Реферати українською » Промышленность, производство » Визначення механічних властивостей матеріалів. Умови міцності і жорсткості конструкцій


Реферат Визначення механічних властивостей матеріалів. Умови міцності і жорсткості конструкцій

Страница 1 из 2 | Следующая страница

БІЛОРУСЬКИЙГОСУДРАСТВЕННЫЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ ІРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра інженерної графіки

>РЕФЕРАТ

На тему:

 «Визначення механічних властивостей матеріалів. Умови міці й жорсткості конструкцій»

МІНСЬК, 2008


Визначення механічних властивостей матеріалів. Діаграма напруг

 

Властивості матеріалів під час розрахунків на міцність, жорсткість і стійкість визначаються механічними характеристиками.Величини механічних характеристик можна отримати в лабораторних умовах доведенням зразків до руйнації чи надмірної деформації. Випробування можуть проводитися деформації розтяги, стискування, крутіння, вигину при дії статичної чи перемінної навантажень.

Найбільшого поширення набула мають випробування на розтягнення статичної навантаженням, оскільки вони найбільш прості та дають достатню інформацію щодо поведінки матеріалу за інших видах деформації. На спеціальних машинах розтягують зразки (рис. 1, а), розміри яких обмежені стандартом, записуючи автоматично залежність змінирастягивающей сили F від подовження зразка > , тобто. діаграму розтяги в координатах F =f().

б

 

а

 

в

 

>Рис. 1

Відомо, що обсяграстягивающей сили F й розмір подовження > зразків у одного матеріалу залежить від їх розмірів. Щоб можна було порівняти результати випробувань зразків різних розмірів, виготовлених із однакових матеріалів, діаграму розтяги перебудовують в координатах =F/A і =/ , де А – початкова площа перерізу зразків; > – початкова довжина робочої частини зразка. Цю діаграму = >f (>) називають діаграмою напруг чи умовної діаграмою розтяги, вид якої майже залежить від абсолютних розмірів використовуваних під час випробування зразків, а визначається властивостями матеріалу. Типова діаграма напруг при розтягненні зразків у пластичних матеріалів (рис. 1, в) характеризується такими ділянками. Ділянка довжиноюОА до деякого напруги>pr, званого межею пропорційності, представляє пряму лінію. У цьому ділянці справедливий закон Гука й розмір абсолютної деформації прямо пропорційнарастягивающему зусиллю F, а відносна деформація – напрузі.

Після досягнення краю пропорційності >>pr деформації ростуть не прямо пропорційно напругам >, а швидше. Починаючи із певною точки У, лежачої вже вкриволинейном ділянці діаграми, помічено поява незначних (0,05%) залишкових деформацій, до точки У деформації ще пружні.Точке У відповідає межа пружності матеріалуe – то найбільше напруга, куди у вихідному матеріалі виходять лише один пружні деформації. Межа пружності практично збігаються з межею пропорційності й інші величини звичайно розмежовуються. Наприклад, для сталиСт3 межа пропорційності>pr 210МПа, а межа пружностіe 220МПа.

При подальшому збільшенні навантаження за точкою У з'являються залишкові деформації. У точці З починається процес деформації металу без збільшення зовнішньої навантаження.Горизонтальний ділянку діаграми називається майданчиком плинності, а напруга, відповідне даної точці, – межею плинності (>y). Ряд матеріалів дає при розтягненні діаграму без вираженої майданчики плинності (рис 5.9). Для таких матеріалів межі плинностіy відповідає напруга, у якому залишкова деформація дорівнює 0,2%. Тому іноді межа плинності позначають >0,2 і називають умовним межею плинності.

На ділянціDK опірдеформированию починає значно зростати зі збільшенням деформації. Ділянка називається зоною зміцнення. Крапка До діаграми відповідає найбільшої за величиною навантаженні, а напруга, відповідне цієї точці (найбільшої за величиною навантаженні), називається межею міцностіu чи тимчасовим опором і позначається при розтягненні>ut. До точки До весь зразок подовжується приблизно однакове, при перевищенні напруги >u деформація зразка зосереджується щодо одного місці (локалізується). Це призводить місцеве звуження поперечного перерізу зразка, з освітою так званої «шийки». Площа перерізу зразка в шийки швидко зменшується, як наслідок, падає зусилля і умовне напруга. У точці R стався розрив зразка по найменшій перерізу шийки (рис. 2, б).

Крімперечислимих вище >прочностних характеристик під час випробування на розтягнення визначають характеристики пластичності матеріалу, тобто. здібності матеріалу отримувати не руйнуючи великі залишкові деформації: відносне залишкове подовження при розриві

 (1)

і відносне залишкове звуження при розриві

, (2)

де >>p, A>p – відповідно розрахункова довжина зразка та Європейська площа поперечного перерізу у найбільш тонкому місці шийки після розриву.

Чим пластичнішим матеріал, тим більше коштів >>r і >>r. Якщо випробовуваний зразок не доводячи до руйнації навантажити до, відповідного точці L діаграми (див. рис. 2, в), та був розвантажити, то процес розвантаженняизобразиться прямий LL1. Ця пряма завжди паралельна ділянці >ОА діаграми. При розвантаженні деформація не повністю зникає. Вона зменшується на величину пружною деформації, тобто. на величину L1M. Відтинок >OL1 є залишкову чи пластичну деформацію.

>Рис. 3

>Рис. 4

>Противоположним властивості пластичності є крихкість, тобто. здатність матеріалу руйнуватися при незначних залишкових деформації. Для тендітних матеріалів характерно руйнація при малих залишкових деформації (рис. 4), тому за її випробуванні на розтягнення визначається лише межа міцності >>ut. До тендітним матеріалам відносять чавуни,високоуглеродистие інструментальні стали, скло та інших.

>Твердость матеріалів

На виробництві за необхідності швидкого контролю властивостей виготовлених деталей, наприклад, контролю міцності після термічної читермохимической обробки, метод випробування зразків на розтягнення має багато незручностей. Застосовують порівняльну оцінку властивостей матеріалу, минаючи виготовлення і руйнування зразків, шляхом виміру твердості.

>Твердость (М) здатність матеріалу опиратися проникненню до нього іншого, більш твердого тіла. Привдавливании у матеріал стороннього тіла виникають місцеві пластичні деформації, що супроводжуються при подальшому збільшенні навантаження місцевим руйнацією. Показник твердості пов'язаний безпосередньо з показниками міці й пластичності.Твердость матеріалу міцно пов'язана і з йогообрабативаемостью: ніж твердіше матеріал, гірше він обробляється, від твердості залежить зносостійкість.

Випробування з визначення твердості характеризуються швидкістю виконання і супроводжуються руйнацією деталей. Є кілька методів визначення твердості. Вибір методу залежить від твердості випробуваного матеріалу, товщини, ж розмірів та форми вироби.

МетодБринелля грунтується навдавливании в поверхню випробуваного матеріалу сталевого загартованого кульки діаметром 2,5; 5 чи 10 мм під впливом сили F, доданої перпендикулярно до вироби протягом визначеного часу.Числом твердості поБринеллю називається ставлення навантаження F на площу сферичного відбитка А, тобто. F/ A.Твердость поБринеллю за умов випробування, коли діаметр кульки 10 мм, F = 3000кгс і тривалість витримки під навантаженням від 10 до 15 з, позначається цифрами, котрі характеризують число твердості, і літерамиНВ. Наприклад,120НВ, де 120 – число твердості вкгс/мм2;НВ – твердість поБринеллю.

За інших режимах випробування після літерНВ вказують умови випробування, у наступному порядку: діаметр кульки, навантаження і тривалість витримки під навантаженням, розділені похилій рисою. Наприклад, 120НВ 5/750/20, де 120 – число твердості вкгс/ мм2;НВ – твердість поБринеллю; 5 – діаметр кульки в мм; 750 – навантаження вкгс; 20 – час (в секундах) витримки під навантаженням.

Щоб не проводити обчислень, є таблиці перекладу діаметра відбитка до твердостіНВ. Вибір діаметра кульки залежить від товщини деталі. Мінімальна товщина яке відчуває зразка, аби внеможливити деформацію вигину, мусить бути щонайменше десятиразової глибини відбитка. МетодомБринелля відчувають матеріали з твердістю до 450НВ, що пов'язані з твердістю загартованих кульок. Цим методом не можна визначити твердість плівок, твердість деталей післяхимико-термической обробки через незначною товщини обробленого поверхневого шару.

Про твердості методомРоквелла судять по різниці глибин, куди проникає алмазний конус з кутом при вершині 120° чи сталевої загартований кулька діаметром 1,588 мм при дії двох послідовно прикладених навантажень: попередньої величиною 10кгс і загальної – 60, 100 чи 150кгс, рівної сумі попередньої і основний навантажень. Для визначення числа твердості застосовують три шкали. Шкала У відповідаєвдавливанию кульки і кількість твердості у своїй позначаєтьсяHRB. Для твердих матеріалів застосовуються шкали А і Зе, відповіднівдавливанию алмазного конуса. Спочаткуиндентор удавлюється в поверхню зразка під попередньої навантаженням, яка знімається остаточно випробувань, що забезпечує точність вимірів. Потім подається основне навантаження (для шкали А – 50кгс, для шкали У – 90кгс, для шкали З – 140кгс), після зняття якої число твердості визначають глибиною відбитка.Размерность чисел твердості поРоквеллу – умовні одиниці. За одиницю твердості прийнята величина, відповідна осьового переміщеннюиндентора на 0,002 мм. По шкалам А, У і Зе встановлюються такі межі виміру твердості: шкала А – 70 … 85 од. (тверді сплави, вироби із високим поверхневою твердістю); шкала Зе – 20 … 67 од. (>термообработанная сталь); шкала У – 25 … 100 од. (м'які метали і сплави).

>Твердость поРоквеллу позначається цифрами, котрі характеризують число твердості, і літерами HR із зазначенням шкали. Наприклад,60HRCе, де 60 – число твердості; HR – твердість поРоквеллу; Зе – шкала твердості.

МетодРоквелла набув широкого поширення завдяки високої продуктивності (суміщення операцій удавленняиндентора й вимірювання розмірів відбитка), універсальності, невеличкому розміру відбитка. У певному інтервалі чисел твердості має місце таке співвідношення між твердістю поБринеллю іРоквеллу: 1HRCе 10НВ.

Метод виміру твердості по Віккерсу полягає ввдавливании в випробовуваний матеріал правильний чотиригранної алмазної піраміди з кутом в 136° між протилежними гранями. Кількість твердості по Віккерсу обчислюється шляхом розподілу навантаження на площа поверхні пірамідального відбитка. Зазвичай використовують таблиці, з допомогою яких за довжині діагоналі відбитка знаходять число твердості. Якщо за вимірі твердості використовується навантаження F = 30кгс та палестинці час витримки 10 … 15 з, твердість позначається літерами >HV і цифрами, котрі характеризують число твердості. Наприклад,HV300, де >HV – твердість по Віккерсу, 300 – число твердості вкгс/мм2. За інших режимах виміру після символу >HV вказують цифри, розділені похилій рисою і які позначають навантаження та палестинці час витримки, а ще через тирі – число твердості. Наприклад,HV30/ 20 – 300, де >HV – твердість по Віккерсу; 30 – навантаження вкгс; 20 – час витримки, з; 300 – число твердості. Майже повне збіг значень твердості по Віккерсу іБринеллю зокрема у інтервалі 100 … 450НВ.

Метод Віккерса широко застосовується визначення твердості тонких зразків і тонких поверхневих верств металу післяхимико-термической обробки, і навіть дрібних деталей, деталей складної форми.

Експериментально встановлено, що у значенням твердості можна оцінити межа міцності при розтягненні >>ut, умовний межа плинності0,2, модуль пружності Є матеріалу. Так, для конструкційних вуглецевих сталей зНВ 150,0,2 0,2НВ і>ut 0,345НВ; для латуні>ut 0,5НВ; для дюралюмінію>ut (0,36 …0,37)НВ тощо.

>Допускаемие напруги. Умови міці й жорсткості конструкцій

 

При розрахунках на міцність навантажених деталей необхідно підібрати розміри поперечних перетинів такими, щоб деталі було неможливо отримати неприпустиму під час роботи деформацію чи зруйнуватися. Це забезпечується дотриманням умов міці й жорсткості. Відповідно до умові міцності максимальні справжні напруги, виникаючі внаслідок дії зовнішніх сил, нічого не винні перевищувати що допускаються. По умові жорсткості би мало бути обмежені величини деформацій: абсолютна чи відносна справжня деформація має перевищуватидопускаемую.

>Допускаемими називають напруги, відповідні деформаціям, допустимим під час роботи механізму.Допустимие деформації деталей обмежують пружними деформаціями. Оскільки величини що допускаються напруг визначаються величиною допустимих деформацій, під час розрахунків зазвичай використовують умова міцності, що містить у собі умова жорсткості. Умови міцності по нормальним і дотичним напругам мають відповідно вид

>>max >adm;>>max >adm, (3)

де >>max, >>max – відповідно максимальні нормальні,касательние напруги; >>adm, >>adm – відповідно допущені нормальні, допущенікасательние напруги.

>Допускаемое напруга пов'язують із механічними властивостями матеріалу деталі визначають за такою формулою

>>adm =u/ n, (4)

де >u – максимальне напруження для матеріалу, тобто. напруга, у якому можуть з'явитися помітні залишкові деформації: для пластичних матеріалів його ролі приймають умовний межа плинності >0,2 чи межа плинності >y, а тендітних матеріалів – межа міцності >u; n – коефіцієнт запасу міцності, представлений як твори n = n1n2n3…, що завжди більше одиниці, і враховує розкид механічних властивостей матеріалу, неточне знання діючих навантажень, можливі перевантаження при експлуатації, вплив концентраторів напруг, габаритів деталі, наслідків руйнації чи виходу їх із ладу синапси і інших чинників. Чим більший коефіцієнт запасу міцності, тим надійніше деталь у роботі, але перевищення n певної величини веде до надмірного збільшення габаритів та значимості, що економічно невигідно. Правильний вибір коефіцієнта запасу міцності n є важливим етапом під час розрахунків на міцність. Для пластичних матеріалів приймають n 1,4 … 1,6, для тендітних – 2,5 … 3,0.

>Допускаемое дотичне напруга >>adm матеріалу приймається як частинудопускаемого нормального напруги: для пластичних матеріалів (конструкційних сталей, сплавів міді алюмінію)>adm = (0,5 ..0,6)>adm, для тендітних матеріалів>adm = (0,8 …1,0)>adm.

Умовою міцності при розтягненні (стисканні) буде вираз

> = N/ A >adm. (5)

З його допомогою ми можна вирішити такі:

Перевірити міцність навантаженого стрижня, тобто. по заданої навантаженні і розмірам поперечного перерізу визначити справжні напруження і порівняти його здопускаемими (5).

Визначити розміри поперечного перерізу стрижня відомою навантаженні ідопускаемому напрузі матеріалу

A N/>adm.  (6)

Визначитидопускаемую подовжню силу по заданим розмірам А поперечного перерізу стрижня ідопускаемому напрузі матеріалу стрижня

N A>adm.  (7)

Далі, знаючи зв'язок між подовжньої силою N зовнішніми силами F, можна знайти граничну зовнішню навантаження Fu.

Вибрати матеріал навантаженого стрижня по заданим розмірам А поперечного перерізу стрижня і навантаженні, ухваливши або розрахувавши величину коефіцієнта запасу міцностіn:

>0,2 = n>adm (n N)/ A. (5.18)

Стрижні, які відчувають деформацію стискування, крім розрахунку міцність необхідно розраховувати на стійкість (подовжній вигин), ніж сталосявипучивания і стійкості стиснутого стрижня. Зазначимо, що з дії на стрижень системи зовнішніх сил поздовжня сила N в поперечномусечении дорівнює алгебраїчній сумі зовнішніх поздовжніх сил, котрі за один бік від перерізу.Напряжения в похилих перетинах розтягнуті стрижнів

Для оцінки міцності деталей розглянемо напруги, діючі з кожного перерізу розтягнутого (стиснутого) стрижня.

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація