Прочность и модуль упругости при статическом изгибе
Определение прочности материала при изгибе проводится в соответствии с ГОСТ 4648–71, а модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.
Метод определения прочности при статическом изгибе заключается в кратковременном приложении нагрузки на образец пластмассы.
Образцы для испытаний изготавливают методом литья под давлением или механической вырезкой из пластин, полученных методом пластформования или прямого прессования. Образцы должны иметь вид бруска с размерами, указанными на рисунке 1 и в таблице 1. Рисунок 1: Вид образцов для испытаний на статический изгиб
Таблица 1
| Размеры, мм | Тип образца | |
| 1 | 2 | |
| Длина L | 120±2 | Не менее 80±2 |
| Ширина b | 15±0,5 | 10±0,5 |
| Толщина h | 10±0,5 | 4±0,2 |
Для нагружения по трехточечной схеме применяют реверс (рисунок 2).
Радиус наконечника 5±0,1 мм, радиус скругления опор 2±0,2 мм.
Нагружая образец до разрушения со скоростью передвижения наконечника 1–2 мм/мин (≈h/2) строят диаграмму деформирования, по максимальной нагрузке в момент разрушения определяют прочность при изгибе.
Модуль упругости при статическом изгибе определяют при нагружении образца в диапазоне до
В ходе эксперимента измеряют прогибы при двух значениях нагрузки усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр и F2 = 0,2 Fр.
Отсчеты при выбранных значениях сил производят до получения стабильных показаний.
Также модуль упругости определяется по диаграмме деформирования для нагрузок и прогибов, соответствующих значениям относительной деформации 0,1% и 0,3%.
Определение модуля упругости при изгибе: экспериментальная часть
Образец устанавливают в устройство с нагружающим наконечником и опорами, которое реализует трехточечную схему нагружения (см. рисунок 2). В зависимости от толщины образца расстояние между опорами устанавливают согласно соотношению Lv=16·h±5.
Перед испытанием в средней трети образца замеряют его толщину и ширину с точностью до 
Образцы, разрушившиеся не в средней трети расстояния между опорами, в расчетах не используют.
Изгибающее напряжение σи при максимальной разрушающей нагрузке определяется так:
где Fp – разрушающая нагрузка, Н;
Модуль упругости вычисляют по формуле где F1 = (0,05–0,1)×Fр и F2 = 0,2 Fр – усилия при нагружении образца, Н; f1, f2 – прогибы, соответствующие нагрузкам 
За результат измерения прочности и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.
Результаты испытаний заносят в протокол.
Образцы протоколов испытаний
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Определения модуля упругости при изгибе по ГОСТ 9550–80
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (реверс, измеритель прогиба, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | Lv, мм | Размеры образцов, мм | Нагрузка, Н | Прогиб, мм | Еи | |||
| h | b | F1 | F2 | f1 | f2 | |||
| 1 | ||||||||
| … | ||||||||
| Среднее арифметическое значение | ||||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||||
Испытания провел:
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Испытания на статический изгиб по ГОСТ 4648–71
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (реверс, измеритель прогиба, тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | Lv, мм | Размеры образцов, мм | Fp, Н | f, мм | sи, МПа | |
| h | b | |||||
| 1 | ||||||
| … | ||||||
| Среднее арифметическое значение | ||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||
Вид разрушения (для каждого образца) –
Испытания провел:
Список литературы:
Пластмассы.
Метод испытания на статический изгиб: ГОСТ 4648–71. – Взамен ГОСТ 4648–63; введ. 01.01.1973. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 12 с.
Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.
Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.604–82. – Введен 01.07.84. М.: Изд-во стандартов, 1983.– 16 с.
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год
Упругие и прочностные характеристики материалов
Диаграммы напряжений
На сегодняшний день существует несколько методик испытания образцов материалов. При этом одним из самых простых и показательных являются испытания на растяжение (на разрыв), позволяющие определить предел пропорциональности, предел текучести, модуль упругости и другие важные характеристики материала.
Тут может возникнуть вопрос: почему нельзя просто определить сопротивление материала? Дело в том, что абсолютно упругие материалы, разрушающиеся только после преодоления некоторого предела — сопротивления, существуют только в теории. В реальности большинство материалов обладают как упругими так и пластическими свойствами, что это за свойства, рассмотрим ниже на примере металлов.
Испытания металлов на растяжение проводятся согласно ГОСТ 1497-84. Для этого используются стандартные образцы. Методика испытаний выглядит приблизительно так: к образцу прикладывается статическая нагрузка, определяется абсолютное удлинение образца Δl, затем нагрузка увеличивается на некоторое шаговое значение и снова определяется абсолютное удлинение образца и так далее.
На основании полученных данных строится график зависимости удлинений от нагрузки. Этот график называется диаграммой напряжений.
Рисунок 318.1. Диаграмма напряжений для стального образца.
На данной диаграмме мы видим 5 характерных точек:
1. Предел пропорциональности Рп (точка А)
Нормальные напряжения в поперечном сечении образца при достижении предела пропорциональности будут равны:
σп = Рп/Fo (318.2.1)
Предел пропорциональности ограничивает участок упругих деформаций на диаграмме. На этом участке деформации прямо пропорциональны напряжениям, что выражается законом Гука:
Рп = kΔl (318.2.2)
где k — коэффициент жесткости:
k = EF/l (318.2.3)
где l — длина образца, F — площадь сечения, Е — модуль Юнга.
Модули упругости
Главными характеристиками упругих свойств материалов являются модуль Юнга Е (модуль упругости первого рода, модуль упругости при растяжении), модуль упругости второго рода G (модуль упругости при сдвиге) и коэффициент Пуассона μ (коэффициент поперечной деформации).
Модуль Юнга Е показывает отношение нормальных напряжений к относительным деформациям в пределах пропорциональности
Модуль Юнга также определяется опытным путем при испытании стандартных образцов на растяжение. Так как нормальные напряжения в материале равны силе, деленной на начальную площадь сечения:
σ = Р/Fо (318.3.1), (317.2)
а относительное удлинение ε — отношению абсолютной деформации к начальной длине
εпр = Δl/lo (318.3.2)
то модуль Юнга согласно закону Гука можно выразить так
Е = σ/εпр = Plo/FoΔl = tgα (318.3.3)
Рисунок 318.2. Диаграммы напряжений некоторых сплавов металлов
Коэффициент Пуассона μ показывает отношение поперечных деформаций к продольным
Под воздействием нагрузок не только увеличивается длина образца, но и уменьшается площадь рассматриваемого поперечного сечения (если предположить, что объем материала в области упругих деформаций остается постоянным, то значит увеличение длины образца приводит к уменьшению площади сечения).
Для образца, имеющего круглое сечение, изменение площади сечения можно выразить так:
εпоп = Δd/do (318.3.4)
Тогда коэффициент Пуассона можно выразить следующим уравнением:
μ = εпоп/εпр (318.3.5)
Модуль сдвига G показывает отношение касательных напряжений т к углу сдвига
Модуль сдвига G может быть определен опытным путем при испытании образцов на кручение.
При угловых деформациях рассматриваемое сечение перемещается не линейно, а под некоторым углом — углом сдвига γ к начальному сечению. Так как касательные напряжения равны силе, деленной на площадь в плоскости которой действует сила:
т = Р/F (318.3.6)
а тангенс угла наклона можно выразить отношением абсолютной деформации Δl к расстоянию h от места фиксации абсолютной деформации до точки, относительно которой осуществлялся поворот:
tgγ = Δl/h (318.
3.7)
то при малых значениях угла сдвига модуль сдвига можно выразить следующим уравнением:
G = т/γ = Ph/FΔl (318.3.8)
Модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона связаны между собой следующим отношением:
Е = 2(1 + μ)G (318.3.9)
Значения постоянных Е, G и µ приводятся в таблице 318.1
Таблица 318.1. Ориентировочные значения упругих характеристик некоторых материалов
Примечание: Модули упругости являются постоянными величинами, однако технологии изготовления различных строительных материалов меняются и более точные значения модулей упругости следует уточнять по действующим в настоящий момент нормативным документам. Модули упругости бетона зависят от класса бетона и потому здесь не приводятся.
Упругие характеристики определяются для различных материалов в пределах упругих деформаций, ограниченных на диаграмме напряжений точкой А.
Между тем на диаграмме напряжений можно выделить еще несколько точек:
2. Предел упругости Ру
Нормальные напряжения в поперечном сечении образца при достижении предела упругости будут равны:
σу = Ру/Fo (318.2.4)
Предел упругости ограничивает участок на котором появляющиеся пластические деформации находятся в пределах некоторой малой величины, нормированной техническими условиями (например 0,001%; 0,01% и т. д.). Иногда предел упругости обозначается соответственно допуску σ0.001, σ0.01 и т.д.
3. Предел текучести Рт
σт = Рт/Fo (318.2.5)
Ограничивает участок диаграммы на котором деформация увеличивается без значительного увеличения нагрузки (состояние текучести). При этом по всему объему образца происходит частичный разрыв внутренних связей, что и проводит к значительным пластическим деформациям.
Материал образца полностью не разрушается, но его начальные геометрические размеры претерпевают необратимые изменения. На отшлифованной поверхности образцов наблюдаются фигуры текучести — линии сдвигов (открытые профессором В. Д. Черновым). Для различных металлов углы наклона этих линий различны, но находятся в пределах 40-50о. При этом часть накопленной потенциальной энергии необратимо расходуется на частичный разрыв внутренних связей. При испытании на растяжение принято различать верхний и нижний пределы текучести — соответственно наибольшее и наименьшее из напряжений, при которых возрастает пластическая (остаточная) деформация при почти постоянной величине действующей нагрузки.
На диаграммах напряжений отмечен нижний предел текучести. Именно этот предел для большинства материалов принимается за нормативное сопротивление материала.
Некоторые материалы не имеют выраженной площадки текучести. Для них за условный предел текучести σ0.2 принимается напряжение, при котором остаточное удлинение образца достигает значения ε ≈0,2%.
4. Предел прочности Рмакс (временное сопротивление)
Нормальные напряжения в поперечном сечении образца при достижении предела прочности будут равны:
σв = Рмакс/Fo (318.2.6)
После преодоления верхнего предела текучести (на диаграммах напряжения не показан) материал снова начинает сопротивляться нагрузкам. При максимальном усилии Рмакс начинается полное разрушение внутренних связей материала. При этом пластические деформации концентрируются в одном месте, образуя в образце так называемую шейку.
Напряжение при максимальной нагрузке называется пределом прочности или временным сопротивлением материала.
В таблицах 318.2 — 318.5 приведены ориентировочные величины пределов прочности для некоторых материалов:
Таблица 318.2 Ориентировочные пределы прочности на сжатие (временные сопротивления) некоторых строительных материалов.
Примечание: Для металлов и сплавов значение пределов прочности следует определять согласно нормативных документов. Значение временных сопротивлений для некоторых марок стали можно посмотреть здесь.
Таблица 318.3. Ориентировочные пределы прочности (временные сопротивления) для некоторых пластмасс
Таблица 318.4. Ориентировочные пределы прочности для некоторых волокон
Таблица 318.5. Ориентировочные пределы прочности для некоторых древесных пород
5. Разрушение материала Рр
Если посмотреть на диаграмму напряжений, то создается впечатление, что разрушение материала наступает при уменьшении нагрузки. Такое впечатление создается потому, что в результате образования «шейки» значительно изменяется площадь сечения образца в районе «шейки». Если построить диаграмму напряжений для образца из малоуглеродистой стали в зависимости от изменяющейся площади сечения, то будет видно, что напряжения в рассматриваемом сечении увеличиваются до некоторого предела:
Рисунок 318.
3. Диаграмма напряжений: 2 — по отношению к начальной площади поперечного сечения, 1 — по отношению к изменяющейся площади сечения в районе шейки.
Тем не менее более правильным является рассмотрение прочностных характеристик материала по отношению к площади первоначального сечения, так как расчетами на прочность изменение первоначальной геометрической формы редко предусматривается.
Одной из механических характеристик металлов является относительное изменение ψ площади поперечного сечения в районе шейки, выражаемое в процентах:
ψ = 100(Fo — F)/Fo (318.2.7)
где Fo — начальная площадь поперечного сечения образца (площадь поперечного сечения до деформации), F — площадь поперечного сечения в районе «шейки». Чем больше значение ψ, тем более ярко выражены пластические свойства материала. Чем меньше значение ψ, тем больше хрупкость материала.
Если сложить разорванные части образца и измерить его удлинение, то выяснится, что оно меньше удлинения на диаграмме (на длину отрезка NL), так как после разрыва упругие деформации исчезают и остаются только пластические.
Величина пластической деформации (удлинения) также является важной характеристикой механических свойств материала.
За пределами упругости, вплоть до разрушения, полная деформация состоит из упругой и пластической составляющих. Если довести материал до напряжений, превышающих предел текучести (на рис. 318.1 некоторая точка между пределом текучести и пределом прочности), и затем разгрузить его, то в образце останутся пластические деформации, но при повторном загружении через некоторое время предел упругости станет выше, так как в данном случае изменение геометрической формы образца в результате пластических деформаций становится как бы результатом действия внутренних связей, а изменившаяся геометрическая форма, становится начальной. Этот процесс загрузки и разгрузки материала можно повторять несколько раз, при этом прочностные свойства материала будут увеличиваться:
Рисунок 318.4. Диаграмма напряжений при наклепе (наклонные прямые соответствуют разгрузкам и повторным загружениям)
Такое изменение прочностных свойств материала, получаемое путем повторяющихся статических загружений, называется наклепом.
Тем не менее при повышении прочности металла путем наклепа уменьшаются его пластические свойства, а хрупкость увеличивается, поэтому полезным как правило считается относительно небольшой наклеп.
Работа деформации
Прочность материала тем выше, чем больше внутренние силы взаимодействия частиц материала. Поэтому величина сопротивления удлинению, отнесенная к единице объема материала, может служить характеристикой его прочности. В этом случае предел прочности не является исчерпывающей характеристикой прочностных свойств данного материала, так как он характеризует только поперечные сечения. При разрыве разрушаются взаимосвязи по всей площади сечения, а при сдвигах, которые происходят при всякой пластической деформации, разрушаются только местные взаимосвязи. На разрушение этих связей затрачивается определенная работа внутренних сил взаимодействия, которая равна работе внешних сил, затрачиваемой на перемещения:
А = РΔl/2 (318.4.1)
где 1/2 — результат статического действия нагрузки, возрастающей от 0 до Р в момент ее приложения (среднее значение (0 + Р)/2)
При упругой деформации работа сил определяется площадью треугольника ОАВ (см.
рис. 318.1). Полная работа, затраченная на деформацию образца и его разрушение:
А = ηРмаксΔlмакс (318.4.2)
где η — коэффициент полноты диаграммы, равный отношению площади всей диаграммы, ограниченной кривой АМ и прямыми ОА, MN и ON, к площади прямоугольника со сторонами 0Рмакс (по оси Р) и Δlмакс (пунктир на рис. 318.1). При этом надо вычесть работу, определяемую площадью треугольника MNL (относящуюся к упругим деформациям).
Работа, затрачиваемая на пластические деформации и разрушение образца, является одной из важных характеристик материала, определяющих степень его хрупкости.
Деформация сжатия
Деформации сжатия подобны деформациям растяжения: сначала происходят упругие деформации, к которым за пределом упругости добавляются пластические. Характер деформации и разрушения при сжатии показан на рис. 318.5:
Рисунок 318.5
а — для пластических материалов; б — для хрупких материалов ; в — для дерева вдоль волокон, г — для дерева поперек волокон.
Испытания на сжатие менее удобны для определения механических свойств пластических материалов из-за трудности фиксирования момента разрушения. Методы механических испытаний металлов регламентируются ГОСТ 25.503-97. При испытании на сжатие формы образца и его размеры могут быть различными. Ориентировочные значения пределов прочности для различных материалов приведены в таблицах 318.2 — 318.5.
Если материал находится под нагрузкой при постоянном напряжении, то к практически мгновенной упругой деформации постепенно прибавляется добавочная упругая деформация. При полном снятии нагрузки упругая деформация уменьшается пропорционально уменьшающимся напряжениям, а добавочная упругая деформация исчезает медленнее.
Образовавшаяся добавочная упругая деформация при постоянном напряжении, которая исчезает не сразу после разгрузки, называется упругим последействием.
Влияние температуры на изменение механических свойств материалов
Твердое состояние — не единственное агрегатное состояние вещества.
Твердые тела существуют только в определенном интервале температур и давлений. Повышение температуры приводит к фазовому переходу из твердого состояния в жидкое, а сам процесс перехода называется плавлением. Температуры плавления, как и другие физические характеристики материалов, зависят от множества факторов и также определяются опытным путем.
Таблица 318.6. Температуры плавления некоторых веществ
Примечание: В таблице приведены температуры плавления при атмосферном давлении (кроме гелия).
Упругие и прочностные характеристики материалов, приведенные в таблицах 318.1-318.5, определяются как правило при температуре +20оС. ГОСТом 25.503-97 допускается проводить испытания металлических образцов в диапазоне температур от +10 до +35оС.
При изменении температуры изменяется потенциальная энергия тела, а значит, изменяется и значение внутренних сил взаимодействия. Поэтому механические свойства материалов зависят не только от абсолютной величины температуры, но и от продолжительности ее действия.
Для большинства материалов при нагреве прочностные характеристики (σп, σт и σв) уменьшаются, при этом пластичность материала увеличивается. При снижении температуры прочностные характеристики увеличиваются, но при этом повышается хрупкость. При нагреве уменьшается модуль Юнга Е, а коэффициент Пуассона увеличивается. При снижении температуры происходит обратный процесс.
Рисунок 318.6. Влияние температуры на механические характеристики углеродистой стали.
При нагревании цветных металлов и сплавов из них прочность их сразу падает и при температуре, близкой к 600° С, практически теряется. Исключение составляет алюмотермический хром, предел прочности которого с увеличением температуры увеличивается и при температуре равной 1100° С достигает максимума σв1100 = 2σв20.
Характеристики пластичности меди, медных сплавов и магния с ростом температуры уменьшаются, а алюминия — увеличиваются.
При нагреве пластмасс и резины их предел прочности резко снижается, а при охлаждении эти материалы становятся очень хрупкими.
Влияние радиоактивного облучения на изменение механических свойств
Радиоактивное облучение по-разному влияет на различные материалы. Облучение материалов неорганического происхождения по своему влиянию на механические характеристики и характеристики пластичности подобно понижению температуры: с увеличением дозы радиоактивного облучения увеличивается предел прочности и особенно предел текучести, а характеристики пластичности снижаются.
Облучение пластмасс также приводит к увеличению хрупкости, причем на предел прочности этих материалов облучение оказывает различное влияние: на некоторых пластмассах оно почти не сказывается (полиэтилен), у других вызывает значительное понижение предела прочности (катамен), а в третьих — повышение предела прочности (селектрон).
ГОСТ 14249-89 Модуль продольной упругости стали
Главная / Проектировщику / Справочная информация – ГОСТ СНИП ПБ / ГОСТ 14249-89 /Версия для печатиЧерт.
Расчетные значения модуля продольной упругости
1 — углеродистые и низколегированные стали; 2 — теплоустойчивые и коррозионностойкие хромистые стали; 3 — жаропрочные, жаростойкие и коррозионностойкие аустенитные стали
Таблица 19
| Сталь | Модуль продольной упругости 10-5 E МПа (10-6 E кгс/см2) при температуре, °С | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 | |
| Углеродистые и низколегированные стали | 1,99 | 1,91 | 1,86 | 1,81 | 1,76 | 1,71 | 1,64 | 1,55 | 1,40 | — | — | — | — | — |
| Теплоустойчивые и коррози- онностойкие хромистые стали | 2,15 | 2,15 | 2,05 | 1,98 | 1,95 | 1,90 | 1,84 | 1,78 | 1,71 | 1,63 | 1,54 | 1,40 | — | — |
| Жаропрочные и жаростойкие аустенитные стали | 2,00 | 2,00 | 1,99 | 1,97 | 1,94 | 1,90 | 1,85 | 1,80 | 1,74 | 1,67 | 1,60 | 1,52 | 1,43 | 1,32 |
<< назад / к содержанию ГОСТ 14249-89 / вперед >>
ГОСТ 25. 503-97
503-97
ГОСТ 25.503-97
Группа В09
МКС 77.040.10
ОКСТУ 0025
Дата введения 1999-07-01
1 РАЗРАБОТАН Воронежской государственной лесотехнической академией (ВГЛТА), Всероссийским институтом легких сплавов (ВИЛС), Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций (ЦНИИСК им. Кучеренко), Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации и сертификации в машиностроении (ВНИИНМАШ) Госстандарта РФ
ВНЕСЕН Госстандартом России
2 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 12 от 21 ноября 1997 г.)
За принятие проголосовали:
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Белоруссия | Госстандарт Белоруссии |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Киргизская Республика | Киргизстандарт |
Республика Молдова | Молдовастандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикгосстандарт |
Туркменистан | Главная государственная инспекция Туркменистана |
Республика Узбекистан | Узгосстандарт |
Украина | Госстандарт Украины |
3 Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 30 июня 1998 г. N 267 межгосударственный стандарт ГОСТ 25.503-97 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 1999 г.
4 ВЗАМЕН ГОСТ 25.503-80
5 ПЕРЕИЗДАНИЕ
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы статических испытаний на сжатие при температуре 20 °С для определения характеристик механических свойств черных и цветных металлов и сплавов.
Стандарт устанавливает методику испытания образцов на сжатие для построения кривой упрочнения, определения математической зависимости между напряжением течения и степенью деформации и оценки параметров степенного уравнения ( — напряжение течения при =1 , — показатель деформационного упрочнения).
Механические характеристики, кривая упрочнения и ее параметры, определяемые в настоящем стандарте, могут быть использованы в случаях:
— выбора металлов, сплавов и обоснования конструктивных решений;
— статистического приемочного контроля нормирования механических характеристик и оценки качества металла;
— разработки технологических процессов и проектирования изделий;
— расчета на прочность деталей машин.
Требования, установленные в разделах 4, 5 и 6, являются обязательными, остальные требования — рекомендуемыми.
2 Нормативные ссыпки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытания на растяжение
ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения
ГОСТ 18957-73* Тензометры для измерения линейных деформаций строительных материалов и конструкций. Общие технические условия
________________
* На территории Российской Федерации отменен.
ГОСТ 28840-90 Машины для испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования
3 Определения
3.1 В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 диаграмма испытаний (сжатия): График зависимости нагрузки от абсолютной деформации (укорочения) образца;
3.1.2 кривая упрочнения: График зависимости напряжения течения от логарифмической деформации;
3.1.3 осевая сжимающая нагрузка: Нагрузка, действующая на образец в данный момент испытания;
3.1.4 условное номинальное напряжение : Напряжение, определяемое отношением нагрузки к начальной площади поперечного сечения;
3.1.5 напряжение течения : Напряжение, превышающее предел текучести, определяемое отношением нагрузки к действительной для данного момента испытаний площади поперечного сечения образца при равномерном деформировании;
3.1.6 предел пропорциональности при сжатии : Напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между нагрузкой и абсолютным укорочением образца достигает такого значения, при котором тангенс угла наклона, образованного касательной к диаграмме в точке с осью нагрузок, увеличивается на 50% своего значения на линейном упругом участке;
3.1.7 предел упругости при сжатии : Напряжение, при котором относительная остаточная деформация (укорочение) образца () достигает 0,05% первоначальной расчетной высоты образца;
3.1.8 предел текучести (физический) при сжатии : Наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения сжимающей нагрузки;
3.1.9 условный предел текучести при сжатии : Напряжение, при котором относительная остаточная деформация (укорочение) образца достигает 0,2% первоначальной расчетной высоты образца;
3.1.10 предел прочности при сжатии : Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению;
3.1.11 показатель деформационного упрочнения : Степенной показатель аппроксимирующего кривые упрочнения уравнения , характеризующий способность металла к упрочнению при равномерной пластической деформации.
4 Форма и размеры образцов
4.1 Испытания проводят на образцах четырех типов: цилиндрических и призматических (квадратных и прямоугольных), с гладкими торцами I-III типов (рисунок 1) и торцевыми выточками IV типа (рисунок 2).
Рисунок 1 — Экспериментальные образцы I-III типов
Рисунок 1 — Экспериментальные образцы I-III типов
Рисунок 2 — Экспериментальные образцы IV типа
Рисунок 2 — Экспериментальные образцы IV типа
4.2 Тип и размер образца выбирают по таблице 1.
Таблица 1
Тип образца | Начальный диаметр цилинд- | Начальная толщина призмати- | Рабочая (начальная расчетная) высота образца *, мм | Определяемая характеристика | Примечание |
I | 20 | 20 | 100 | Модуль упругости, предел пропорциональности | Рисунок 1 |
II | 6-30 | 5-30 | Предел пропорциональности, предел упругости | ||
III | 6; 10; 15; 20; 25; 30 | 5; 10; 15; 20; 25; 30 | Определяют по приложению А | Физический предел текучести, условный предел текучести. Построение кривой упрочнения до значений логарифмических деформаций ** | |
IV | 6 | — | Построение кривой упрочнения | Рисунок 2. Толщину и высоту буртика определяют по приложению А | |
* Высоту призматического образца устанавливают исходя из его площади , приравнивая ее к ближайшей площади через . | |||||
4.3 Места вырезки заготовок для образцов и направление продольной оси образцов по отношению к заготовке должны быть приведены в нормативном документе на правила отбора проб, заготовок и образцов на металлопродукцию.
4.4 Образцы обрабатывают на металлорежущих станках. Глубина резания при последнем проходе не должна превышать 0,3 мм.
4.5 Термическую обработку металлов следует проводить до финишных операций механической обработки образцов.
4.6 Погрешность измерения диаметра и размеров поперечного сечения призматического образца до испытания не должна быть более, мм:
0,01 — для размеров до 10 мм;
0,05 — для размеров свыше 10 мм.
Измерение диаметра образцов до испытания проводят в двух взаимно перпендикулярных сечениях. Результаты измерений усредняют, вычисляют площадь поперечного сечения образца, округляя в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2
Площадь поперечного сечения образца, мм | Округление значения |
Св. 20 до 100 включ. | 0,1 |
» 100 » 200 « | 0,5 |
» 200 | 1,0 |
4.7 Погрешность измерения высоты образца до испытания не должна быть более, мм:
0,01 — для образцов I и II типов;
0,01 — для образцов III типа, если испытания данного типа образца проводят при деформациях 0,002 и более 0,05 мм для >0,002;
0,05 — для образцов IV типа.
5 Требования к оборудованию и аппаратуре
5.1 Испытания проводят на машинах сжатия всех систем и машинах растяжения (зона сжатия), отвечающих требованиям настоящего стандарта и ГОСТ 28840.
5.2 При проведении испытаний на сжатие испытательная машина должна быть оснащена:
— преобразователем силы и тензометром или преобразователями силы и перемещений с самопишущим прибором — при определении механических характеристик , , . При этом установка тензометра проводится на образец в его расчетной части, а самопишущий прибор предназначен для записи диаграммы ;
— преобразователями силы и перемещений с самопишущим прибором — при определении механических характеристик , , и построении кривой упрочнения на образцах III типа. При этом преобразователь перемещений устанавливают на активном захвате испытательной машины. Допускается измерять абсолютную деформацию (укорочение) образца измерительными приборами и инструментом;
— преобразователем силы и измерительными приборами и инструментом — при построении кривой упрочнения на образцах IV тип
а.
5.2.1 Тензометры должны соответствовать требованиям ГОСТ 18957.
5.2.2 Суммарная погрешность измерения и регистрации перемещений с самопишущим прибором абсолютной деформации не должна превышать ±2% измеряемой величины.
5.2.3 Самопишущий прибор должен обеспечивать запись диаграммы со следующими параметрами:
— высотой ординаты диаграммы, соответствующей наибольшему предельному значению диапазона измерения нагрузок, не менее 250 мм;
— масштабами записи по оси абсолютной деформации от 10:1 до 800:1.
5.2.4 Цена деления шкал измерительных приборов и инструмента при измерении конечной высоты образца не должна превышать, мм:
Cодержание: 1. Модули упругости основных строительных материалов. 2. Начальные модули упругости бетона. 3. Нормативные сопротивления бетона. 4. Расчетные сопротивления бетона. 5. Расчетные сопротивления бетона растяжению. 6. Нормативные сопротивления арматуры. 7. Расчетные сопротивления арматуры. 8. Нормативные и расчетные сопротивления стали. 9. Заменяемые марки стали. 10. Список использованной литературы. Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов.(вернуться к списку таблиц)
Примечание: 1. Для определения модуля упругости в кгс/см2 табличное значение умножается на 10 (более точно на 10.1937) 2. Значения модулей упругости Е для металлов, древесины, каменной кладки следует уточнять по соответствующим СНиПам. Нормативные данные для расчетов железобетонных конструкций:(вернуться к списку таблиц) Таблица 2. Начальные модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)(вернуться к списку таблиц) Таблица 2.1. Начальные модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)Примечания: 1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой — в кгс/см2. 2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции. 3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Еb принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8. 4. Для напрягающего бетона значения Еb принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент a = 0,56 + 0,006В. 5. Приведенные в скобках марки бетона не точно соответствуют указанным классам бетона. Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)(вернуться к списку таблиц) Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)(вернуться к списку таблиц) Таблица 4.1. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)(вернуться к списку таблиц) Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)(вернуться к списку таблиц) Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Таблица 6.2. Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры(согласно СП 52-101-2003)(вернуться к списку таблиц) Таблица 7.1. Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Таблица 7.2. Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)Нормативные данные для расчетов металлических конструкций:Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990))(вернуться к списку таблиц) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений Примечания: 1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм). 2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88. 3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см2). Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))(вернуться к списку таблиц) Примечания: 1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*. 26-04-2016: Доктор Лом Потому, что при составлении разного рода таблиц нет необходимости писать в каждой ячейке по 3 дополнительных нуля, достаточно просто указать, что табличные значения занижены в 1000 раз. Соответственно, чтобы определить расчетное значение, нужно табличное значение не разделить, а умножить на 1000. Такая практика используется при составлении многих нормативных документов (именно в таком виде там даются таблицы) и я не вижу смысла от нее отказываться. 26-04-2016: Владимир Тогда получается, что модуль упругости арматуры необходимо разделить на 10 в пятой степени. Или я что-то не понимаю? В рекомендациях по расчету и конструированию сплошных плит перекрытий крупнопанельных зданий 1989г. и модуль бетона и модуль арматуры умножают на 10 в третьей и на 10 в пятой степени соответственно 26-04-2016: Доктор Лом Попробую объяснить еще раз.5». Вот только значения модулей упругости для различных материалов различаются в сотни и даже тысячи раз, потому такая форма записи для таблицы 1 не совсем удобна. В таблицах 2 и 2.1 значения начальных модулей упругости различаются незначительно и потому использовалась такая форма записи. Более того, если вы откроете указанные нормативные документы, то лично в этом убедитесь. Традиция эта сформировалась в ту далекую пору, когда ПК и в помине не было и наборщик вручную набирал литеры в пресс для книгопечатания, так что в данном случае все вопросы не ко мне, а к Гутенбергу и его последователям. 05-08-2016: Александр Возможно, модуль упругости легче бы запоминался и воспринимался в ГПа, ведь тогда у стали примерно 200 единиц, а у древесины 10…12. 05-08-2016: Доктор Лом Вполне возможно, вот только и ГигаПаскали — не самая наглядная и простая для восприятия размерность. |
Чему равен модуль упругости стали
/
/
Чему равен модуль упругости стали
Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.
Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.
Общее понятие
Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).
В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.
Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.
Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.
Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.
Дополнительные характеристики механических свойств
Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:
- Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
- Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
- Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вме
Испытание модуля упругости при изгибе — Большая химическая энциклопедия
Изменение коэффициента демпфирования (tan 5) в зависимости от температуры измеряли с использованием динамического механического термического анализатора Polymer Laboratories (DMTA). Измерения проводились на эпоксидных смолах, модифицированных силоксанфе, в диапазоне температур от –150 до 200 ° C при скорости нагрева 5 ° C в минуту и частоте 1 Гц. Размеры образцов были такими же, как и для образцов для испытаний на модуль упругости при изгибе.[Pg.85]ТАБЛИЦА 7.29 Результаты испытаний модуля упругости при изгибе (нагрузка в центральной точке) с образцами Trex и GeoDeck и PTL … [Стр.265]
ТАБЛИЦА 7.31 Результаты испытаний модуля упругости при изгибе (нагрузка в третьей точке) для Trex композитная доска настила … [Pg.265]
В таблице 7.37 показаны более низкие значения модуля упругости при изгибе, определенные с использованием 3-точечной нагрузки, по сравнению с 4-точечной нагрузкой. В среднем разница составляет 9 + 7% в пользу нагрузки в третьей точке по сравнению с нагрузкой в центральной точке с точки зрения значений модуля упругости при изгибе. Разница очень близка к этой (9 + 3%) для значений прочности на изгиб (см. Выше).[Pg.270]
Когда для определения механических свойств необходимы эксперименты, испытания следует разрабатывать и проводить в соответствии со стандартами ASTM. ASTM — аббревиатура Американского общества испытаний материалов. Например, приведенный выше тест прямого доступа к памяти сравнивается с тестом модуля упругости при изгибе ASTM D.790 в Сепе. ° … [Pg.42]
Модуль упругости при изгибе — это сила, необходимая для деформации материала в области упругого изгиба. По сути, это способ охарактеризовать жесткость.Уретановые эластомеры и жесткие пенопласты обычно испытывают в режиме изгиба с помощью трехточечного изгиба, а модуль упругости при изгибе (или изгибе) получают из начального, линейного участка результирующей кривой напряжения-деформации. [Стр.242]
Образцы эластомера отливают в формы, размер и форма которых зависят от его назначения. Образцы физических свойств могут быть изготовлены с использованием изготовленной на заказ книжной пресс-формы, предназначенной для создания тонкого листа (0,1 дюйма), содержащего предварительно отформованные испытательные детали, такие как детали для разрыва матрицы, модуля упругости при изгибе и т. Д.В качестве альтернативы можно использовать плоскую форму для пластин, чтобы создать форму размером 6 x 6 x 0,1 дюйма. лист, из которого могут быть вырезаны образцы для испытаний. Более толстые образцы для измерения твердости могут … [Pg.248]
Сравнить методы испытания на изгиб и модуль упругости при растяжении. Почему разумно сказать, что оба метода описывают жесткость материала … [Pg.188]
| Рис. 5.75. Влияние размера газовой ячейки на удельный модуль упругости полипропиленовой конструкционной пены толщиной 6 мм. Образцы испытывали при 23 ° C с внешней оболочкой и без нее.Перепечатано с разрешения П. Р. Хорнсби, в двухфазных полимерных системах, изд. Л. А. Утраки, с. 115. Авторские права 1991 г. Карл Хансер Верлаг. |
Свойства изгиба. Были получены значения модуля упругости при изгибе и прочности на изгиб. Эти значения были измерены при 23 ° C, а также в диапазоне температур для полимера MBAS (см. Рисунок 4).При испытаниях на изгиб формованный стержень испытывается как простая балка, при этом стержень опирается на две опоры, а нагрузка прикладывается посередине между ними. Испытание продолжается до разрыва или 5% деформации, в зависимости от того, что произойдет раньше. Испытательное приспособление устанавливается в универсальный тестер, и тестер помещается в среду с подходящей температурой. [Pg.250]
Модуль упругости при изгибе Отношение в пределах предела упругости приложенного напряжения на испытательном образце при изгибе к соответствующей деформации образца.[Стр.219]
Предел прочности на разрыв и модуль упругости при изгибе обычно увеличиваются, а предельное удлинение уменьшается пропорционально количеству наполнителя при испытании при комнатной температуре. Обратное обычно верно, когда отвержденная эпоксидная смола испытывается при повышенных температурах. На ударную вязкость, как правило, негативно влияют порошковые наполнители. [Pg.175]
Это действие устраняет необходимость в дорогостоящем механическом процессе придания шероховатости, который требуется для большинства других материалов. Нанесение металлической поверхности на пластмассовые детали может повысить устойчивость детали к воздействию окружающей среды, а также ее механические свойства и внешний вид.Например, деталь из АБС-пластика (общая толщина листа 0,015 дюйма) продемонстрировала увеличение прочности на растяжение на 16%, увеличение модуля упругости при растяжении на 100%, увеличение модуля упругости при изгибе на 200%, увеличение ударной вязкости по Изоду на 30%, и повышение температуры прогиба на 12%. Испытания выдержанных на открытом воздухе образцов показали полное сохранение физических свойств через шесть месяцев. [Pg.553]
Механические характеристики серно-асфальтового покрытия. Срок службы дорожного покрытия подходит к концу, когда бедствие, которому оно подвергается в результате дорожного движения и климатических воздействий, значительно снижает либо конструктивную способность, либо ходовые качества покрытия ниже приемлемого минимума.Следовательно, свойства материала, представляющие наибольший интерес для проектировщиков дорожного покрытия, — это те, которые позволяют прогнозировать различные формы повреждения — модуль упругости, усталость, ползучесть, температурный сдвиг, параметры колейности и термический коэффициент расширения. Эти свойства материала определяются на основе испытаний модуля упругости, испытаний на усталость при изгибе, испытаний на ползучесть, испытаний на остаточную деформацию и испытаний на тепловое расширение. [Pg.203]
Нельсон исследовал взаимосвязь между плотностью и физическими свойствами, например.g., модуль упругости при изгибе, удар по Гарднеру, тепловая деформация, прочность на разрыв / изгиб, коэффициент линейного теплового расширения, динамические механические испытания и испытания на ползучесть. Удельный вес полученного SRIM был изменен примерно с 0,3 до 1,2. [Pg.171]
ASTM D 1565, спецификация, описывает метод испытания на динамическое изгибание гибких виниловых ячеистых материалов. В этом тесте используется изгибающая машина, которая колеблется с частотой 1 Гц. Применяется минимум 250 000 сгибаний. После попеременного сжатия и расслабления наблюдается влияние на структуру и толщину пены.Сообщается процент потери толщины. Модуль упругости при изгибе микропористого уретана описан в ASTM D 3489. В этом методе используется общая процедура, описанная в ASTM D 790, метод I. ASTM D 3768 описывает процедуру определения восстановления при изгибе микропористых уретанов. Этот метод используется для определения способности материала восстанавливаться после изгиба на 180 ° вокруг оправки диаметром 12,7 мм (0,5 дюйма) при комнатной температуре. [Pg.384]
Ниже приводится список видов операций, выполняемых для сушки материалов в течение не менее 4 часов при 160 ° C в осушающей рециркуляционной печи для литья под давлением в машине Engel (температура цилиндра 274-288 ° C, температура формы 52 ° C, общее время цикла 1 мин.) механические испытания (модуль упругости при изгибе … [Pg.404]
Прочность на изгиб Модуль упругости при изгибе 5.4 Испытание на прочность при изгибе … [Pg.181]
Модуль упругости при изгибе и удлинении были измерены на тестере Instron номер модели 1125 согласно испытаниям ASTM D-638 и ASTM D-790 соответственно. [Стр. что из композита ПТФЭ.Кроме того, модуль упругости при изгибе PTFE / FP … [Pg.211]
| В таблице III показаны свойства при изгибе композита RX-PTFE с дозой EB 500 кГр и композита SX-PTFE (фторированный пек 1,8 мас.% добавки) с дозой ЭБ 500 кГр. При испытании на трехточечный изгиб многослойных панелей с шестью слоями прочность на изгиб композита SX-PTFE была примерно в 1,1 раза выше, чем у композита RX-PTFE. Модуль упругости при изгибе композита SX-PTFE был примерно в 1,3 раза выше, чем у композита RX-PTFE.Было обнаружено, что свойства изгиба SX-PTFE были улучшены по сравнению с композитом RX-PTFE. |
Прочность на изгиб — Infogalactic: ядро планетарных знаний
Прочность на изгиб , также известная как модуль разрыва , прочность на изгиб или прочность на излом , [ сомнительно — обсудить ] — свойство материала, определяемое как напряжение в материале непосредственно перед его деформацией при испытании на изгиб.[1] Чаще всего используется испытание на поперечный изгиб, при котором образец, имеющий круглое или прямоугольное поперечное сечение, изгибается до разрушения или деформации с использованием метода испытания на трехточечный изгиб. Прочность на изгиб представляет собой наибольшее напряжение, испытываемое материалом в момент разрыва. Он измеряется в единицах напряжения, здесь указан символ.
Введение
Рис. 1 — Балка изгибаемого материала. Экстремальные волокна при B (сжатие) и A (растяжение)
Рис.2 — Распределение напряжений по балке
Когда объект, состоящий из одного материала, например, деревянная балка или стальной стержень, изгибается (рис. 1), он испытывает ряд напряжений по своей глубине (рис. 2). На краю объекта на внутренней стороне изгиба (вогнутой поверхности) напряжение будет достигать максимального значения сжимающего напряжения. На внешней стороне изгиба (выпуклая поверхность) напряжение будет достигать максимального значения растяжения. Эти внутренние и внешние края балки или стержня известны как «крайние волокна».Большинство материалов разрушаются под действием растягивающего напряжения до того, как они разрушаются под действием сжимающего напряжения, поэтому максимальное значение растягивающего напряжения, которое может выдерживаться до разрушения балки или стержня, является их прочностью на изгиб. [ требуется ссылка ]
Предел прочности на изгиб в зависимости от прочности на разрыв
Прочность на изгиб была бы такой же, как и на разрыв, если бы материал был однородным. Фактически, в большинстве материалов есть небольшие или большие дефекты, которые действуют для локальной концентрации напряжений, эффективно вызывая локальную слабость.Когда материал изгибается, только крайние волокна подвергаются наибольшему напряжению, поэтому, если эти волокна не имеют дефектов, прочность на изгиб будет контролироваться прочностью этих неповрежденных «волокон». Однако, если один и тот же материал был подвергнут только растягивающим усилиям, тогда все волокна в материале испытывают одинаковое напряжение, и разрушение начнется, когда самое слабое волокно достигнет своего предельного напряжения растяжения. Следовательно, обычно прочность на изгиб выше, чем прочность на разрыв для того же материала.И наоборот, однородный материал с дефектами только на его поверхности (например, из-за царапин) может иметь более высокую прочность на разрыв, чем прочность на изгиб.
Если не принимать во внимание какие-либо дефекты, очевидно, что материал разрушится под действием изгибающей силы, которая меньше соответствующей силы растяжения. Обе эти силы будут вызывать одно и то же напряжение разрушения, величина которого зависит от прочности материала.
Для прямоугольного образца результирующее напряжение под действием осевой силы определяется по следующей формуле:
Это напряжение не является истинным напряжением, поскольку поперечное сечение образца считается неизменным (инженерное напряжение).
- — осевая нагрузка (сила) в точке разрушения
- b ширина
- d — это глубина или толщина материала
Результирующее напряжение для прямоугольного образца под нагрузкой в установке для трехточечного изгиба (рис. 3) определяется формулой ниже (см. «Измерение прочности на изгиб»).
Уравнение этих двух напряжений (разрушение) дает:
Обычно L (длина пролета опоры) намного больше d, поэтому дробь больше единицы.
Измерение прочности на изгиб
Для прямоугольного образца под нагрузкой в установке трехточечного изгиба (рис. 3):
- F — нагрузка (сила) в точке разрушения (Н)
- L — длина пролета опоры
- b ширина
- d толщина
Для прямоугольного образца под нагрузкой в установке для четырехточечного изгиба, где диапазон нагрузки составляет одну треть пролета опоры:
- F — нагрузка (сила) в точке разрушения
- л длина опорного (внешний) пролет
- b ширина
- d толщина
Для установки 4-точечного изгиба, если диапазон нагрузки составляет 1/2 пролета опоры (т.е.е. L i = 1/2 L на рис. 4):
Если диапазон нагрузки не составляет ни 1/3, ни 1/2 от пролета опоры для установки 4-точечного изгиба (рис. 4):
- L i — длина нагрузочного (внутреннего) пролета
См. Также
Ссылки
- Дж. М. Ходжкинсон (2000), Механические испытания усовершенствованных волокнистых композитов , Кембридж: Woodhead Publishing, Ltd., п. 132–133.
- Уильям Д. Каллистер младший, Материаловедение и инженерия , Хокен: John Wiley & Sons, Inc., 2003.
- ASTM C1161-02c (2008) e1, Стандартный метод испытания прочности на изгиб усовершенствованной керамики при температуре окружающей среды, ASTM International, West Conshohocken, PA.
Прочность бетона на изгиб | Зачем тестировать изгиб?
Перейти к основному содержаниюДополнительное меню
- Насчет нас
- Контактная информация
- Дом
О гражданском строительстве
- Дом
- Гражданские ноты
Банкноты
- Строительные материалы
- Строительство зданий
- Механика грунта
- Геодезия и выравнивание
- Ирригационная техника
- Инженерия окружающей среды
- Дорожное строительство
- Инфраструктура
- Строительная инженерия
Лабораторные заметки
- Инженерная механика
- Механика жидкости
- Почвенные лабораторные эксперименты
- Экологический эксперимент
