Пределы прочности материалов
Быстрый поиск
Определённая пороговая величина для конкретного материала, превышение которой приведёт к разрушению объекта под действием механического напряжения. Основные виды пределов прочности: статический, динамический, на сжатие и на растяжение. Например, предел прочности на растяжение — это граничное значение постоянного (статический предел) или переменного (динамический предел) механического напряжения, превышение которого разорвет (или неприемлемо деформирует) изделие. Единица измерения — Паскаль [Па], Н/мм ² = [МПа].
Предел текучести (σ
т)Величина механического напряжения, при которой деформация продолжает увеличиваться без увеличения нагрузки; служит для расчётов допустимых напряжений пластичных материалов.
После перехода предела текучести в структуре металла наблюдаются необратимые изменения: кристаллическая решетка перестраивается, появляются значительные пластические деформации.
Нередко этот параметр определяют как «напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация» [1], таким образом, отождествляя пределы текучести и упругости. Однако следует понимать, что это два разных параметра. Значения предела текучести превышают предел упругости ориентировочно на 5%.
Предел выносливости или предел усталости (σ
R)
Способность материала воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения. Этот прочностной параметр определяют как максимальное напряжение в цикле, при котором не происходит усталостного разрушения изделия после неопределенно большого количества циклических нагружений (базовое число циклов для стали Nb = 10
7). Коэффициент R (σR) принимается равным коэффициенту асимметрии цикла. Поэтому предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения обозначают как σ -1, а в случае пульсационных — как σ0.
Отметим, что усталостные испытания изделий очень продолжительны и трудоёмки, они включают анализ больших объёмов экспериментальных данных при произвольном количестве циклов и существенном разбросе значений. Поэтому чаще всего используют специальные эмпирические формулы, связывающие предел выносливости с другими прочностными параметрами материала. Наиболее удобным параметром при этом считается предел прочности.
Для сталей предел выносливости при изгибе как правило составляет половину от предела прочности: Для высокопрочных сталей можно принять:
Для обычных сталей при кручении в условиях циклически изменяющихся напряжений можно принять:
Приведённые выше соотношения стоит применять осмотрительно, потому что они получены при конкретных режимах нагружения, т.е. при изгибе и при кручении. Однако, при испытании на растяжение-сжатие предел выносливости становится примерно на 10—20% меньше, чем при изгибе.
Предел пропорциональности (σ)
Максимальная величина напряжения для конкретного материала, при которой ещё действует закон Гука, т.е. деформация тела прямо пропорционально зависит от прикладываемой нагрузки (силы). Обратите внимание, что для множества материалов достижение (но не превышение!) предела упругости приводит к обратимым (упругим) деформациям, которые, впрочем, уже не прямо пропорциональны напряжениям. При этом такие деформации могут несколько «запаздывать» относительно роста или снижения нагрузки.
Диаграмма деформации металлического образца при растяжении в координатах удлинение (Є) — напряжение (σ).
1:Предел абсолютной упругости.
2:Предел пропорциональности.
3:Предел упругости.
4:Предел текучести. (σ 0.2)
Предел прочности материалов (разрыв металлов) при растяжении и сжатии: что это такое, виды, фото
14НояСодержание статьи
- Предел прочности
- Как производится испытание на прочность
- Виды ПП
- Предел прочности на растяжение стали
- Предел текучести и временное сопротивление
- Усталость стали
- Предел пропорциональности
- Как определяют свойства металлов
- Механические свойства
- Классы прочности и их обозначения
- Формула удельной прочности
- Использование свойств металлов
- Пути увеличения прочностных характеристик
При строительстве объектов обязательно необходимо использовать расчеты, включающие подробные характеристики стройматериалов. В обратном случае на опору может быть возложена слишком большая, непосильная нагрузка, из-за чего произойдет разрушения. Сегодня поговорим о пределе прочности материала при разрыве и натяжении, расскажем, что это такое и как работать с этим показанием.
Предел прочности
ПП – будем использовать это сокращение, а также можно говорить об официальном сочетании «временное сопротивление» – это максимальная механическая сила, которая может быть применена к объекту до начала его разрушения. В данном случае мы не говорим о химическом воздействии, но подразумеваем, что нагревание, неблагоприятные климатические условия, определенная среда могут либо улучшать свойства металла (а также дерева, пластмассы), либо ухудшать.
Ни один инженер не использует при проектировании крайние значения, потому что необходимо оставить допустимую погрешность – на окружающие факторы, на длительность эксплуатации. Рассказали, что называется пределом прочности, теперь перейдем к особенностям определения.
Как производится испытание на прочность
Изначально особенных мероприятий не было. Люди брали предмет, использовали его, а как только он ломался, анализировали поломку и снижали нагрузку на аналогичное изделие. Теперь процедура гораздо сложнее, однако, до настоящего времени самый объективный способ узнать ПП – эмпирический путь, то есть опыты и эксперименты.
Все испытания проходят в специальных условиях с большим количеством точной техники, которая фиксирует состояние, характеристики подопытного материала. Обычно он закреплен и испытывает различные воздействия – растяжение, сжатие. Их оказывают инструменты с высокой точностью – отмечается каждая тысячная ньютона из прикладываемой силы. Одновременно с этим фиксируется каждая деформация, когда она происходит. Еще один метод не лабораторный, а вычислительный. Но обычно математический анализ используется вместе с испытаниями.
Определение термина
Образец растягивается на испытательной машине. При этом сначала он удлиняется в размере, а поперечное сечение становится уже, а затем образуется шейка – место, где самый тонкий диаметр, именно здесь заготовка разорвется. Это актуально для вязких сплавов, в то время как хрупкие, к ним относится чугун и твердая сталь, растягиваются совсем незначительно без образования шейки. Подробнее посмотрим на видео:
Виды ПП
Временное сопротивление разрыву определяют по различным воздействиям, согласно этому его классифицируют по:
- сжатию – на образец действуют механические силы давления;
- изгибу – деталь сгибают в различные стороны;
- кручению – проверяется пригодность для использования в качестве крутящегося вала;
- растяжению – подробный пример проверки мы привели выше.
Предел прочности на растяжение стали
Стальные конструкции давно заменили прочие материалы, так как они обладают отличными эксплуатационными характеристиками – долговечностью, надежностью и безопасностью. В зависимости от применяемой технологии, он подразделяется на марки. От самой обычной с ПП в 300 Мпа, до наиболее твердой с высоким содержанием углерода – 900 Мпа. Это зависит от двух показателей:
- Какие способы термообработки применялись – отжиг, закалка, криообработка.
- Какие примеси содержатся в составе. Одни считаются вредными, от них избавляются для чистоты сплава, а вторые добавляют для укрепления.
Предел текучести и временное сопротивление
Новый термин обозначается в технической литературе буквой Т. Показатель актуален исключительно для пластичных материалов и обозначает, как долго может деформироваться образец без увеличения на него внешней нагрузки.
Обычно после преодоления этого порога кристаллическая решетка сильно меняется, перестраивается. Результатом выступают пластические деформации. Они не являются нежелательными, напротив, происходит самоупрочнение металла.
Усталость стали
Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.
Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.
Предел пропорциональности
Это показатель, определяющий длительность оказываемых нагрузок к деформации тела. При этом оба значения должны изменяться в разный степени по закону Гука. Простыми словами: чем больше оказывается сжатие (растяжение), тем сильнее деформируется образец.
Значение каждого материала находится между абсолютной и классической упругостью. То есть если изменения обратимы, после того как сила перестала действовать (форма стала прежняя – пример, сжатие пружины), то такие параметры нельзя называть пропорциональными.
Как определяют свойства металлов
Проверяют не только то, что называют пределом прочности, но и остальные характеристики стали, например, твердость. Испытания проводят следующим образом: в образец вдавливают шарик или конус из алмаза – наиболее прочной породы. Чем крепче материал, тем меньше след остается. Более глубокие, с широким диаметром отпечатки остаются на мягких сплавах. Еще один опыт – на удар. Воздействие оказывается только после заранее сделанного надреза на заготовке. То есть разрушение проверяется для наиболее уязвимого участка.
Механические свойства
Различают 5 характеристик:
- Предел прочности стали при растяжении и на разрыв это – временное сопротивление внешним силам, напряжение, возникающее внутри.
- Пластичность – это возможность деформироваться, менять форму, но сохранять внутреннюю структуру.
- Твердость – готовность встретиться с более твердым материалом и не получить значительных ущербов.
- Ударная вязкость – способность сопротивляться ударам.
- Усталость – длительность сохранения качеств под воздействием цикличных нагрузок.
Классы прочности и их обозначения
Все категории записаны в нормативных документах – ГОСТах, по ним все российские предприниматели изготавливают любой металлопрокат и прочие металлические изделия. Вот соответствие обозначения и параметра в таблице:
| Класс | Временное сопротивление, Н/мм2 |
| 265 | 430 |
| 295 | 430 |
| 315 | 450 |
| 325 | 450 |
| 345 | 490 |
| 355 | 490 |
| 375 | 510 |
| 390 | 510 |
| 440 | 590 |
Видим, что для некоторых классов остается одинаковыми показатели ПП, это объясняется тем, что при равных значениях у них может различаться текучесть или относительное удлинение. В зависимости от этого возможна различная максимальная толщина металлопроката.
Формула удельной прочности
R с индексом «у» – обозначение данного параметра в физике. Рассчитывается как ПП (в записи – R) поделенное на плотность – d. То есть этот расчет имеет практическую ценность и учитывает теоретические знания о свойствах стали для применения в жизни. Инженеры могут сказать, как меняется временное сопротивление в зависимости от массы, объема изделия. Логично, что чем тоньше лист, тем легче его деформировать.
Формула выглядит так:
Ry = R/d
Здесь будет логичным объяснить, в чем измеряется удельный предел прочности. В Н/мм2 – это вытекает из предложенного алгоритма вычисления.
Использование свойств металлов
Два важных показателя – пластичность и ПП – взаимосвязаны. Материалы с большим первым параметром намного медленнее разрушаются. Они хорошо меняют свою форму, подвергаются различным видам металлообработке, в том числе объемной штамповке – поэтому из листов делают элементы кузова автомобиля. При малой пластичности сплавы называют хрупкими. Они могут быть очень твердыми, но при этом плохо тянуться, изгибаться и деформироваться, например, титан.
Сопротивление
Есть два типа:
- Нормативное – прописано для каждого типа стали в ГОСТах.
- Расчетное – получается после вычислений в конкретном проекте.
Первый вариант скорее теоретический, для практических задач используется второй.
Пути увеличения прочностных характеристик
Есть несколько способов это сделать, два основных:
- добавка примесей;
- термообработка, например, закал.
Иногда они используются вместе.
Общие сведения о сталях
Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:
Также посмотрим более подробное видео:
Все они обладают химическими свойствами и механическими. Ниже подробнее поговорим о способах увеличения прочности, но для начала представим схему, на которой представлены все разновидности:
Углерод
Чем больше углеродность вещества, тем выше твердость и меньше пластичность. Но в составе не должно быть более 1% химического компонента, так как большее количество приводит к обратному эффекту.
Марганец
Очень полезная добавка, но при массовой доле не более двух процентов. Обычно Mn добавляют для улучшения качеств обрабатываемости. Материал становится более подвержен ковке и свариванию. Это объясняется вытеснением кислорода и серы.
Кремний
Эффективно повышает прочностные характеристики, при этом не затрагивая пластичность. Максимальное содержание – 0,6%, иногда достаточно и 0,1%. Хорошо сочетается с другими примесями, в совокупности можно увеличить устойчивость к коррозии.
Азот и кислород
Если они попадают в сплав, но ухудшают его характеристики, при изготовлении от них пытаются избавиться.
Легирующие добавки
Также можно встретить следующие примеси:
- Хром – увеличивает твёрдость.
- Молибден – защищает от ржавчины.
- Ванадий – для упругости.
- Никель – хорошо влияет на прокаливаемость, но может привести к хрупкости.
Эти и другие химические вещества должны применяться в строгих пропорциях в соответствии с формулами. В статье мы рассказали про предел прочности (кратковременное сопротивление) – что это, и как с ним работать. Также дали несколько таблиц, которым можно пользоваться при работе. В качестве завершения, давайте посмотрим видеоролик:
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.
| Материал | σв | ||
|---|---|---|---|
| кгс/мм2 | 107 Н/м2 | МПа | |
| Металлы | |||
| Алюминий | 8-11 | 7,8-10,8 | 78-108 |
| Алюминий отожженный | 9,1-10,95 | 8,96-10,75 | 89-108 |
| Бериллий | 14 | 13,8 | 138 |
| Бронза (91 % Cu + 6 % Sn + 3 % Zn) | 20-38 | 19,6-37,3 | 196-373 |
| Ванадий | 18-45 | 17,6-44,2 | 176-442 |
| Вольфрам | 120-140 | 118,0-137,5 | 1180-1375 |
| Вольфрам отожженный | 71,3-82,5 | 69,9-80,9 | 699-809 |
| Дюраль | 40-50 | 39,2-49,1 | 392-491 |
| Железо кованное | 40-60 | 39,2-58,9 | 392-589 |
| Гафний | 35-45 | 34,5-44,2 | 345-442 |
| Золото | 14-16 | 13,8-15,7 | 138-157 |
| Золото отожженное | 12,6 | 12,4 | 124 |
| Инвар | 78 | 76,5 | 765 |
| Индий | 5,1 | 5,05 | 50,5 |
| Кадмий | 6,4 | 6,3 | 63 |
| Кальций | 6,1 | 6 | 60 |
| Кобальт отожженный | 49,8 | 48,9 | 489 |
| Константан (60 % Cu + 40 % Ni) | 32 | 31,4 | 314 |
| Латунь (66 % Cu + 34 % Zn) | 10-20 | 9,8-19,6 | 98-196 |
| Магний | 18-25 | 17,6-24,5 | 176-245 |
| Магний литой | 30 | 29,4 | 294 |
| Медь | 22-24 | 21,6-23,5 | 216-235 |
| Медь деформированная | 20,4-25,5 | 20-25 | 200-250 |
| Молибден | 40-70 | 39,3-68,6 | 393-686 |
| Молибден литой | 31,4 | 30,8 | 308 |
| Никель | 40-50 | 39,3-49,1 | 393-491 |
| Ниобий | 35-50 | 34,5-49,1 | 345-491 |
| Ниобий отожженный | 32,8-41,4 | 32,2-40,6 | 320-406 |
| Олово | 1,7-2,5 | 1,7-2,5 | 17-25 |
| Олово литое | 1,5-2,5 | 1,5-2,4 | 15-24 |
| Палладий | 18-20 | 17,6-19,6 | 176-196 |
| Палладий литой | 18,6 | 18,2 | 182 |
| Платина | 24-34 | 23,5-34,0 | 235-34 |
| Родий отожженный | 56 | 55 | 550 |
| Свинец | 1,1-1,3 | 1,1-1,3 | 10,8-12,7 |
| Серебро | 10-15 | 9,8-14,7 | 98-147 |
| Серебро отожженное | 13,8 | 13,5 | 135 |
| Сталь инструментальная | 45-60 | 44,1-58,9 | 441-589 |
| Сталь кремнехромомарганцовистая | 155 | 152 | 1520 |
| Сталь специальная | 50-160 | 49-157 | 491-1570 |
| Сталь рельсовая | 70-80 | 68-78 | 687-785 |
| Сталь углеродистая | 32-80 | 31,4-78,5 | 314-785 |
| Тантал | 20-45 | 19,6-44,2 | 196-442 |
| Титан | 25-35 | 24,5-34,5 | 245-345 |
| Титан отожженный | 30 | 29,6 | 296 |
| Хром | 30-70 | 29-69 | 294-686 |
| Цинк | 11-15 | 10,8-14,7 | 108-147 |
| Цирконий | 25-40 | 24,5-39,3 | 245-393 |
| Чугун | 10-12 | 9,8-11,8 | 98-118 |
| Чугун ковкий | 20 | 19,6 | 196 |
| Чугун серый мелкозернистый | 21-25 | 20,6-24,5 | 206-245 |
| Чугун серый обыкновенный | 14-18 | 13,7-17,7 | 137-177 |
| Пластмассы | |||
| Аминопласт слоистый | 8 | 7,8 | 78 |
| Асботекстолит | 6,5-11,9 | 6,4-11,7 | 64-117 |
| Винипласт | 4-6 | 3,9-5,9 | 39-59 |
| Гетинакс | 15-17 | 14,7-16,7 | 147-167 |
| Гранулированный сополимер | 4 | 3,9 | 39 |
| Древесно-слоистый пластик ДСП-Б (длинный лист) | 22 | 21,6 | 216 |
| Древесный коротковолнистый волокнит К-ФВ25 | 3 | 2,94 | 29,4 |
| Капрон стеклонаполненный | 15-18 | 14,7-17,6 | 147-176 |
| Пенопласт плиточный | 0,06 | 0,06 | 0,59 |
| Пенопласт ФК-20 | 0,17 | 0,17 | 1,7 |
| Полиакрилат (оргстекло) | 5 | 4,9 | 49 |
| Полиамид наполненный П-68 | 5-6 | 4,9-5,9 | 49-59 |
| Полиамид стеклонаполненный СП-68 | 7,4-8,5 | 7,3-8,3 | 73-83 |
| Поливинилхлорид неориентированный | 3-5 | 2,9-4,9 | 29-49 |
| Поликапроамид | 6,0-6,5 | 5,9-6,4 | 59-64 |
| Поликапроамид стеклонаполненный | 12,9-15,0 | 12,7-14,7 | 127-147 |
| Поликарбонат (дифион) | 6,0-8,9 | 5,9-8,7 | 59-87 |
| Поликарбонат стеклонаполненный | 12,5-15,0 | 12,3-14,8 | 123-148 |
| Полипропилен ПП-1 | 2,5 | 2,5 | 25 |
| Полипропилен стеклонаполненный | 5,6 | 5,5 | 55 |
| Полистирол стеклонаполненный | 7,4-10,5 | 7,3-10,3 | 73-103 |
| Полистирол суспензионный ПС-С | 4,0 | 3,9 | 39 |
| Полистирол эмульсионный А | 3,5-4,0 | 3,4-3,9 | 34-39 |
| Полиформальдегид стабилизированный | 6-7 | 5,9-6,9 | 59-69 |
| Полиэтилен высокого давления кабельный П-2003-5 | 1,20-1,39 | 1,18-1,37 | 11,8-13,7 |
| Полиэтилен высокого давления П-2006-Т | 1,39 | 1,37 | 13,7 |
| Полиэтилен низкого давления П-4007-Э | 2,20 | 2,16 | 21,6 |
| Полиэтилен среднего давления | 2,70-3,29 | 2,65-3,23 | 26,5-32,3 |
| Стекло органическое ПА, ПБ, ПВ | 5 | 4,9 | 49 |
| Стеклотекстолит | 30 | 29,4 | 294 |
| Текстолит графитированный | 9 | 8,8 | 88 |
| Текстолит поделочный ПТК | 10 | 9,8 | 98 |
| Фаолит А | 1,73 | 1,7 | 17 |
| Фенопласт текстолитовый | 8-10 | 7,8-9,8 | 78-98 |
| Фторопласт 3 | 3-4 | 2,9-3,9 | 29-39 |
| Фторопласт 4 | 2 | 1,96 | 19,6 |
| Целлон | 4 | 3,9 | 39 |
| Дерево | |||
| Бамбук | 22 | 21,6 | 216 |
| Береза | 7 | 6,9 | 69 |
| Бук | 8 | 7,8 | 78 |
| Дуб | 8 | 7,8 | 78 |
| Дуб (при 15 % влажности) вдоль волокон | 9,5 | 9,3 | 93 |
| Ель | 5 | 4,9 | 49 |
| Железное дерево | 22 | 21,6 | 216 |
| Сосна | 5 | 4,9 | 49 |
| Сосна (при 15 % влажности) вдоль волокон | 8 | 7,8 | 78 |
| Минералы | |||
| Графит | 0,5-1,0 | 0,5-0,9 | 4,9-9,8 |
| Различные материалы | |||
| Бакелит | 2-3 | 1,96-2,94 | 19,6-29,4 |
| Гранит | 0,3 | 0,29 | 2,9 |
| Кетгут | 42 | 41,2 | 412 |
| Лед (0 °С) | 0,1 | 0,098 | 0,98 |
| Нити кварцевые | 90 | 88,3 | 883 |
| Нити шелковые | 26 | 25,5 | 255 |
| Паутина | 18 | 17,6 | 176 |
| Стекло органическое | 4 | 3,9 | 39 |
Предел текучести
Предел текучести при растяжении указывает на то, при каком значении напряжения предел прочности при растяжении остается постоянным или уменьшается, несмотря на рост удлинения. Иными словами, предел текучести наступает тогда, когда происходит переход из области упругой в область пластической деформации материала. Предел текучести также можно определить только путем тестирования стержня болта.
Предел текучести при растяжении измеряется в H/мм2 или МПа и обозначается:
- σт или ReL для крепежа, произведенного в соответствии с ГОСТ-стандартом;
- ReL для крепежа, произведенного в соответствии с DIN-стандартом.
Прочностные характеристики болта закодированы в классе прочности изделия. Для болтов это две цифры, разделенные точкой.
Обозначение класса прочности состоит из двух цифр:
а) Первая цифра обозначения, умноженная на 100 (×100) соответствует значению предела прочности на разрыв (временному сопротивлению) σ(Rm) в Н / мм2.
б) Вторая цифра обозначения соответствует 1/10 отношения номинального значения предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Произведение указанных двух цифр соответствует 1/10 номинального значения предела текучести σт (ReL) в Н/мм2
Пример 1: Болт М10х50 кл. пр. 8.8
Предел прочности на разрыв σB. (Rm) = 8х100= 800 Н/мм2 (МПа),
Предел текучести σт (ReL) = 8х8х10 = 640 Н/мм2 (МПа).
Соотношение σт (ReL) /σ.(Rm) = 80%
Разрушающая нагрузка Рр = σB.(Rm) ×Аs = 800×58,0= 46400 Н.
Нагрузка на пределе текучести Рт = σт (ReL) × Аs = 640×58,0= 37120 Н.
где Аs — номинальная площадь сечения.
Примечание:
Временное сопротивление на разрыв по некоторым болтам может быть закодировано в трехзначном числе. Умножение трехзначного числа на 10 позволяет определить предел прочности на разрыв (временное сопротивление) σB (Rm) в Н/мм2.
Пример 2: Болт М24х100.110 ГОСТ 22353-77
σB (Rm) = 110х10 = 1100 Н/мм 2 (МПа).
Справочно:
Перевод единиц измерения: 1 Па = 1Н/м2; 1 МПа = 1 Н/мм2 = 10 кгс/см2
Прочность на разрыв единица измерения – АвтоТоп
Содержание
Предел прочности при растяжении
Предел прочности при растяжении (сопротивление на разрыв) или временное сопротивление разрыву σв – механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности при растяжении измеряется:
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.
Преде́л про́чности — механическое напряжение σ B <displaystyle sigma _> , выше которого происходит разрушение материала. Иначе говоря, это пороговая величина, превышая которую механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Следует различать статический и динамический пределы прочности. Также различают пределы прочности на сжатие и растяжение.
Содержание
Величины предела прочности [ править | править код ]
Статический предел прочности [ править | править код ]
Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).
Динамический предел прочности [ править | править код ]
Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.
Предел прочности на сжатие [ править | править код ]
Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.
Предел прочности на растяжение [ править | править код ]
Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)
Другие прочностные параметры [ править | править код ]
Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».
Прочностные особенности некоторых материалов [ править | править код ]
Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.
У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и пределу прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.
Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.
Некоторые значения прочности на растяжение σ 0 <displaystyle sigma _<0>> в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²) [1] :
Прочность металлических конструкций – один из важнейших параметров, определяющих их надежность и безопасность. Издревле вопросы прочности решались опытным путем — если какое-либо изделие ломалось — то следующее делали толще и массивнее. С 17 века ученые начали планомерное исследование проблемы, прочностные параметры материалов и конструкций из них можно рассчитать заранее, на этапе проектирования. Металлурги разработали добавки, влияющие на прочность стальных сплавов.
Предел прочности
Предел прочности — это максимальное значение напряжений, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл определяет усилие растяжения, которое нужно приложить к стрежневидному образцу определенного сечения, чтобы разорвать его.
Каким образом производится испытание на прочность
Прочностные испытания на сопротивление разрыву проводятся на специальных испытательных стендах. В них неподвижно закрепляется один конец испытываемого образца, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создает плавно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, или же на его изгиб или скручивание.
Испытание на разрыв
Электронная система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и другие виды деформации образца.
Виды пределов прочности
Предел прочности — один из главных механических параметров стали, равно как и любого другого конструкционного материала.
Эта величина используется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в конкретной сфере или нужно подбирать более прочный.
Различают следующие виды предела прочности при:
- сжатии — определяет способность материала сопротивляться давлению внешней силы;
- изгибе — влияет на гибкость деталей;
- кручении – показывает, насколько материал пригоден для нагруженных приводных валов, передающих крутящий момент;
- растяжении.
Виды испытаний прочности материалов
Научное название параметра, используемое в стандартах и других официальных документах — временное сопротивление разрыву.
Предел прочности стали
На сегодняшний день сталь все еще является наиболее применяемым конструкционным материалом, понемногу уступая свои позиции различным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета пределов прочности металла зависит его долговечность, надежность и безопасность в эксплуатации.
Предел прочности стали зависит от ее марки и изменяется в пределах от 300 Мпа у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специальных высоколегированных марок.
На значение параметра влияют:
- химический состав сплава;
- термические процедуры, способствующие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.
Некоторые примеси снижают прочность, и от них стараются избавляться на этапе отливки и проката, другие, наоборот, повышают. Их специально добавляют в состав сплава.
Условный предел текучести
Кроме предела прочности, в инженерных расчетах широко применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σт. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое необходимо создать в материале, для того, чтобы деформация продолжала расти без наращивания нагрузки. Это состояние материала непосредственно предшествует его разрушению.
На микроуровне при таких напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решетке, а на оставшиеся связи увеличивается удельная нагрузка.
Общие сведения и характеристики сталей
С точки зрения конструктора, наибольшую важность для сплавов, работающих в обычных условиях, имеют физико-механические параметры стали. В отдельных случаях, когда изделию предстоит работать в условиях экстремально высоких или низких температур, высокого давления, повышенной влажности, под воздействием агрессивных сред — не меньшую важность приобретают и химические свойства стали. Как физико-механические, так и химические свойства сплавов во многом определяются их химическим составом.
Влияние содержание углерода на свойства сталей
По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до приблизительно 1% доли, далее начинается снижение прочностных характеристик.
Повышение доли углерода также повышает порог хладоемкости, это используется при создании морозоустойчивых и криогенных марок.
Влияние углерода на механические свойства стали
Рост содержания С приводит к ухудшению литейных свойств, отрицательно влияет на способность материала к механической обработке.
Добавки марганца и кремния
Mn содержится в большинстве марок стали. Его применяют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После этого предела дальнейшее увеличение содержания ведет к образованию трещин при термообработке.
Влияние кремния на свойства сталей
Si применяется в роли раскислителя, используемого при выплавке стальных сплавов и определяет тип стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не более 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.
При производстве ферритов кремний увеличивает их прочностные параметры, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.
Влияние легирующих добавок на свойства стали
В сочетании с Mn или Mo кремний способствует росту закаливаемости, а вместе с Сг и Ni повышает коррозионную устойчивость сплавов.
Азот и кислород в сплаве
Эти самые распространенные в земной атмосфере газы вредно влияют на прочностные свойства. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру существенно снижают прочностные параметры и пластичность.
Легирующие добавки в составе сплавов
Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:
- Хром. Применяется для повышения прокаливаемости и твердости. Доля – 0,8-0,2%.
- Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Доля – 0,003%.
- Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля – 0,1%.
- Молибден. Повышает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, снижает хрупкость. Доля – 0,15-0,45%.
- Ванадий. Улучшает прочностные параметры и упругость. Доля – 0,1-0,3%.
- Никель. Способствует росту прочностных характеристик и прокаливаемости, однако при этом ведет к увеличению хрупкости. Этот эффект компенсируют одновременным добавлением молибдена.
Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
предел прочности и текучести металла
Диаграмма деформации показывает зависимость изменения длины образца при постепенном возрастании величины прилагаемого усилия (рис. 21).
В первый момент испытания длина образца увеличивается пропорционально нагрузке — чем больше растягивающее усилие, тем больше увеличение длины.
При этом образец деформируется упруго, т. е. при устранении нагрузки образец примет свою первоначальную длину. Такая деформация носит название упругой деформации.
При достижении нагрузкиPs в металле возникает заметная пластическая деформация — сдвиги слоев металла относительно друг друга, и при устранении нагрузки образец не принимает своей первоначальной длины.
Нагрузка, отвечающая этому моментуPs, называетсянагрузкой предела текучести.
Предел текучести металла
Отношение этой нагрузки к площади поперечного сечения называютпределом текучести.
гдеF0 — первоначальная площадь поперечного сечения образца в мм2.
Как видно из формулы, предел текучести измеряется в кг/мм2.
Величины, выраженные в таких единицах, называют напряжением.
Таким образом, пределом текучести называют напряжение, при котором начинает развиваться заметная пластическая деформация.
При дальнейшем увеличении нагрузки за пределом текучести прямолинейной зависимости между нагрузкой и длиной образца уже нет. Наконец наступает такой момент, когда нагрузка начинает падать, а в образце намечается образование сужения поперечного сечения (образование шейки).
Предел прочности металла
Максимальную нагрузку, которую выдержал образец, называют нагрузкой предела прочности, а напряжение, отвечающее этой максимальной нагрузке, — пределом прочности.
Таким образом, пределом прочности называют максимальное напряжение, выдержанное образцом.
Дальнейшее растяжение образца сопровождается образованием все более сужающейся шейки и падением нагрузки. Вслед за этим наступает разрушение образца.
Пределы прочности и текучести характеризуют
прочность материала.§
Прочность щебня: предел прочности, ГОСТ 8267 93, в чем измеряется и как определить
Прочность щебня имеет определяющее значение, когда он выполняет роль основного заполнителя для высоконагруженного бетона фундаментов:
- высотных зданий;
- гидротехнических сооружений;
- мостовых опор;
- мощных железобетонных балок;
- перемычек и арочных конструкций;
- а также асфальтобетона автомобильных трасс с интенсивным движением большегрузных автомобилей и магистральных тягачей.
В чём измеряется прочность щебня?
Она зависит от нескольких параметров:
- предела прочности исходной породы щебня;
- дробимости зёрен при сжатии в цилиндре;
- наличия зёрен слабых пород;
- износа при испытании в полочном барабане.
В соответствии с ГОСТ 8267-93 прочность строительного щебня устанавливается по его дробимости при сжатии. Испытания проводятся в стальном цилиндре диаметром 150 мм, в который помещают 4 кг зёрен и прикладывают через плунжер давление 200 кН. Зёрна, предел прочности которых ниже прикладываемого давления на сжатие, частично разрушаются. По потере массы из-за отколовшихся частиц судят о принадлежности материала к определённой марке прочности.
Группы марок щебня:
- М1400-М1200 — высокопрочные;
- М1200-М800 — прочные;
- М800-М600 — средней прочности;
- М600-М300 — низкой прочности;
- М200 — очень низкой прочности.
Для материала, отправляемого на изготовление асфальтобетона, главной характеристикой прочности является марка на истирание. ГОСТ устанавливает четыре марки — от И1 до И4.
Самый прочный — марки И1. Испытания на истирание проводят в специальном полочном барабане, в который загружают щебень и 12 чугунных шаров массой по 400 г. Барабан вращают со скоростью 30 об/мин. Принадлежность к конкретной марке истираемости определяют по величине потери щебнем части массы. Нормативная потеря массы после испытаний может составлять для щебня марки И1 до 25 %, для марки И4 — до 60 %.
Указанный выше норматив также ограничивает содержание в щебне слабых зёрен. К ним относят включения исходной породы с пределом прочности до 20 МПа. Таких зёрен в прочных щебнях должно быть не более 5 %, в щебнях средней прочности — не более 10 %, низкой прочности — 15 %.
Морозостойкость щебня как характеристика прочности
Понятия прочности щебня нельзя рассматривать в отрыве от характеристик его морозостойкости. Ведь прочный, но относительно уязвимый к низким температурам продукт может потерять свою прочность раньше, чем предполагает застройщик. Поэтому испытания на морозостойкость всегда сопутствуют испытаниям на прочность.
Для щебня установлены марки от F15 до F400. Продукты F15, F25 и F50 обладают низкой морозостойкостью, F100 и F150 — средней, F200, F300 и F400 — высокой морозостойкостью.
Цифры обозначают количество циклов замораживания, при которых ещё отсутствует потеря массы (разрушение щебня). На практике испытания на морозостойкость проводят как замораживанием с оттаиванием, так и насыщением продукта сернокислым натрием с последующим высушиванием. Второй метод удобнее, однако при несовпадении результатов испытания проводят только методом замораживания.
Лещадность
Это ещё одна характеристика щебня, неразрывно связанная с прочностью бетона и указывающая на наличие зёрен пластинчатой и игловатой форм. Высокая лещадность отрицательно сказывается на прочности бетона, поэтому наилучшим считается щебень I группы. Его называют кубовидным, содержание лещадных зёрен в нём — не более 10 %. Щебень V группы содержит до 50 % лещадных зёрен, его нельзя применять в фундаментах независимо от состава материала.
Как определить прочность щебня?
Точно установить принадлежность щебня к определённой марке прочности по внешнему виду не сможет даже специалист. А высокая ответственность за принятие решения требует лабораторных испытаний с составлением акта и заключения. Щебень — это основной конструкционный материал высокопрочного бетона и нагруженного асфальтобетона, выбирать его нужно весьма тщательно. В нашей компании вы всегда сможете выбрать гранитный щебень, а также гравийный щебень самых популярных марок.
Как измерить предел прочности при растяжении, модуль упругости и пластичность
Прочность на разрыв
Предел прочности на разрыв или предел прочности при растяжении измеряет сопротивление металла разрушению или разрыву на две части. Чтобы узнать, насколько прочна проволока, можно просто повесить на нее все более тяжелые грузы, пока она не сломается. Вес груза или количество фунтов, которое в конечном итоге потребовалось, чтобы сломать эту проволоку, и есть ее прочность на разрыв в фунтах. Вы увидите, например, как рабочую нагрузку, так и разрывную нагрузку, указанную на пакетах канатов от оборудования.
Очевидно, что для разрыва большего провода требуется больше фунтов, чем для разрыва меньшего. Если мы хотим знать о самом металле, а не только о размерах проволоки, мы измеряем напряжение. Напряжение — это просто количество фунтов, тянущих на провод, деленное на площадь поперечного сечения в квадратных дюймах. Результат — «фунты на квадратный дюйм» или фунты на квадратный дюйм.
Рассмотрим квадратный стержень размером 1х1 дюйм из RA330, который сломался после того, как потянул на себя нагрузку в 80 000 фунтов. Предел прочности на разрыв такого стержня RA330 составит 80 000 фунтов, разделенных на один квадратный дюйм, или 80 000 фунтов на квадратный дюйм.Если бы стержень из того же металла имел размер только 1 / 2×1 / 2 дюйма, его площадь поперечного сечения была бы 1/2 ‘умноженной на 1/2’ = 1/4 квадратного дюйма. Этот меньший стержень RA330 сломался бы после того, как потянул за него всего 20 000 фунтов, но его предел прочности на разрыв (20 000 #, деленный на 1/4 дюйма3) все равно будет 80 000 фунтов на квадратный дюйм.
Напряжение — это количество фунтов, растягивающих образец, деленное на площадь поперечного сечения в квадратных дюймах. Результат — фунт на квадратный дюйм.
Прежде чем этот стержень RA330 на самом деле сломался, он бы растянулся, немного как ириска, намного длиннее своего первоначального размера.Мы называем это «% удлинением». На образце для растяжения есть две отметки, обычно на расстоянии 2 дюймов друг от друга. После того, как металл сломается, две половинки снова соединяют вместе и измеряют расстояние между этими двумя отметками. Обычно эти 2 дюйма металла растягиваются примерно на 2-3 / 4 дюйма, прежде чем металл сломается. 3/4 дюйма растяжения, деленное на исходные 2 дюйма, составляет 0,375, поэтому образец для испытания на растяжение удлинился на 37-1 / 2%. Это% EL, показанное в отчете об испытаниях мельницы.
Модуль упругости
Это базовая мера жесткости металла, которую вы не найдете на MTR.
Когда вы начинаете тянуть образец для испытания на растяжение, он начинает растягиваться, как резинка. Если вы остановите испытание, после снятия нагрузки образец вернется к своей исходной длине. Это «упругая» часть испытания на растяжение.
Если бы те из вас, кто склонен к математике, изобразили бы напряжение на одной оси в зависимости от деформации (насколько оно растянуто), вы бы получили прямую линию. Наклон этой прямой называется модулем упругости, также называемым модулем Юнга, с символом «E».Мы публикуем этот модуль в наших технических паспортах, так как он важен для тех, кто проектирует детали при комнатной температуре.
Металлы при температуре выше 1000 ° F больше не ведут себя как резинка или пружина, и модуль упругости не имеет значения и смысла.
Предел текучести
В какой-то момент во время испытания на растяжение, обычно задолго до разрушения образца, требуется застывание или постоянное растяжение. Это называется «предел текучести» (или доказательная сила). Для аустенитных сплавов эта точка немного расплывчата, кривая просто медленно изгибается.Поэтому инженеры определили предел текучести, проведя линию, параллельную упругой части, с небольшим смещением. Обычно это записывается в протоколе заводских испытаний как предел текучести смещения 0,2%.
Пластичность
Перед тем, как образец сломался, он сильно растянулся и сузился в том месте, где он сломался. Степень растяжения, когда она сломалась, называется «% удлинения», а величина, которую она сокращает, — «% уменьшения площади».Оба показателя пластичности. Изготовителю нужна пластичность, чтобы он мог формировать металл. В процессе эксплуатации металлу нужна пластичность, чтобы он немного гнулся, если что-то пойдет не так, а не раскололся.
Очевидно, что при проектировании детали машины расчетное напряжение должно быть ниже предела прочности металла на разрыв, иначе деталь сломается пополам. Но машина также будет бесполезна, если ее части согнутся или податятся, поэтому проектировщик должен поддерживать напряжение где-то ниже предела текучести металла.
Для жаропрочных сплавов можно использовать предел текучести и предел прочности при растяжении до температуры около 1000 ° F. Выше этой температуры срок службы детали будет ограничиваться свойствами металла при ползучести, а не его свойствами при растяжении. «Ползучесть-разрыв» означает, что, даже если нагрузки может быть недостаточно для деформации металла, он будет очень, очень медленно растягиваться (или ползучесть) с течением времени.
Что такое предел прочности на разрыв и как его измеряют? I Strouse
Напряжение идет.
На вас оказывают давление , чтобы создать наилучший продукт. Это включает в себя выбор правильного материала, правильного клея, правильного формата, правильного удлинения при разрыве… даже правильного преобразователя!
Это потому, что вы знаете, что ваш продукт тоже окажется под давлением. Он должен иметь определенный предел прочности на разрыв — максимальное усилие или напряжение, которое может выдержать материал при растяжении с обоих концов перед разрушением.Вот почему это также называется «разрывная прочность».
Почему важно знать предел прочности на разрыв?
Прочность на растяжение — ключевые данные при выборе клеев для определения прочности и долговечности материала — часто выражается в фунтах на дюйм ширины (фунт / дюйм ширины) или Н / 100 мм. Например, 3M VHB может иметь предел прочности на разрыв от 55 до 160 фунтов / дюйм. 2 .
Пока нагрузка, прикладываемая посредством растяжения, на ниже предела прочности материала на разрыв, материал не разрушится.Упругие свойства материалов увеличиваются до « предела текучести », что означает, что деформации полностью устранимы. Некоторые продукты имеют высокий предел прочности, но более низкий предел текучести. Некоторые продукты имеют более низкий предел прочности, но более высокий предел текучести. Тем не менее, предел текучести всегда будет ниже предела прочности. Клейкая лента, чувствительная к давлению, имеет дополнительное преимущество, так как имеет предел текучести, очень близкий к ее нормальному пределу прочности на разрыв, поэтому материал может выдерживать растяжение снова и снова.
Прочность на растяжение важно учитывать при использовании клея клеевых материалов . Склеенные соединения будут сталкиваться с любыми напряжениями, включая растяжение (растяжение), сжатие, сдвиг, раскол и отслаивание. Применение клея , который не может выдерживать необходимые нагрузки, приведет к выходу из строя клея и, возможно, к выходу из строя склеиваемых частей или всего приложения.
Выбор материала с прочностью на разрыв
Выбор материала — это как жонглировать ценой, долговечностью и функциональностью.Это сложно и запутанно, но когда у вас есть правильный опыт , это становится намного проще. Вот почему лучше всего сотрудничать с преобразователем , который понимает предполагаемое использование клея и предполагаемое использование всего продукта.
Знание предела прочности на разрыв или предела прочности на разрыв — это, конечно, ключевая информация, когда речь идет о долговечности и рабочих характеристиках. Добавление этих конкретных знаний к общему опыту экономит деньги заранее и избавляет от головной боли в будущем.
Элемент | Прочность на растяжение (фунты / дюйм 2 ) |
Алюминий | 5801 до 7251 |
Медь | 30 457 |
Золото | 14 503 |
Свинец | 1740 |
Бетон | 435 |
Резина | 2175 |
Если у вас есть вопросы о прочности на разрыв или клеях в целом, не стесняйтесь обращаться к нам! Вырубные штампы Strouse и преобразуют гибкий материал в точные размеры, формы и форматы.Мы применяем все, что знаем, к каждому проекту, и в результате мы лучше понимаем, что работает лучше для этого проекта. Обсудите свои продукты и потребности со специалистом по переработке клея сегодня.
Что такое предел прочности? — Matmatch
Предел прочности на разрыв означает величину нагрузки или напряжения, с которой материал может справиться до тех пор, пока он не растянется и не сломается. Как следует из названия, предел прочности на разрыв — это сопротивление материала растяжению, вызванному приложенными к нему механическими нагрузками.
Такие термины, как предел прочности при растяжении (UTS) или предел прочности , используются взаимозаменяемо с пределом прочности при растяжении.
Реакция конкретного материала на напряжение растяжения, то есть силу осевого растяжения, зависит от природы указанного материала. Некоторые материалы демонстрируют резкое разрушение при достижении предела прочности на разрыв. У других тем временем проявляется деформация или образование шейки, прежде чем они полностью распадутся.
В сплавах на прочность на разрыв влияет состав , например количество углерода в углеродистой стали.
Здесь вы узнаете о:
- Как измеряется предел прочности на разрыв
- Профили прочности на разрыв из различных материалов
- Применения, в которых важна прочность на разрыв
Как измеряется предел прочности на разрыв?
Испытание на растяжение измеряет уровень прочности, которым обладает материал. Лаборатория испытания материалов обычно проводит испытание с использованием универсальной испытательной машины (UTM) , которая удерживает материал образца на месте и прикладывает напряжение растяжения, необходимое для проверки точки разрыва.Оборудование подключено к экстензометру , который измеряет изменения длины образца.
Образец, используемый для испытаний на растяжение, имеет форму круглого стержня с большим заплечиком на обоих концах, через который UTM может захватывать материал во время приложения растягивающего напряжения. Когда машина вытягивает образец, измеряется изменение измерительной длины.
Это же испытание может также определить предел текучести, который измеряет максимальное напряжение перед проявлением пластической деформации.
Испытание проводится в контролируемой среде, чтобы предотвратить влияние других факторов, таких как температура и воздействие примесей.
Предел прочности на разрыв измеряется в единицах давления, чаще всего в единицах Паскаля (МПа или ГПа для более прочных материалов).
Отношение прочности к массе — важный параметр для инженеров-строителей и производителей материалов. Этот показатель рассчитывается путем деления грузоподъемности на вес материала.Когда ожидается, что конкретный материал или структурный компонент будет испытывать напряжение растяжения, отношение прочности к весу определяет, сколько материал может выдержать.
Предел прочности материалов
Каждый материал обладает своей уникальной прочностью на разрыв. Это причина того, почему некоторые материалы эффективны для отраслей промышленности и приложений, где возникает напряжение растяжения.
Графен считается одним из самых прочных материалов, способных выдерживать напряжение растяжения.Его предел прочности составляет 130 000 МПа, что выше, чем у стали (на 400–2700 МПа). В результате материал может быть изготовлен в виде ультратонких листов, которые являются чрезвычайно прочными и долговечными. Из-за своей высокой способности к растягивающим нагрузкам этот углеродный аллотроп нашел свое применение в конструкциях зданий и самолетов.
Нанотрубки из нитрида бора имеют предел прочности на разрыв 33 000 МПа, что делает их подходящим материалом для аэрокосмических применений.
Пластмассадемонстрирует относительно низкую толерантность к растягивающему напряжению, при этом большинство ее вариантов испытывают удлинение и разрыв всего лишь при 5 МПа, как в случае PVC-P .
Вот другие распространенные материалы и их профили прочности на разрыв:
Материал | Прочность на разрыв (МПа) |
Углеродное волокно | 7000 |
Арамид / Кевлар | 3,757 |
Алмаз | 2,800 |
Низкоуглеродистая сталь | 840 |
Латунь | 500 |
Человеческий волос | 200 |
ПНД | 37 |
Стекло | 33 |
Применения, в которых важна прочность на разрыв
Материалы с высокой прочностью на растяжение используются в следующих областях:
- Производство металлов: Большинство металлов имеют высокую прочность, поэтому разработка металлических материалов и сплавов требует тщательного учета прочности на разрыв.
- Применение в аэрокосмической отрасли: Из-за разницы в скорости и давлении, испытываемой конструкциями самолетов, для производства этих судов требуются материалы с высокой прочностью на разрыв.
- Мосты и подвески: Силы, действующие на мосты, возникают из-за веса транспортного средства и силы ветра, и крайне важно, чтобы материалы, используемые в этих конструкциях, могли выдерживать экстремальное давление растяжения.
- Канаты и тросы: Исходя из своего предназначения, эти приспособления требуют высокой степени устойчивости к растягивающим нагрузкам.Это особенно полезно, когда они используются на морских судах, подвесных мостах и других подобных приложениях, где натяжение является необходимым действием.
[1] «Истинное напряжение и истинное напряжение», дата обращения: 6 ноября 2019 г. [Онлайн] Доступно: https://web.adanabtu.edu.tr/Files/iyilmaz/Duyuru/dosya /
[2] Дж. Р. Дэвис, «Глава 7: Испытание металлов и сплавов на растяжение», Испытания на растяжение, 2-е издание , OH: ASM International, 2004.
[3] Н.Стивенсон, «Тензометрические экстензометры», 2002 г., дата обращения: 6 ноября 2019 г. [Интернет] Доступно: http://user.engineering.uiowa.edu/~bme_158/
[4] Дж. М. Гир, Б. Дж. Гудно, «Глава 1: Растяжение, сжатие и сдвиг», Механика материалов, 7-е издание , Канада: Cengage Learning, 2009.
[5] C. Lee, X. Wei, J.W. Кисар и Дж. Хоун, «Измерение упругих свойств и внутренней прочности однослойного графена», Science , vol. 321, стр. 385-388, июль 2008 г.
Предел текучести в зависимости от прочности на разрыв — в чем разница?
При выборе материалов для инженерного применения необходимо учитывать критические механические свойства материала. Двумя такими свойствами являются предел текучести и предел прочности. Оба они являются мерой устойчивости материала к разрушению, будь то деформация или разрушение. Несмотря на это сходство, предел текучести и предел прочности на разрыв — два очень разных параметра.
Предел текучести
Под воздействием напряжения материал подвергается восстанавливаемой деформации.Предел текучести материала представляет собой напряжение, при превышении которого его деформация становится пластичной. Любая деформация, возникающая в результате напряжения, превышающего предел текучести, является постоянной. Из-за линейности упругой деформации предел текучести также определяется как наибольшее напряжение, достижимое без какого-либо отклонения от пропорциональности напряжения и деформации. За пределами этой точки могут наблюдаться большие деформации при небольшом увеличении приложенной нагрузки или без нее. Предел текучести измеряется в Н / м² или паскалях.
Предел текучести материала определяется с помощью испытания на растяжение. Результаты испытания нанесены на кривую «напряжение-деформация». Напряжение в точке, где кривая напряжения-деформации отклоняется от пропорциональности, является пределом текучести материала. Деформация некоторых пластиков является линейно упругой, и при достижении максимальной прочности материал разрушается. Трудно определить точный предел текучести для некоторых материалов по кривой зависимости напряжения от деформации. Это потому, что эти материалы не имеют резкой кривой; скорее начало урожайности происходит в диапазоне.Поэтому практично использовать предел текучести как представление предела текучести.
Испытательное напряжение
Испытательное напряжение измеряется путем проведения линии при 0,2% пластической деформации, параллельной прямолинейному упругому участку кривой напряжения-деформации. Напряжение в точке, где эта линия пересекает кривую, является пределом текучести. Предел текучести материала можно повысить с помощью определенных процессов обработки материалов.
Прочность на разрыв
Прочность на растяжение, которую часто называют пределом прочности при растяжении (UTS), представляет собой максимальную растягивающую нагрузку, которую материал может выдержать до разрушения.Это мера сопротивления материала разрушению при растягивающей нагрузке.
Прочность материала на разрыв определяют с помощью испытания на растяжение. Это самая высокая точка на кривой зависимости напряжения от деформации, которая строится после испытания. Предел прочности на разрыв также можно определить по этой формуле:
σ
f = P f / A oГде P f — нагрузка при разрыве, A o — исходная площадь поперечного сечения, а σ f — предел прочности при растяжении, измеряемый в Н / м² или паскалях.Важно отметить, что предел прочности материала на разрыв — это конкретное значение в контролируемых стандартных условиях испытаний. Однако в практических приложениях предел прочности на разрыв зависит от температуры. При 100 ° C предел прочности меди на разрыв падает с 220 МПа при комнатной температуре до 209 МПа. Эти отклонения компенсируются за счет использования запаса прочности, который, как правило, составляет долю первоначальной прочности на разрыв с точки зрения проектирования.
Сравнительный анализ предела текучести и предела прочности
Ниже приведены некоторые из основных различий между пределом текучести и пределом прочности на разрыв:
- Предел текучести измеряется в точке пластической деформации.
- Предел прочности при растяжении измеряется в точке разрушения. Предел прочности на разрыв редко используется при проектировании конструкций из пластичных материалов. Это связано с тем, что эти материалы претерпевают значительную деформацию до достижения их прочности на разрыв. Скорее, предел текучести рассматривается для пластичных материалов, а предел прочности на разрыв используется для хрупких материалов.
- При проектировании предел прочности на разрыв анализируется только при одноосной нагрузке. Многоосные напряженные состояния оцениваются при анализе предела текучести.
- Деформация материалов происходит после превышения предела текучести, а предел прочности достигается после деформации. В хрупких материалах предел прочности на разрыв достигается с минимальным пределом текучести или без него.
- Предел прочности на разрыв обычно имеет более высокое численное значение, чем предел текучести конкретного материала.
- Предел прочности материала на разрыв можно определить со 100% точностью. Однако для большинства материалов необходимо оценить предел текучести.
Предел текучести и прочности на разрыв некоторых обычных конструкционных материалов
Ниже приведены примеры текучести и предела прочности на разрыв некоторых конструкционных материалов.
Материал | Предел текучести (МПа) | Предел прочности (МПа) |
Медь | 70 | 220 |
Алюминий | 95 | 110 |
Конструкционная сталь | 250 | 400 |
Чугун 4.5% | 130 | 200 |
Нержавеющая сталь | 502 | 860 |
Титановый сплав | 750-800 | 900 |
Высокопрочная легированная сталь | 690 | 760 |
Хромованадиевая сталь | 620 | 940 |
Вольфрам | 941 | 1500-1800 |
Кевлар | 3620 | 3757 |
(Источник таблицы: https: // www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html)
Предел прочности при растяжении (TS) Полное руководство
Предел прочности при растяжении (TS)
Предел прочности при растяжении (UTS), часто сокращаемый до предела прочности на разрыв (TS) или предела прочности, представляет собой максимальное напряжение, которое материал может выдержать при растяжении или растяжении до разрушения или разрушения. Максимальное напряжение, которое вулканизированные термореактивные каучуки и термопластические эластомеры выдерживают (прочность) до разрушения, является пределом прочности при растяжении.
Важность
Испытания на растяжение используются для контроля качества продукции и для определения влияния химического или термического воздействия на эластомер. Наиболее важным является сохранение физических свойств эластомера, а не абсолютные значения прочности на разрыв, удлинения или модуля.
Измерение прочности на разрыв
Прочность на растяжение определяется как напряжение, которое измеряется как сила на единицу площади. Как правило, испытание включает взятие небольшого образца с фиксированной площадью поперечного сечения, а затем его вытягивание тензометром с постоянной скоростью (изменение измерительной длины, деленной на исходную измерительную длину) до тех пор, пока образец не разорвется.
Существует три типичных типа прочности на разрыв:
- Предел текучести — напряжение, которое материал может выдержать без остаточной деформации. Это не четко очерченная точка. Предел текучести — это напряжение, которое вызовет остаточную деформацию на 0,2 {65978042ddab827e24d1208ef740965169b89304a6a90a044c13af4b9daa7701} первоначального размера.
- Максимальная прочность — максимальное напряжение, которое может выдержать материал.
- Разрывная нагрузка — Координата напряжения на кривой напряжения-деформации в точке разрыва.
Предел прочности на разрыв (ASTM D412-98a) материала определяется с использованием одного из двух методов испытаний, которые не всегда дают идентичные результаты:
Метод испытаний A
Гантели и образцы с прямым сечением — образцы для испытаний отлиты литьем под давлением или вырезаны из плоского листа толщиной не менее 1,3 мм (0,05 дюйма) и не более 3,3 мм (0,13 дюйма).
Метод испытаний B
Образцы с вырезанными кольцами — образцы для испытаний получают путем вырезания колец из листов или труб.В обоих случаях размеры и т. Д. Определяются спецификациями ASTM.
Расчет прочности на разрыв
Расчет TS для материала осуществляется по:
TS = F (BE) / A)
где:
- TS = предел прочности при растяжении, напряжение при разрыве, МПа (фунт-сила / дюйм 2)
- F (BE) = величина силы при разрыве, МН (фунт-сила)
- A = площадь поперечного сечения недеформированного образца, м2 (дюйм 2)
Испытания на разрыв | Национальные технические системы
Испытания на разрыв
Один из наиболее распространенных методов механических испытаний, испытание на растяжение, используется для определения поведения образца при приложении осевой растягивающей нагрузки.Эти типы испытаний могут проводиться в условиях окружающей среды или в контролируемых (нагрев или охлаждение) условиях для определения свойств материала при растяжении.
Испытания на растяжение проводятся на различных материалах, включая металлы, пластмассы, эластомеры, бумагу, композиты, каучуки, ткани, клеи, пленки и т. Д.
Испытание на растяжение обычно используется для определения максимальной нагрузки (прочности на разрыв), которую может выдержать материал или изделие. Испытание на растяжение может быть основано на значении нагрузки или значении удлинения.
Общие результаты испытаний на растяжение включают:
- Максимальная нагрузка
- Отклонение максимальной нагрузки
- Работа с максимальной нагрузкой
- Жесткость
- Нагрузка при разрыве
- Прогиб при разрыве
- Работа в перерыве
- Наклон хорды
- Напряжение
- Штамм
- Модуль Юнга: этот метод испытаний используется для определения поведения образца при осевой растягивающей нагрузке. Общие результаты испытаний на растяжение включают предел упругости, предел прочности, предел текучести, предел текучести, удлинение и модуль Юнга.Модуль Юнга обычно выражается как Н / мм2 (фунт / дюйм2), МПа (фунт / кв. Дюйм).
Испытания на пластичность
Испытание на пластичность включает определение степени, в которой материал может выдерживать деформацию без разрыва.
Испытание пластичности на изгиб обеспечивает простой способ оценки качества материалов по их способности противостоять растрескиванию или другим неровностям поверхности во время одного непрерывного изгиба. При пластическом разрушении до разрушения происходит значительная пластическая деформация.В металлах, например, трещина имеет типичное образование конуса и чашки, а поверхность трещины выглядит шероховатой и волокнистой. Пластичные материалы показывают определенную пластическую деформацию перед разрушением.
Испытания на удлинение
Увеличение расчетной длины образца, измеренное после разрыва или разрыва, деленное на исходную расчетную длину образца, называется удлинением. Чем больше удлинение, тем выше пластичность или эластичность материала.
Относительное удлинение нельзя использовать для прогнозирования поведения материалов, подвергающихся внезапным или повторяющимся нагрузкам.Некоторые нежесткие материалы, такие как резина и некоторые пластмассы, имеют очень высокое удлинение до разрушения. Ход поперечной головки можно использовать для измерения удлинения образцов с одинаковыми размерами ширины. Если образец имеет форму собачьей кости или гантели с уменьшенной областью поперечного сечения, называемой измерительной длиной, потребуется экстензометр для измерения удлинения в области измерительной длины, прикрепив его непосредственно к образцу и отслеживая движение в качестве измерительной длины. материал растянут до отказа.
Измерение предела прочности на разрыв и прочности на разрыв
ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ — это мера силы или напряжения, необходимого для того, чтобы что-то натянуть (сопротивление продольному напряжению) до точки, где оно сломается или до того, как возникнет остаточная деформация.Обычно это максимальная величина растягивающего напряжения, которому он может быть подвергнут до разрушения, хотя определение разрушения может варьироваться в зависимости от типа материала и методологии проектирования. Испытание на растяжение является важным испытанием материалов для выбора конкретного материала для применения, для контроля качества и для прогнозирования того, как материал будет реагировать на изменяющиеся силы.
В области материаловедения, машиностроения и строительства есть три типичных определения прочности на разрыв:
• Предел текучести: напряжение, при котором деформация материала изменяется от упругой деформации до пластической деформации, вызывая его необратимую деформацию.
• Максимальная прочность: максимальное напряжение, которое может выдержать материал.
• Разрывная нагрузка: координата напряжения на кривой зависимости напряжения от деформации в точке разрыва.
Прочность на растяжение может относиться к Вязкости продуктов. Чем выше предел прочности на разрыв, тем труднее или жестче его растягивать. Это свойство может быть положительным признаком некоторых продуктов, например веревок и резиновых лент, но считается неприемлемым или отрицательным для жевательной резинки, сыра моцарелла, лапши или рождественских крекеров.
Типичные свойства, которые можно получить из графика анализатора текстуры:
Прочность на разрыв, прочность на разрыв, расстояние до разрыва, сопротивление растяжению / ударная вязкость, растяжимость, качество растяжения, эластичность, тяговое усилие, прочность на разрыв, удлинение, разрывная деформация, энергия до разрушения, предел текучести / деформация, упругость, предел прочности 0,2% , Модуль Юнга, упругость
Типичный график анализатора текстуры с аннотированными свойствами материала при растяжении до разрушения
График «напряжение-деформация», полученный при испытании на растяжение на образце собачьей кости из жестяного листа
Как и во всех тестах, приложенная сила, расстояние, пройденное датчиком, и время записываются в программном обеспечении Exponent .График «сила-расстояние» обычно начинается с прямого участка, соответствующего упругой (обратимой) деформации, затем на большинстве образцов отображается криволинейный участок, который демонстрирует пластическую (необратимую) деформацию.
Различные образцы будут давать разные реакции «нагрузка-расстояние» — более прочные и жесткие образцы демонстрируют более высокие усилия, хрупкие образцы ломаются до того, как произойдет какая-либо пластическая деформация, а прочные образцы показывают большую площадь под кривой, соответствующую большому количеству энергии, необходимой для деформации.
Различные материалы показывают очень разные формы графиков. Некоторые полезные параметры могут быть рассчитаны из графика растяжения-деформации с использованием стандартных инженерных уравнений для напряжения и автоматически собраны в экспоненте Exponent , если площадь напряжения образца была введена в программное обеспечение. Чем точнее это измерение, тем точнее данные о напряжении.
Типичный датчик / приспособление, используемое для измерения:
Захваты для растяжения и все приспособления, которые позволяют успешно удерживать продукт для испытания на растяжение >>
Испытание на растяжение включает в себя образец, удерживаемый двумя зажимами на заданном расстоянии друг от друга.Загрузочный рычаг (прикрепленный к верхней рукоятке) движется вверх с постоянной скоростью для деформации образца, сначала деформируя его упруго, а затем пластически. Если сила, необходимая для разрушения образца, находится в пределах допустимого для тензодатчика, произойдет разрушение. Эта испытательная установка также может предоставить полезные данные о напряжении-деформации, если образец имеет однородное поперечное сечение, обеспечивая точные измерения размеров образца.
Образцыв форме «собачьей кости» часто используются при растяжении, с двумя широкими секциями, сужающимися к более узкой центральной секции.Центральная секция имеет равномерное поперечное сечение. Эти образцы спроектированы таким образом, чтобы стимулировать деформацию от захватов к центральной части контролируемым образом. Однако образцы собачьей кости не являются обязательными. Пока образец имеет однородное поперечное сечение, достаточно длинный для правильного захвата и не ломается при захвате, он будет пригоден для испытаний на растяжение.
Выше приведены только типичные примеры измерения прочности на разрыв. Разумеется, мы можем разработать и изготовить датчики или приспособления, специально предназначенные для вашего образца и его конкретных измерений.
После того, как ваше измерение будет выполнено, наш опыт в его графической интерпретации станет беспрецедентным — никто не понимает анализ текстуры так, как мы. Мы не только можем разработать наиболее подходящий и точный метод тестирования вашего образца, но и подготовить процедуры анализа, которые позволяют получить желаемые параметры из вашей кривой и поместить их в электронную таблицу или отчет, составленный в соответствии с вашими требованиями.