0,05 0,05
    S353 0,05 0,05

    Механические свойства S355, S275 и S235 Из серии S

    Химический состав является основным параметром при определении механических свойств.Механические свойства конструкционной стали дают много информации о том, подходит она для этой цели или нет. Механические свойства включают ударную вязкость, твердость, жесткость и т. Д., Но наиболее важными механическими свойствами являются прочность на разрыв и предел текучести. Даже номенклатура этих сталей сделана в соответствии с их пределом текучести.

    Здесь вы можете найти подробное обсуждение свойств материалов.

    Податливость S355, S275 и S235

    Независимо от того, как именно используется, предел текучести, возможно, является наиболее важным механическим свойством конструкционной стали.Он определяется испытанием на растяжение и может быть исследован на кривой зависимости напряжения от деформации. Пластическая деформация начинается в точке текучести, а предел текучести - это то место, где эта конкретная точка находится на оси напряжения (МПа). Это минимальная величина силы, при которой начинается необратимая пластическая деформация. Производитель и пользователь придают большое значение пределу текучести.

    Производитель решает, какое усилие необходимо приложить, чтобы придать конструкционной стали желаемую геометрию.Читая значение предела текучести, пользователи знают, где и как использовать стальные конструкции в строительных проектах. Материалы с относительно низким пределом текучести не могут слишком долго выдерживать статические нагрузки.

    Испытание на растяжение S355, S275 и S235 из серии S

    Испытание на растяжение применяется к материалам образцов для определения предельной точки прочности на разрыв, в которой начинается образование шейки. Он указывает максимальное значение напряжения, которое может выдержать материал.Однако на практике предел текучести намного важнее, чем предел текучести, поскольку после достижения предела текучести материал уже деформирован и непригоден для использования в статических конструкциях. Если пластическая деформация уже началась, она обязательно в какой-то момент сломается. Конечно, предел прочности при растяжении нельзя полностью игнорировать. Некоторые значения можно прочитать в таблице, расположенной ниже. Как и предел текучести, значения прочности на растяжение также можно найти на кривой зависимости напряжения от деформации.

    Нажав, вы можете узнать больше о кривых зависимости напряжения от деформации для серии S.

    Марка стали Предел текучести, МПа Предел прочности при растяжении, МПа
    S235 235 МПа 310-510 МПа
    S275 2730 5 МПа
    S355 355 МПа 470-630 МПа

    Конструкционные стали Предел текучести и предел прочности при растяжении при толщине 16 мм.

    На произведенном продукте должен быть выполнен ряд процессов, в том числе плазменная / лазерная резка, обрезка кромок, сварка и фрезерование.

    Долговечные и высокопрочные стали

    Существуют различные виды стали, такие как сталь Weldox, которая имеет самый высокий предел текучести (1300 МПа) без дополнительного легирования. Эти типы сталей широко известны как высокопрочные, имеющие исключительные значения предела текучести. Dillimax и Domex - другие наиболее широко известные типы высокопрочных сталей.Они получают выгоду от компонентов и конструкций крана, которые должны выдерживать большие нагрузки. Также существуют стали с высокими значениями твердости для конкретных целей: например, стали Hardox 500 и 450 с твердостью 500 и 450 соответственно. Прежде чем вы начнете свое исследование, вы можете проверить имеющиеся у нас акции, просто щелкнув здесь.

    Узнайте больше о преимуществах высокопрочных сталей

    Станки и инструментальные стали

    Машинные стали

    Машинные стали имеют содержание углерода около 0.3% - 0,6%. Он содержит относительно небольшое количество легирующих элементов, примерно от 1,5% до 5% молибдена, ванадия, хрома и никеля. Как можно понять из названия, этот вид стали обычно используется в машинном оборудовании, как правило, во внутренних компонентах. К этим компонентам относятся шпонки, муфты, шестерни и т. Д. Машинные стали обычно характеризуются следующими свойствами:

    • Более твердые и прочные
    • Обеспечивает точную резку
    • Невозможно деформировать в холодном и частично в горячем состоянии.
    • Закаленная при сварке
    • Может быть легирована как в небольшом, так и в большом количестве.

    Инструментальные стали

    Инструментальные стали имеют содержание углерода около 0,6–1,5%. Это чрезвычайно сложно из-за высокого содержания углерода. Обильно добавлены легирующие элементы в количестве, превышающем 5%. Другое название инструментальной стали - быстрорежущая сталь (HSS), поскольку она используется в высокоскоростных операциях, таких как резка и сверление. Тепло трения, генерируемое при работе на высоких скоростях, вызывает повышение температуры, но они защищают свою твердую природу даже при повышенных температурах.Как и у любого металла и сплава, механические свойства определяются химическим составом и методами термической обработки материала.

    • Высокая твердость и прочность
    • Устойчивость к ударам
    • Легко модифицируемая
    • Высоколегированная

    Вас могут заинтересовать

    Свойства материала стали S355

    S355 - это нелегированная конструкционная сталь европейского стандарта (EN 10025-2), которая чаще всего используется после S235, где требуется большая прочность.У нее отличная свариваемость и обрабатываемость, позвольте нам увидеть больше механических деталей этой стали.

    Идентификация различных S355

    S - обозначает конструкционную сталь

    355 - обозначает минимальный предел текучести (хотя он может варьироваться в зависимости от толщины, более подробную информацию см. В разделе ниже)

    Обычно S355 будет иметь следующие вариации в зависимости от ударной вязкости при различных температурах, поскольку сталь становится более хрупкой при понижении температуры. Если ваша конструкция должна выдерживать -20 ° C, лучше и безопаснее выбрать S355J2.

    S355JR - выдерживает энергию удара 27 Дж при + 20 ° C

    S355J0 - выдерживает энергию удара 27 Дж при 0 ° C

    S355J2 - выдерживает энергию удара 27 Дж при -20 ° C

    S355K2 - выдерживает энергию удара 27 Дж при -30 ° C (40 Дж при -20 ° C)

    Иногда за ней следует буква H, например, S355J2H, здесь H означает полое сечение.

    S355 Предел текучести

    S355 назван на основе его минимального предела текучести 355 МПа (Н / мм2), однако предел текучести уменьшается при увеличении толщины более 16 мм для плоских изделий и полых профилей.

    Вот таблица, показывающая снижение предела текучести на основе толщина
    До 16 мм - 355 МПа
    16 мм 40 мм 63 мм 80 мм 100 мм

    S355 Прочность на разрыв

    Предел прочности на разрыв S355 также зависит от толщины.
    До 3 мм - от 510 МПа до 680 МПа
    3 мм
    100 мм

    S355 Плотность

    Плотность S355 составляет 7850 кг / м3, как и у всех других низкоуглеродистых сталей

    .

    Твердость S355 (твердость по Бринеллю - HB)

    Твердость для S355 J2 колеблется от 146 HB до 187 HB

    S355 Модуль Юнга

    Модуль Юнга S355 составляет от 190 до 210 ГПа, в консервативном дизайне - 190 ГПа

    S355 Аналоги

    S355 EN 10025: эквивалент 1990

    S355J2 → S355J2G4 (1.0577)

    S355K2 → S355K2G4 (1.0596)

    S355 DIN 17100 эквивалент

    S355J0 → Ст 52-3 У

    S355J2G3 → Ст 52-3 N

    S355, эквивалент ASTM

    S355 → A572 класс 50 (предел текучести 345 МПа)

    S355 эквивалент BS 4360 (британский / индийский)

    S355JR → 50 B
    S355J0 → 50 ° C
    S355J2G3 → 50 D

    S355 Химический состав

    Обозначение

    C%

    Si%

    млн%

    П%

    S%

    N%

    Cu%

    S355JR

    0.24

    0,55 1,6 0,035 0,035 0,012

    0,55

    S355J0

    0,2

    0,55

    1,6

    0,030

    0,030

    0,012

    0.55

    S355J2

    0,2

    0,55

    1,6

    0,025

    0,025

    -

    0,55

    S355K2

    0,2

    0,55

    1.6

    0,025

    0,025

    -

    0,55

    Этикетки: технические материалы, характеристики, сталь

    Конструкционная сталь

    Конструкционная сталь

    Стали марок S235, S275, S355, S450 в соответствии с EN 10025-2: 2004.

    Классификация

    Товаров> Стали > S235, S275, S355, S450

    Недвижимость

    Недвижимость

    Описание

    По умолчанию

    Пример / диапазон значений

    Общий

    Имя

    Наименование товара

    Сталь 1

    любой текст

    Тип

    Вид изделия

    Сталь марки

    Категория

    Подгруппа товара

    Сталь

    Вид

    Группа товаров

    Материалы

    Банкноты

    Примечания к товару в произвольной форме

    EN10025-2: 2004

    любой текст

    Марка

    Марка стали

    С235, С275, С355, С450

    Путь

    Место на вашем компьютере, где хранятся данные о стали

    C: \ ProgramFiles \ Geocentrix \ Repute \ 2.0 \

    Материалы \ Сталь \ Sxxx.xml

    Массовая плотность

    Массовая плотность

    Массовая плотность стали

    7850 кг / м3

    ³ 7000 кг / м3 и £ 8000 кг / м3

    Плотность

    Масса Плотность стали

    76.98 кН / м3

    ³ 68,7 кН / м3 и £ 78,5 кН / м3

    Прочность

    Предел текучести

    Начало пластической деформации

    зависит от выбранной стали

    рассчитывается автоматически

    Предел прочности

    Начало разрыва при напряжении

    зависит от выбранной стали

    рассчитывается автоматически

    Жесткость

    E (модуль Юнга)

    Модуль Юнга выбранной стали

    210 ГПа

    ³ 200 ГПа и £ 220 ГПа

    В (коэффициент Пуассона)

    Коэффициент Пуассона выбранной стали

    0.3

    ³ 0,29 и 0,31 фунта стерлингов

    Справка

    Файл справки

    Файл справки, содержащий дополнительную информацию об этом элементе

    Rex.chm

    Веб-сайт

    Веб-сайт программы

    www.geocentrix.co.великобритания / помощь /

    Интернет-ресурс с информацией о материалах - MatWeb

    MatWeb, ваш источник информации о материалах

    Что такое MatWeb? MatWeb's база данных свойств материалов с возможностью поиска включает паспорта термопластов и термореактивных полимеров, таких как АБС, нейлон, поликарбонат, полиэстер, полиэтилен и полипропилен; металлы, такие как алюминий, кобальт, медь, свинец, магний, никель, сталь, суперсплавы, сплавы титана и цинка; керамика; плюс полупроводники, волокна и другие инженерные материалы.

    Преимущества регистрации в MatWeb
    Премиум-членство Характеристика: - Данные о материалах экспорт в программы CAD / FEA, включая:

    Как найти данные о собственности в MatWeb

    Нажмите здесь, чтобы узнать, как войти материалы вашей компании в MatWeb.

    У нас есть более 150 000 материалы в нашей базе данных, и мы постоянно добавляем к этому количеству, чтобы предоставить Вам доступен самый полный бесплатный источник данных о собственности материалов в Интернете. Для вашего удобства в MatWeb также есть несколько конвертеров. и калькуляторы, которые делают общие инженерные задачи доступными одним щелчком мыши. кнопки. MatWeb находится в стадии разработки.Мы постоянно стремимся найти лучшее способы служить инженерному сообществу. Пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами с любыми комментариями или предложениями.

    База данных MatWeb состоит в основном из предоставленных таблиц данных и спецификаций. производителями и дистрибьюторами - сообщите им, что вы видели их данные о материалах на MatWeb.


    Рекомендуемый материал:
    Меламино-арамидный ламинат




    .