Отношение предельного напряжения к максимальному рабочему напряжению называют коэффициентом запаса прочности

Срок выполнения: 11.02.2022г

Цель работы: ознакомление с процедурой испытания низкоуглеродистой стали на растяжение и видами диаграмм. Формирование у обучающихся понятий: механические характеристики материалов, коэффициент запаса прочности

 

Тема: Испытание материалов на растяжение и сжатие при статическом нагружении. Коэффициент запаса прочности.

1. Для создания современной конструкции необходимо рассчитать все её детали и узлы на прочность, жесткость, устойчивость. В расчетные формулы входят величины, зависящие от физико-механических характеристик материала деталей. Без знания механических свойств материалов невозможно сделать обоснованный выбор материалов рассчитываемой конструкции при определении ее размеров. Для определения этих характеристик проводятся испытания материалов в строгом соответствии с государственными стандартами. Стандарты [1 ¸ 5] определяют правила подготовки образцов, их форму и размеры, а стандарты [6 ¸24] – методики проведения испытаний.

Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов.

Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий.

 

 

Наиболее чувствительными и точными являются машины с рычажно-маятниковыми силоизмерениями. Они отличаются надежностью силоизмерения и простотой конструкции.

Универсальная испытательная машина УММ-5 с максимальным усилием нагружения 49 кН снабжена рычажно-маятниковым силоизмерителем. Внешний вид испытательной машины УММ-5 и кинематическая схема ее силоизмерительного устройства показаны на рис.1. Машина имеет пять скоростей нагружения, м/с: 3,33-10-5; 6,67-10-5; 1,67-10-4; 3,33-10-4; 8,33-10-4 и одну скорость холостого хода, равную 1,67-10-3 м/с. Максимальное расстояние между захватами равно 0,8 м. Погрешность измерений равна ± 1% от величины измеряемой нагрузки.

Для создания усилия растяжения вращение от электродвигателя передается через червячную передачу 1 на впрессованную в червячное колесо гайку, в которую вворачивается винт 2, связанный с нижним захватом 3. Это усилие через образец 4, верхний захват 5 и систему рычагов 6 уравновешивается весом груза 10, расположенного на конце маятника 7. Маятник связан зубчатой реечной передачей со шкалой нагрузки 8, а также с диаграммным устройством 9. Это устройство через систему зубчатых передач и зубчатую реечную передачу также связано с нижним захватом 3, что позволяет автоматически записывать диаграмму растяжения – график зависимости абсолютного удлинения ∆ℓ от усилия растяжения F.

2) Диаграммы растяжения: машинная диаграмма растяжений и условная диаграмма растяжений

 

Точка А (1) соответствует пределу пропорциональности: после нее прямая линия (прямая пропорциональность) заканчивается и переходит в кривую, т.е. участок диаграммы ОА –удлинение растет пропорционально нагрузке, подтверждается закон Гука

Точка В (2) соответствует пределу упругости материала: материал теряет упругие свойства-способность вернуться к исходным размерам

Точка С (3) является концом участка,на котором образец сильно деформируется без увеличения нагрузки.Это явление называют текучестью, т.е. текучесть – удлинение при постоянной нагрузке

Точка Е (4) соответствует максимальной нагрузке, в этот момент на образце образуется «шейка»-резкое уменьшение площади поперечного сечения. Напряжения в этой точке называют временным сопротивлением разрыву или условным пределом прочности. Участок СЕ-участок упрочнения

Точка К (5)- наступает разрушение образца.

Первая диаграмма связана не только со свойствами материала, но и с размерами испытуемого образца. Чтобы получить характеристики свойств материала, исключают влияние на диаграмму размеров образца, для этого диаграмму перестраивают: делят нагрузки F на начальную площадь А0 поперечного сечения образца, а абсолютные удлинения Δ l на начальную длину l0. Диаграмму, построенную в координатах σ-ε, называют диаграммой растяжения материала или условной диаграммой напряжений. По данной диаграмме определяются механические характеристики материала. Отличаются диаграммы масштабом.

3).Основные характеристики прочности (механические характеристики):

Механические характеристики-это числовые характеристики позволяющие оценивать свойства

σпц-предел пропорциональности, наибольшее напряжение, до которого выполняется закон Гука

σпц=F1/А0

σу- предел упругости, наибольшее напряжение, до которого в материале не возникают остаточные деформации

σу= F2/А0

σт-предел текучести, наименьшее напряжение при котором деформация увеличивается без заметного увеличения нагрузки

σт= F3/А0

σв- предел прочности или временное сопртивление, напряжение, соответствующее

максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца

σв= Fмах/А0

4.Виды диаграмм растяжения

Различные материалы по-разному ведут себя под нагрузкой, характер деформаций и разрушения зависит от свойств материала.

По типу диаграмм растяжения материалы делят на три группы:

1. Пластичные материалы имеют площадку текучести на диаграмме

2. Хрупкие материалы, мало деформируются, разрушаются по хрупкому типу, на диаграмме нет площадки текучести

3. Пластично-хрупкие, не имеющие площадки текучести, но значительно деформирующиеся под нагрузкой. Их деформацию обычно ограничивают. Максимально возможная относительная деформация ε=0,2%. По величине максимально возможной деформации определяется соответствующее нормальное напряжение σ0,2, которое принимают за предельное

 

5) При проектировании элементов конструкций выбирают материал и определяют размеры элемента, надежно обеспечивающие его прочность.

Напряжения, при которых нарушается прочность элемента, называют предельными. Нарушением прочности считают не только разрушение элемента конструкции, но и появление хотя бы в одной зоне (точке) остаточных деформаций.

Заметные остаточные деформации в пластичных материалах появляются при напряжениях равных пределу текучести, отсюда следует, что для пластичных материалов предел текучести является предельным напряжением.

Хрупкие материалы разрушаются при малых пластических деформациях и для них предельным напряжением считают предел прочности

Необходимо обеспечить запас прочности.

 

Срок выполнения: 11.02.2022г

Цель работы: ознакомление с процедурой испытания низкоуглеродистой стали на растяжение и видами диаграмм. Формирование у обучающихся понятий: механические характеристики материалов, коэффициент запаса прочности

 

Тема: Испытание материалов на растяжение и сжатие при статическом нагружении. Коэффициент запаса прочности.

1. Для создания современной конструкции необходимо рассчитать все её детали и узлы на прочность, жесткость, устойчивость. В расчетные формулы входят величины, зависящие от физико-механических характеристик материала деталей. Без знания механических свойств материалов невозможно сделать обоснованный выбор материалов рассчитываемой конструкции при определении ее размеров. Для определения этих характеристик проводятся испытания материалов в строгом соответствии с государственными стандартами. Стандарты [1 ¸ 5] определяют правила подготовки образцов, их форму и размеры, а стандарты [6 ¸24] – методики проведения испытаний.

Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов.

Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий.

 

 

Наиболее чувствительными и точными являются машины с рычажно-маятниковыми силоизмерениями. Они отличаются надежностью силоизмерения и простотой конструкции.

Универсальная испытательная машина УММ-5 с максимальным усилием нагружения 49 кН снабжена рычажно-маятниковым силоизмерителем. Внешний вид испытательной машины УММ-5 и кинематическая схема ее силоизмерительного устройства показаны на рис.1. Машина имеет пять скоростей нагружения, м/с: 3,33-10-5; 6,67-10-5; 1,67-10-4; 3,33-10-4; 8,33-10-4 и одну скорость холостого хода, равную 1,67-10-3 м/с. Максимальное расстояние между захватами равно 0,8 м. Погрешность измерений равна ± 1% от величины измеряемой нагрузки.

Для создания усилия растяжения вращение от электродвигателя передается через червячную передачу 1 на впрессованную в червячное колесо гайку, в которую вворачивается винт 2, связанный с нижним захватом 3. Это усилие через образец 4, верхний захват 5 и систему рычагов 6 уравновешивается весом груза 10, расположенного на конце маятника 7. Маятник связан зубчатой реечной передачей со шкалой нагрузки 8, а также с диаграммным устройством 9. Это устройство через систему зубчатых передач и зубчатую реечную передачу также связано с нижним захватом 3, что позволяет автоматически записывать диаграмму растяжения – график зависимости абсолютного удлинения ∆ℓ от усилия растяжения F.

2) Диаграммы растяжения: машинная диаграмма растяжений и условная диаграмма растяжений

 

Точка А (1) соответствует пределу пропорциональности: после нее прямая линия (прямая пропорциональность) заканчивается и переходит в кривую, т.е. участок диаграммы ОА –удлинение растет пропорционально нагрузке, подтверждается закон Гука

Точка В (2) соответствует пределу упругости материала: материал теряет упругие свойства-способность вернуться к исходным размерам

Точка С (3) является концом участка,на котором образец сильно деформируется без увеличения нагрузки.Это явление называют текучестью, т.е. текучесть – удлинение при постоянной нагрузке

Точка Е (4) соответствует максимальной нагрузке, в этот момент на образце образуется «шейка»-резкое уменьшение площади поперечного сечения. Напряжения в этой точке называют временным сопротивлением разрыву или условным пределом прочности. Участок СЕ-участок упрочнения

Точка К (5)- наступает разрушение образца.

Первая диаграмма связана не только со свойствами материала, но и с размерами испытуемого образца. Чтобы получить характеристики свойств материала, исключают влияние на диаграмму размеров образца, для этого диаграмму перестраивают: делят нагрузки F на начальную площадь А0 поперечного сечения образца, а абсолютные удлинения Δ l на начальную длину l0. Диаграмму, построенную в координатах σ-ε, называют диаграммой растяжения материала или условной диаграммой напряжений. По данной диаграмме определяются механические характеристики материала. Отличаются диаграммы масштабом.

3).Основные характеристики прочности (механические характеристики):

Механические характеристики-это числовые характеристики позволяющие оценивать свойства

σпц-предел пропорциональности, наибольшее напряжение, до которого выполняется закон Гука

σпц=F1/А0

σу- предел упругости, наибольшее напряжение, до которого в материале не возникают остаточные деформации

σу= F2/А0

σт-предел текучести, наименьшее напряжение при котором деформация увеличивается без заметного увеличения нагрузки

σт= F3/А0

σв- предел прочности или временное сопртивление, напряжение, соответствующее

максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца

σв= Fмах/А0

4.Виды диаграмм растяжения

Различные материалы по-разному ведут себя под нагрузкой, характер деформаций и разрушения зависит от свойств материала.

По типу диаграмм растяжения материалы делят на три группы:

1. Пластичные материалы имеют площадку текучести на диаграмме

2. Хрупкие материалы, мало деформируются, разрушаются по хрупкому типу, на диаграмме нет площадки текучести

3. Пластично-хрупкие, не имеющие площадки текучести, но значительно деформирующиеся под нагрузкой. Их деформацию обычно ограничивают. Максимально возможная относительная деформация ε=0,2%. По величине максимально возможной деформации определяется соответствующее нормальное напряжение σ0,2, которое принимают за предельное

 

5) При проектировании элементов конструкций выбирают материал и определяют размеры элемента, надежно обеспечивающие его прочность.

Напряжения, при которых нарушается прочность элемента, называют предельными. Нарушением прочности считают не только разрушение элемента конструкции, но и появление хотя бы в одной зоне (точке) остаточных деформаций.

Заметные остаточные деформации в пластичных материалах появляются при напряжениях равных пределу текучести, отсюда следует, что для пластичных материалов предел текучести является предельным напряжением.

Хрупкие материалы разрушаются при малых пластических деформациях и для них предельным напряжением считают предел прочности

Необходимо обеспечить запас прочности.

 

Отношение предельного напряжения к максимальному рабочему напряжению называют коэффициентом запаса прочности

 

s= σпред / σ, где σ=N/A

Очевидно, что недостаточный коэффициент запаса прочности не обеспечит надежности конструкции, а чрезмерный запас прочности приведет к перерасходу материала и утяжелению конструкции. Сечение, для которого коэффициент запаса прочности наименьший, называется опасным.

Минимально необходимый коэффициент запаса прочности, гарантирующий надежную работу конструкции в течение требуемого срока службы, называют допускаемым

[s] для пластичных материалов 1,2....2,5, для хрупких 2...5, для древесины 8...12