Dovoljene napetosti in mehanske lastnosti materialov. Spletni kalkulator za določanje dovoljenih napetosti materialov: jekla in zlitine aluminija, bakra in titana Dovoljene napetosti za krhke materiale

Za določanje dovoljenih napetosti v strojništvu se uporabljajo naslednje osnovne metode.
1. Diferencirani varnostni faktor se ugotovi kot produkt številnih delnih koeficientov, ki upoštevajo zanesljivost materiala, stopnjo odgovornosti dela, natančnost formul za izračun in delujoče sile ter druge dejavnike, ki določajo pogoji delovanja delov.
2. Tabela - dovoljene napetosti se vzamejo po standardih, sistematiziranih v obliki tabel
(Tabela 1 - 7). Ta metoda je manj natančna, vendar je najenostavnejša in najprimernejša za praktično uporabo pri načrtovanju in izračunih trdnosti pri testiranju.

Pri delu projektantskih birojev in pri izračunih strojnih delov se tako razlikujeta kot tabelarnih metod, pa tudi njihove kombinacije. V tabeli 4 - 6 prikazujejo dovoljene napetosti za nestandardne lite dele, za katere niso bile razvite posebne metode izračuna in ustrezne dovoljene napetosti. Tipične dele (na primer zobnike in polžasta kolesa, jermenice) je treba izračunati z uporabo metod, navedenih v ustreznem razdelku referenčne knjige ali specializirane literature.

Navedene dovoljene napetosti so namenjene približnim izračunom samo za osnovne obremenitve. Za natančnejše izračune ob upoštevanju dodatnih obremenitev (na primer dinamičnih) je treba vrednosti tabele povečati za 20 - 30%.

Dovoljene napetosti so podane brez upoštevanja koncentracije napetosti in dimenzij dela, izračunane za vzorce gladkega poliranega jekla s premerom 6-12 mm in za neobdelane okrogle ulitke iz litega železa s premerom 30 mm. Pri določanju najvišjih napetosti v delu, ki se izračuna, je treba nazivne napetosti σ nom in τ nom pomnožiti s faktorjem koncentracije k σ ali k τ:

1. Dovoljene napetosti*
za ogljikova jekla običajne kakovosti v vroče valjanem stanju

Znamka jeklo

Dovoljena napetost **, MPa

pod napetostjo [σ p ]

med upogibanjem [σ od ]

med torzijo [τ cr]

pri rezanju [τ avg]

pri stiskanju [σ cm]

jaz

II

III

jaz

II

III

jaz

II

III

jaz

II

III

jaz

II

St2 St3 St4 St5 St6

115 125 140 165 195

80 90 95 115 140

60 70 75 90 110

140 150 170 200 230

100 110 120 140 170

80 85 95 110 135

85 95 105 125 145

65 65 75 80 105

50 50 60 70 80

70 75 85 100 115

50 50 65 65 85

40 40 50 55 65

175 190 210 250 290

120 135 145 175 210

* Gorsky A.I.. Ivanov-Emin E.B.. Karenovsky A.I. Določanje dovoljenih napetosti pri izračunih trdnosti. NIImash, M., 1974.
** Rimske številke označujejo vrsto obremenitve: I - statična; II - spremenljivka, ki deluje od nič do maksimuma, od maksimuma do nič (pulzirajoče); III - izmenično (simetrično).

2. Mehanske lastnosti in dovoljene napetosti
ogljikova kakovostna konstrukcijska jekla

3. Mehanske lastnosti in dovoljene napetosti
legirana konstrukcijska jekla

4. Mehanske lastnosti in dopustne napetosti
za ulitke iz ogljikovih in legiranih jekel

5. Mehanske lastnosti in dopustne napetosti
za ulitke iz sive litine

6. Mehanske lastnosti in dopustne napetosti
za ulitke iz nodularne litine

7. Dovoljene napetosti za plastične dele

Za nodularna (nekaljena) jekla pri statičnih napetostih (I vrsta obremenitve) se koeficient koncentracije ne upošteva. Za homogena jekla (σ v > 1300 MPa, pa tudi v primeru njihovega delovanja pri nizkih temperaturah) se koeficient koncentracije ob prisotnosti koncentracije napetosti uvede v izračun pod obremenitvami jaz vrsta (k > 1). Za nodularna jekla pri spremenljivih obremenitvah in ob prisotnosti koncentracij napetosti je treba te napetosti upoštevati.

Za lito železo v večini primerov je koeficient koncentracije napetosti približno enak enoti za vse vrste obremenitev (I - III). Pri izračunu trdnosti ob upoštevanju dimenzij dela je treba dane tabelarične dovoljene napetosti za lite dele pomnožiti s faktorjem lestvice, ki je enak 1,4 ... 5.

Približne empirične odvisnosti meja vzdržljivosti za primere obremenitve s simetričnim ciklom:

za ogljikova jekla:
- pri upogibanju, σ -1 = (0,40÷0,46)σ in;
σ -1р = (0,65÷0,75)σ -1;
- med torzijo, τ -1 = (0,55÷0,65)σ -1;

za legirana jekla:
- pri upogibanju, σ -1 = (0,45÷0,55)σ in;
- ko je raztegnjen ali stisnjen, σ -1р = (0,70÷0,90)σ -1;
- med torzijo, τ -1 = (0,50÷0,65)σ -1;

za litje jekla:
- pri upogibanju, σ -1 = (0,35÷0,45)σ in;
- ko je raztegnjen ali stisnjen, σ -1р = (0,65÷0,75)σ -1;
- med torzijo, τ -1 = (0,55÷0,65)σ -1.

Mehanske lastnosti in dovoljene napetosti antifrikcijske litine:
- mejna upogibna trdnost 250 ÷ 300 MPa,
- dopustne upogibne napetosti: 95 MPa za I; 70 MPa - II: 45 MPa - III, kjer so I. II, III oznake vrst obremenitev, glej tabelo. 1.

Približne dovoljene napetosti za neželezne kovine pri napetosti in stiskanju. MPa:
- 30...110 - za baker;
- 60...130 - medenina;
- 50...110 - bron;
- 25...70 - aluminij;
- 70...140 - duraluminij.

Spletni kalkulator določi ocenjeno dopustne napetosti σ odvisno od projektne temperature za različne vrste materialov naslednjih vrst: ogljikovo jeklo, kromirano jeklo, jeklo avstenitnega razreda, jeklo avstenitno-feritnega razreda, aluminij in njegove zlitine, baker in njegove zlitine, titan in njegove zlitine po GOST-52857.1 -2007.

Pomoč pri razvoju spletne strani projekta

Spoštovani obiskovalec spletnega mesta.
Če niste mogli najti, kar ste iskali, se prepričajte, da o tem napišete v komentarjih, kaj trenutno manjka na spletnem mestu. To nam bo pomagalo razumeti, v katero smer se moramo premakniti naprej, drugi obiskovalci pa bodo kmalu lahko prejeli potrebno gradivo.
Če se je spletno mesto izkazalo za uporabno, ga podarite projektu samo 2 ₽ in vedeli bomo, da gremo v pravo smer.

Hvala, da ste se ustavili!

I. Metoda izračuna:

Dovoljene napetosti so bile določene v skladu z GOST-52857.1-2007.

za ogljikova in nizko legirana jekla

St3, 09G2S, 16GS, 20, 20K, 10, 10G2, 09G2, 17GS, 17G1S, 10G2S1:

1. Pri načrtovanih temperaturah pod 20 °C velja, da so dovoljene napetosti enake kot pri 20 °C, odvisno od dovoljene uporabe materiala pri določeni temperaturi.
2. Za jeklo razreda 20 pri R e/20
3. Za jeklo razreda 10G2 pri R р0,2/20
4. Za razrede jekla 09G2S, 16GS, razredi trdnosti 265 in 296 po GOST 19281, so dovoljene napetosti, ne glede na debelino pločevine, določene za debeline nad 32 mm.
5. Dovoljene napetosti, ki se nahajajo pod vodoravno črto, veljajo za življenjsko dobo, ki ni daljša od 10 5 ur. Za projektno življenjsko dobo do 2 * 10 5 ur se dovoljena napetost, ki se nahaja pod vodoravno črto, pomnoži s koeficientom: za ogljikovo jeklo za 0,8; za manganovo jeklo za 0,85 pri temp< 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.

za toplotno odporna kromova jekla

12XM, 12MX, 15XM, 15X5M, 15X5M-U:

1. Pri načrtovanih temperaturah pod 20 °C velja, da so dovoljene napetosti enake kot pri 20 °C, odvisno od dovoljene uporabe materiala pri dani temperaturi.
2. Za vmesne projektne temperature sten se dopustna napetost določi z linearno interpolacijo z zaokroževanjem rezultatov navzdol na 0,5 MPa.
3. Dovoljene napetosti pod vodoravno črto veljajo za življenjsko dobo 10 5 ur. Za projektirano življenjsko dobo do 2 * 10 5 ur se dovoljena napetost pod vodoravno črto pomnoži s faktorjem 0,85.

za toplotno obstojna, toplotno obstojna in korozijsko odporna avstenitna jekla

10 X17H13M3T, 10X14G14H4:

1. Za vmesne projektne temperature stene se dovoljena napetost določi z interpolacijo dveh najbližjih vrednosti, navedenih v tabeli, z rezultati zaokroženimi navzdol na najbližjih 0,5 MPa.
2. Za odkovke iz jekel 12Х18Н10Т, 10Х17Н13M2T, 10Х17Н13М3Т se dovoljene napetosti pri temperaturah do 550 °C pomnožijo z 0,83.
3. Za dolge valjane jeklene razrede 12Х18Н10Т, 10Х17Н13M2T, 10Х17Н13М3Т se dovoljene napetosti pri temperaturah do 550 °C pomnožijo z razmerjem (R* p0,2/20) / 240.
   (R* p0,2/20 - meja tečenja valjanega jeklenega materiala se določi po GOST 5949).
4. Za odkovke in dolge izdelke iz jekla razreda 08X18H10T se dovoljene napetosti pri temperaturah do 550 °C pomnožijo z 0,95.
5. Za odkovke iz jekla razreda 03X17H14M3 se dovoljene napetosti pomnožijo z 0,9.
6. Za odkovke iz jekla razreda 03X18H11 se dovoljene napetosti pomnožijo z 0,9; za dolge izdelke iz jekla razreda 03X18H11 se dovoljene napetosti pomnožijo z 0,8.
7. Za cevi iz jekla razreda 03Х21Н21М4ГБ (ZI-35) se dovoljene napetosti pomnožijo z 0,88.
8. Za odkovke iz jekla razreda 03Х21Н21М4ГБ (ZI-35) se dovoljene napetosti pomnožijo z razmerjem (R* p0,2/20) / 250.
   (R* p0,2/20 je meja tečenja materiala za kovanje, določena po GOST 25054).
9. Dovoljene napetosti pod vodoravno črto veljajo za življenjsko dobo največ 10 5 ur.

Za predvideno življenjsko dobo do 2*10 5 ur se dovoljena napetost pod vodoravno črto pomnoži s faktorjem 0,9 pri temperaturi< 600 °С и на коэффициент 0,8 при температуре от 600 °С до 700 °С включительно.

za toplotno odporna, toplotno odporna in korozijsko odporna jekla avstenitnega in avstenitno-feritnega razreda

08Х18Г8Н2Т (KO-3), 07Х13AG20(ChS-46), 02Х8Н22С6(EP-794), 15Х18Н12С4ТУ (EI-654), 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ, 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т:

1. Pri načrtovanih temperaturah pod 20 °C velja, da so dovoljene napetosti enake kot pri 20 °C, odvisno od dovoljene uporabe materiala pri določeni temperaturi.
2. Za vmesne projektne temperature stene se dovoljena napetost določi z interpolacijo dveh najbližjih vrednosti, navedenih v tej tabeli, zaokroževanjem navzdol na najbližjih 0,5 MPa.

za aluminij in njegove zlitine

A85M, A8M, ADM, AD0M, AD1M, AMtsSM, AM-2M, AM-3M, AM-5M, AM-6M:

1. Dovoljene napetosti so podane za aluminij in njegove zlitine v žarjenem stanju.
2. Dovoljene napetosti so podane za debelino listov in plošč iz aluminija A85M, A8M ne več kot 30 mm, drugih razredov - ne več kot 60 mm.

za baker in njegove zlitine

M2, M3, M3r, L63, LS59-1, LO62-1, LZhMts 59-1-1:

1. Dovoljene napetosti so podane za baker in njegove zlitine v žarjenem stanju.
2. Dovoljene napetosti so podane za debelino pločevine od 3 do 10 mm.
3. Za vmesne vrednosti izračunanih temperatur sten se dovoljene napetosti določijo z linearno interpolacijo z zaokroževanjem rezultatov na 0,1 MPa proti spodnji vrednosti.

za titan in njegove zlitine

VT1-0, OT4-0, AT3, VT1-00:

1. Pri načrtovanih temperaturah pod 20 °C velja, da so dovoljene napetosti enake kot pri 20 °C, odvisno od dopustnosti uporabe materiala pri določeni temperaturi.
2. Za odkovke in palice se dovoljene napetosti pomnožijo z 0,8.

II. Definicije in oznake:

R e/20 - najmanjša vrednost meje tečenja pri temperaturi 20 °C, MPa;
R р0,2/20 - najmanjša vrednost pogojne meje tečenja pri trajnem raztezku 0,2% pri temperaturi 20 ° C, MPa.
dopustno

napetost - najvišje napetosti, ki so dovoljene v konstrukciji, pod pogojem njenega varnega, zanesljivega in trajnega delovanja. Vrednost dovoljene napetosti se določi tako, da se natezna trdnost, meja tečenja itd. deli z vrednostjo, večjo od ena, ki se imenuje varnostni faktor.

• izračunano
• temperatura - temperatura stene opreme ali cevovoda, ki je enaka največji aritmetični srednji vrednosti temperatur na zunanji in notranji površini v enem odseku v normalnih delovnih pogojih (za dele posod jedrskega reaktorja se projektna temperatura določi ob upoštevanju notranje toplotne izpuste upoštevajte kot povprečno integralno vrednost porazdelitve temperature po debelini stene posode (PNAE G-7-002-86, klavzula 2.2; PNAE G-7-008-89, dodatek 1).
• Projektna temperatura
• , oddelek 5.3. Če toplotnih izračunov ali meritev ni mogoče izvesti in če se med delovanjem temperatura stene dvigne do temperature medija, ki je v stiku s steno, je treba vzeti najvišjo temperaturo medija, vendar ne nižjo od 20 °C. kot projektno temperaturo.
• Pri ogrevanju z odprtim ognjem, izpušnimi plini ali električnimi grelniki se izračunana temperatura upošteva kot temperatura okolja, povečana za 20 °C pri zaprtem ogrevanju in za 50 °C pri neposrednem ogrevanju, razen če so na voljo natančnejši podatki.
• , oddelek 5.4. Če posoda ali naprava deluje v več različnih načinih obremenitve ali različni elementi naprave delujejo v različnih pogojih, se lahko za vsak način določi lastna projektna temperatura (GOST-52857.1-2007, klavzula 5).

III. Opomba:

Izvorni podatkovni blok je označen z rumeno, modro je označen blok vmesnih izračunov, blok rešitve je označen z zeleno.

Dovoljena (dovoljena) napetost- to je vrednost napetosti, ki se šteje za izjemno sprejemljivo pri izračunu dimenzij preseka elementa, zasnovanega za določeno obremenitev. Govorimo lahko o dopustnih nateznih, tlačnih in strižnih napetostih. Dovoljene napetosti predpiše pristojni organ (recimo mostni oddelek železniškega oddelka) ali pa jih izbere projektant, ki dobro pozna lastnosti materiala in pogoje njegove uporabe. Dovoljena napetost omejuje največjo delovno napetost konstrukcije.

Pri načrtovanju konstrukcij je cilj ustvariti konstrukcijo, ki bo ob zanesljivosti hkrati izjemno lahka in ekonomična. Zanesljivost je zagotovljena s tem, da ima vsak element takšne dimenzije, da bo največja delovna napetost v njem v določeni meri manjša od napetosti, ki povzroči izgubo trdnosti tega elementa. Izguba moči ne pomeni nujno uničenja. Stroj ali zgradba se šteje za okvarjeno, če ne more zadovoljivo opravljati svoje funkcije. Del iz plastičnega materiala praviloma izgubi trdnost, ko napetost v njem doseže mejo tečenja, saj zaradi prevelike deformacije dela stroj ali konstrukcija preneha ustrezati predvidenemu namenu. Če je del izdelan iz krhkega materiala, se skoraj ne deformira in njegova izguba trdnosti sovpada z njegovim uničenjem.

Varnostna meja. Razlika med napetostjo, pri kateri material izgubi trdnost, in dovoljeno napetostjo je "varnostna meja", ki jo je treba zagotoviti ob upoštevanju možnosti nenamerne preobremenitve, netočnosti pri izračunih, povezanih s poenostavitvijo predpostavk in negotovimi pogoji, prisotnostjo neodkrite (ali nezaznavne) napake v materialu in posledično zmanjšanje trdnosti zaradi korozije kovin, gnitja lesa itd.

Varnostni faktor. Varnostni faktor katerega koli konstrukcijskega elementa je enak razmerju med največjo obremenitvijo, ki povzroči izgubo trdnosti elementa, in obremenitvijo, ki ustvarja dovoljeno napetost. V tem primeru izguba trdnosti ne pomeni le uničenja elementa, temveč tudi pojav preostalih deformacij v njem. Zato je za strukturni element iz plastičnega materiala končna napetost meja tečenja. V večini primerov so obratovalne napetosti v konstrukcijskih elementih sorazmerne z obremenitvami, zato je varnostni faktor definiran kot razmerje med mejno trdnostjo in dovoljeno napetostjo (varnostni faktor za mejno trdnost). Torej, če je natezna trdnost konstrukcijskega jekla 540 MPa, dovoljena napetost pa 180 MPa, potem je varnostni faktor 3.

Tabela 2.4

Slika 2.22

Slika 2.18

Slika 2.17

riž. 2.15

Za natezne preskuse se uporabljajo natezni preizkuševalci, ki omogočajo snemanje diagrama v koordinatah »obremenitev – absolutni raztezek« med preskušanjem. Narava diagrama napetost-deformacija je odvisna od lastnosti preskušanega materiala in od hitrosti deformacije. Tipičen pogled na takšen diagram za nizkoogljično jeklo pod statično obremenitvijo je prikazan na sl. 2.16.

Oglejmo si značilne odseke in točke tega diagrama ter ustrezne stopnje deformacije vzorca:

OA – velja Hookov zakon;

AB – pojavile so se preostale (plastične) deformacije;

BC – povečajo se plastične deformacije;

SD – plato tečenja (pri stalni obremenitvi pride do povečanja deformacije);

DC - območje ojačitve (material ponovno pridobi sposobnost povečanja odpornosti na nadaljnjo deformacijo in sprejme silo, ki se poveča do določene meje);

Točka K – preskus je bil ustavljen in vzorec raztovorjen;

KN – razkladalna linija;

NKL – linija ponovne obremenitve vzorca (KL – ojačitveni odsek);

LM je območje, kjer obremenitev pade, v tem trenutku se na vzorcu pojavi tako imenovani vrat - lokalna zožitev;

Točka M – pretrganje vzorca;

Po zlomu ima vzorec približno takšen videz, kot je prikazano na sliki 2.17. Fragmente je mogoče prepogniti in izmeriti dolžino po preskusu ℓ 1 ter premer vratu d 1.

Kot rezultat obdelave nateznega diagrama in meritev vzorca dobimo številne mehanske lastnosti, ki jih lahko razdelimo v dve skupini - trdnostne lastnosti in lastnosti plastičnosti.

Značilnosti trdnosti

Omejitev sorazmernosti:

Največja napetost, do katere velja Hookov zakon.

Moč tečenja:

Najnižja napetost, pri kateri pride do deformacije vzorca pod konstantno natezno silo.

Natezna trdnost (začasna trdnost):

Najvišja napetost, opažena med preskusom.

Prekinitvena napetost:

Tako določena prelomna napetost je zelo poljubna in je ni mogoče uporabiti kot karakteristiko mehanskih lastnosti jekla. Konvencija je, da jo dobimo tako, da silo v trenutku preloma delimo z začetno površino prečnega prereza vzorca in ne z njegovo dejansko površino ob pretrganju, ki je bistveno manjša od začetne zaradi nastanka vratu.

Lastnosti plastičnosti

Spomnimo se, da je plastičnost sposobnost materiala, da se deformira brez zloma. Značilnosti plastičnosti so deformacije, zato jih določimo iz merilnih podatkov vzorca po zlomu:

∆ℓ os = ℓ 1 - ℓ 0 – preostali raztezek,

– predel vratu.

Relativni raztezek po prelomu:

. (2.25)

Ta lastnost ni odvisna samo od materiala, ampak tudi od razmerja dimenzij vzorca. Zato imajo standardni vzorci fiksno razmerje ℓ 0 = 5d 0 ali ℓ 0 = 10d 0 in vrednost δ je vedno podana z indeksom - δ 5 ali δ 10 in δ 5 > δ 10.

Relativna zožitev po rupturi:

. (2.26)

Posebno delo deformacije:

kjer je A delo, porabljeno za uničenje vzorca; najdemo kot območje, omejeno z razteznim diagramom in osjo x (območje slike OABCDKLMR). Specifično delo deformacije označuje sposobnost materiala, da se upre vplivu obremenitve.

Od vseh mehanskih karakteristik, dobljenih med preskušanjem, sta glavni karakteristiki trdnosti meja tečenja σ t in natezna trdnost σ pch, glavni karakteristiki plastičnosti pa relativni raztezek δ in relativno krčenje ψ po pretrganju.

Razkladanje in ponovno nakladanje

Pri opisu nateznega diagrama je bilo navedeno, da je bil v točki K preskus ustavljen in vzorec razbremenjen. Postopek razbremenitve je bil opisan z ravno črto KN (slika 2.16), vzporedno z ravnim odsekom OA diagrama. To pomeni, da raztezek vzorca ∆ℓ′ P, dobljen pred začetkom razbremenitve, ne izgine popolnoma. Izginuli del raztezka na diagramu je prikazan z segmentom NQ, preostali del pa z segmentom ON. Posledično je skupni raztezek vzorca nad mejo elastičnosti sestavljen iz dveh delov - elastičnega in preostalega (plastičnega):

∆ℓ′ P = ∆ℓ′ navzgor + ∆ℓ′ os.

To se bo dogajalo, dokler vzorec ne poči. Po pretrganju elastična komponenta celotnega raztezka (segment ∆ℓ navzgor) izgine. Preostali raztezek je prikazan z odsekom ∆ℓ os. Če prenehate z nalaganjem in razbremenite vzorec znotraj odseka OB, bo postopek razkladanja prikazan s črto, ki sovpada s črto obremenitve - deformacija je popolnoma elastična.

Ko se vzorec dolžine ℓ 0 + ∆ℓ′ oc ponovno naloži, nakladalna črta praktično sovpada z razkladalno črto NK. Meja sorazmernosti se je povečala in postala enaka napetosti, iz katere je bila izvedena razbremenitev. Nato se je premica NK spremenila v krivuljo KL brez platoja izkoristka. Izkazalo se je, da je del diagrama, ki se nahaja levo od črte NK, odrezan, tj. izhodišče koordinat premaknjeno v točko N. Tako je vzorec zaradi raztezanja preko meje tečenja spremenil svoje mehanske lastnosti:

1). meja sorazmernosti se je zvišala;

2). prometna ploščad je izginila;

3). relativni raztezek po pretrganju se je zmanjšal.

Ta sprememba lastnosti se imenuje utrjena.

Pri strjevanju se povečajo elastične lastnosti in zmanjša duktilnost. V nekaterih primerih (na primer med mehansko obdelavo) je pojav strjevanja nezaželen in se odpravi s toplotno obdelavo. V drugih primerih je ustvarjen umetno za izboljšanje elastičnosti delov ali konstrukcij (strelna obdelava vzmeti ali raztezanje kablov dvižnih strojev).

Napetostni diagrami

Za pridobitev diagrama, ki označuje mehanske lastnosti materiala, se primarni natezni diagram v koordinatah Р – ∆ℓ rekonstruira v koordinatah σ – ε. Ker so ordinate σ = Р/F in abscise σ = ∆ℓ/ℓ dobljene z deljenjem s konstantami, ima diagram enak videz kot prvotni (slika 2.18, a).

Iz diagrama σ – ε je razvidno, da

tiste. modul normalne elastičnosti je enak tangensu kota naklona ravnega odseka diagrama na os abscise.

Iz diagrama napetosti je priročno določiti tako imenovano pogojno mejo tečenja. Dejstvo je, da večina konstrukcijskih materialov nima meje tečenja - ravna črta se gladko spremeni v krivuljo. V tem primeru se kot vrednost meje tečenja (pogojno) vzame napetost, pri kateri je relativni trajni raztezek enak 0,2%. Na sl. Na sliki 2.18b je prikazano, kako se določi vrednost pogojne meje tečenja σ 0,2. Meja tečenja σ t, določena ob prisotnosti platoja tečenja, se pogosto imenuje fizično.

Padajoči del diagrama je pogojen, saj je dejanska površina prečnega prereza vzorca po vratu bistveno manjša od začetne površine, iz katere so določene koordinate diagrama. Pravo napetost lahko dobimo, če velikost sile v vsakem trenutku P t delimo z dejansko površino prečnega prereza v istem trenutku F t:

Na sl. 2.18a te napetosti ustrezajo črtkani črti. Do skrajne trdnosti S in σ praktično sovpadata. V trenutku pretrganja prava napetost bistveno presega natezno trdnost σ pc in še bolj napetost v trenutku pretrganja σ r. Izrazimo območje vratu F 1 skozi ψ in poiščite S r.

Þ Þ .

Za nodularno jeklo ψ = 50 – 65 %. Če vzamemo ψ = 50% = 0,5, potem dobimo S р = 2σ р, tj. pravi stres je največji v trenutku razpoke, kar je povsem logično.

2.6.2. Kompresijski testi različnih materialov

Preskus stiskanja zagotavlja manj informacij o lastnostih materiala kot preskus natezanja. Vendar pa je absolutno potrebno opredeliti mehanske lastnosti materiala. Izvaja se na vzorcih v obliki valjev, katerih višina ni večja od 1,5-kratnega premera, ali na vzorcih v obliki kock.

Poglejmo si diagrame stiskanja jekla in litega železa. Zaradi jasnosti jih prikazujemo na isti sliki z nateznimi diagrami teh materialov (slika 2.19). V prvi četrtini so diagrami napetosti, v tretji pa diagrami stiskanja.

Na začetku obremenitve je diagram stiskanja jekla nagnjena ravna črta z enakim naklonom kot med napetostjo. Nato se diagram premakne v območje tečenja (območje tečenja ni tako jasno izraženo kot pri napetosti). Nadalje se krivulja rahlo upogne in se ne prekine, ker vzorec jekla ni uničen, ampak samo sploščen. Modul elastičnosti jekla E pri stiskanju in napetosti je enak. Enaka je tudi meja tečenja σ t + = σ t -. Nemogoče je pridobiti tlačno trdnost, tako kot je nemogoče pridobiti lastnosti plastičnosti.

Diagrami napetosti in stiskanja litega železa so podobni po obliki: upognejo se od samega začetka in se odlomijo, ko je dosežena največja obremenitev. Vendar lito železo deluje bolje pri stiskanju kot pri napetosti (σ inch - = 5 σ inch +). Natezna trdnost σ pch je edina mehanska značilnost litega železa, pridobljena med tlačnimi preskusi.

Trenje, ki nastane med preskušanjem med strojnimi ploščami in konci vzorca, pomembno vpliva na rezultate preskusa in na naravo uničenja. Vzorec valjastega jekla dobi sodčasto obliko (slika 2.20a), v litoželezni kocki se pod kotom 45 0 na smer obremenitve pojavijo razpoke. Če izključimo vpliv trenja z mazanjem koncev vzorca s parafinom, se bodo pojavile razpoke v smeri obremenitve in največja sila bo manjša (sl. 2.20, b in c). Večina krhkih materialov (beton, kamen) pri stiskanju odpove na enak način kot lito železo in ima podoben kompresijski diagram.

Zanimivo je testiranje lesa - anizotropnega, t.j. imajo različno trdnost, odvisno od smeri sile glede na smer vlaken materiala. Vse bolj razširjena plastika iz steklenih vlaken je tudi anizotropna. Pri stiskanju vzdolž vlaken je les veliko močnejši kot pri stiskanju počez (krivulji 1 in 2 na sliki 2.21). Krivulja 1 je podobna tlačnim krivuljam krhkih materialov. Uničenje nastane zaradi premika enega dela kocke glede na drugega (slika 2.20, d). Pri stiskanju čez vlakna se les ne zruši, ampak se stisne (slika 2.20e).

Pri nateznem preizkusu jeklenega vzorca smo odkrili spremembo mehanskih lastnosti zaradi raztezanja do pojava opaznih preostalih deformacij - hladno kaljenje. Poglejmo, kako se vzorec obnaša po utrjevanju med kompresijskim testom. Na sliki 2.19 je diagram prikazan s pikčasto črto. Stiskanje poteka po krivulji NC 2 L 2, ki se nahaja nad kompresijskim diagramom vzorca, ki ni bil utrjen OC 1 L 1 , in skoraj vzporedno s slednjim. Po nateznem utrjevanju se zmanjšajo meje sorazmernosti in tlačnega tečenja. Ta pojav se imenuje Bauschingerjev učinek, poimenovan po znanstveniku, ki ga je prvi opisal.

2.6.3. Določitev trdote

Zelo pogost mehanski in tehnološki preizkus je določanje trdote. To je posledica hitrosti in enostavnosti takih preskusov ter vrednosti pridobljenih informacij: trdota označuje stanje površine dela pred in po tehnološki obdelavi (kaljenje, nitriranje itd.), Iz katerega je mogoče posredno soditi o velikost natezne trdnosti.

Trdota materiala imenovana sposobnost upreti se mehanskemu prodiranju drugega, trdnejšega telesa vanj. Količine, ki označujejo trdoto, se imenujejo trdotne številke. Določeni z različnimi metodami, se razlikujejo po velikosti in dimenzijah in so vedno opremljeni z navedbo metode njihovega določanja.

Najpogostejša metoda je Brinellova metoda. Preskus je sestavljen iz vtiskanja kaljene jeklene kroglice premera D v vzorec (slika 2.22a). Kroglica je nekaj časa pod obremenitvijo P, zaradi česar na površini ostane odtis (luknja) s premerom d. Razmerje med obremenitvijo v kN in površino odtisa v cm 2 se imenuje Brinellova trdota.

. (2.30)

Za določitev Brinellove trdote se uporabljajo posebni merilni instrumenti; premer vdolbine se meri s prenosnim mikroskopom. Običajno se HB ne izračuna s formulo (2.30), ampak se ugotovi iz tabel.

Z uporabo trdotnega števila HB je mogoče dobiti približno vrednost natezne trdnosti nekaterih kovin brez uničenja vzorca, ker obstaja linearna povezava med σ palcev in HB: σ palcev = k ∙ HB (za nizkoogljično jeklo k = 0,36, za jeklo visoke trdnosti k = 0,33, za lito železo k = 0,15, za aluminijeve zlitine k = 0,38, za titanove zlitine k = 0,3).

Zelo priročna in razširjena metoda za določanje trdote po Rockwellu. Pri tej metodi se diamantni stožec z vrhnim kotom 120 stopinj in polmerom ukrivljenosti 0,2 mm ali jeklena krogla s premerom 1,5875 mm (1/16 palca) uporablja kot vdolbinec, vtisnjen v vzorec. Preizkus poteka po shemi, prikazani na sl. 2.22, b. Najprej se stožec vtisne s predhodno obremenitvijo P0 = 100 N, ki se ne odstrani do konca preskusa. S to obremenitvijo je stožec potopljen do globine h0. Nato se na stožec prenese polna obremenitev P = P 0 + P 1 (dve možnosti: A – P 1 = 500 N in C – P 1 = 1400 N), globina vdolbine pa se poveča. Po odstranitvi glavne obremenitve P 1 ostane globina h 1. Globina vdolbine, dobljena zaradi glavne obremenitve P 1, enaka h = h 1 – h 0, označuje trdoto po Rockwellu. Število trdote je določeno s formulo

, (2.31)

kjer je 0,002 vrednost razdelka merila trdote.

Obstajajo še druge metode za določanje trdote (Vickers, Shore, mikrotrdota), ki pa tukaj niso obravnavane.

Končna napetost Upoštevajo napetost, pri kateri pride do nevarnega stanja v materialu (zlom ali nevarna deformacija).

Za plastika materialov se upošteva končna obremenitev meja tečenja, ker nastale plastične deformacije po odstranitvi obremenitve ne izginejo:

Za krhka materiali, kjer ni plastičnih deformacij in pride do loma krhkega tipa (ne nastane vrat), se upošteva končna napetost natezna trdnost:

Za duktilno-krhka materialov se za končno napetost šteje napetost, ki ustreza največji deformaciji 0,2 % (sto,2):

Dovoljena napetost- najvišja napetost, pri kateri naj material normalno deluje.

Dovoljene napetosti so pridobljene glede na mejne vrednosti ob upoštevanju varnostnega faktorja:

kjer je [σ] dovoljena napetost; s- varnostni faktor; [s] - dovoljeni varnostni faktor.

Opomba. Dovoljeno vrednost količine je običajno navesti v oglatih oklepajih.

Dovoljeni varnostni faktor odvisno od kakovosti materiala, pogojev delovanja dela, namena dela, natančnosti obdelave in izračuna itd.

Lahko se giblje od 1,25 za preproste dele do 12,5 za kompleksne dele, ki delujejo pod spremenljivimi obremenitvami v pogojih udarcev in vibracij.

Značilnosti obnašanja materialov med kompresijskimi preskusi:

1. Plastični materiali skoraj enako delujejo pod napetostjo in stiskanjem. Mehanske lastnosti pri napetosti in stiskanju so enake.

2. Krhki materiali imajo običajno večjo tlačno trdnost od natezne trdnosti: σ vr< σ вс.

Če je dovoljena napetost pri napetosti in stiskanju različna, se označujeta [σ р ] (napetost), [σ с ] (stiskanje).

Izračuni natezne in tlačne trdnosti

Izračuni trdnosti se izvajajo glede na pogoje trdnosti - neenakosti, katerih izpolnjevanje zagotavlja trdnost dela pod danimi pogoji.

Za zagotovitev trdnosti konstrukcijska napetost ne sme presegati dovoljene napetosti:

Projektna napetost A odvisno glede na obremenitev in velikost prečni prerez, dovoljen samo iz materiala dela in delovnih pogojev.

Obstajajo tri vrste izračunov trdnosti.

1. Projektni izračun - določena je projektna shema in obremenitve; material ali dimenzije dela so izbrani:

Določitev dimenzij preseka:

Izbira materiala

Na podlagi vrednosti σ je možno izbrati razred materiala.

2. Preverite izračun - znane so obremenitve, material, dimenzije dela; potrebno preverite, ali je trdnost zagotovljena.

Neenakost je preverjena

3. Določitev nosilnosti(največja obremenitev):

Primeri reševanja problemov

Ravni nosilec je raztegnjen s silo 150 kN (slika 22.6), material je jeklo σ t = 570 MPa, σ b = 720 MPa, varnostni faktor [s] = 1,5. Določite dimenzije prečnega prereza nosilca.

rešitev

1. Pogoj trdnosti:

2. Zahtevana površina preseka je določena z razmerjem

3. Dovoljena napetost za material se izračuna iz navedenih mehanskih lastnosti. Prisotnost meje tečenja pomeni, da je material plastičen.

4. Določimo zahtevano površino prečnega prereza žarka in izberemo dimenzije za dva primera.

Prerez je krog, določimo premer.

Dobljena vrednost se zaokroži navzgor d = 25 mm, A = 4,91 cm 2.

Odsek - enak kotni kot št. 5 po GOST 8509-86.

Najbližja površina prečnega prereza vogala je A = 4,29 cm 2 (d = 5 mm). 4,91 > 4,29 (Priloga 1).

Testna vprašanja in naloge

1. Kateri pojav imenujemo fluidnost?

2. Kaj je "vrat", na kateri točki razteznega diagrama nastane?

3. Zakaj so mehanske lastnosti, dobljene med preskušanjem, pogojne?

4. Naštejte trdnostne lastnosti.

5. Naštejte značilnosti plastičnosti.

6. Kakšna je razlika med samodejno narisanim razteznim diagramom in danim razteznim diagramom?

7. Katera mehanska lastnost je izbrana kot mejna napetost za duktilne in krhke materiale?

8. Kakšna je razlika med mejno in dopustno napetostjo?

9. Zapišite pogoj za natezno in tlačno trdnost. Ali se pogoji trdnosti razlikujejo za natezne in tlačne izračune?

Odgovorite na testna vprašanja.