Sissejuhatus
Materjalid puutuvad inseneriteaduses kokku erinevate koormustega. Koormused, mida materjalid võivad taluda, võib loetleda kui tõmbe-, surve-, painutus-, nihke- või väändekoormused. Samas võivad need koormused erineda staatiliselt või dünaamiliselt. Materjal võib olla sunnitud korraga vastu pidama ühele või mitmele neist koormustest. Sellisel juhul on vaja teada, millist materjali millistes tingimustes kasutada. Materjalide rühmitamiseks jälgitakse katsetega nende reaktsioone teatud koormuste korral ja nii selguvad materjalide mehaanilised omadused.
Elastsusomaduste saamise katsed võib jagada staatilisteks ja dünaamilisteks. Et katse oleks staatiline, tuleb jõudu rakendada maksimaalselt 1 Hz sagedusega, konstantselt ja ainult üks kord. Sellisel juhul on pinge konstantne ja venivuse suhe on staatilises katses väiksem kui 0,25. Selliste koormuste puhul kasutatakse dünaamilisi katseid, kuna staatilised katsed ei saa moodustada adekvaatset mudelit järsult muutuvate koormuste jaoks. Dünaamilise katse puhul on koormus muutuv ja proovile rakendatakse sinusoidset deformatsiooni. Neid katseid võib teha ka kõrgetel või madalatel temperatuuridel. Dünaamiliste katsete tulemusena saadakse teavet kõvaduse ja summutamise kohta. Dünaamiliste katsete allharuna võib vaadelda väsimuskatseid. Koormust rakendatakse tsükliliselt. Neid katseid tehakse tõmbe- tõmbe-, surve- survetõmbe- või survetõmbetsüklitega. Väsimuskatse tulemusena saab määrata materjalide kasutusiga. Väsimuskatsega määratakse ka väsimustugevus ja pragunemiskindlus.
Tõmbekatse
Tõmbekatsed on üks kõige tavalisemaid katseteid inseneriteaduses materjalide tugevusomaduste määramiseks. Seda tehakse isotroopsete materjalide mehaaniliste omaduste määramiseks. See katse põhineb põhimõtteliselt tõmbejõu rakendamisel proovile vastaskülgedelt samas suunas ja materjali pinge jälgimisel kuni materjali purunemiseni. Tõmbekatse tulemusel saadakse materjali voolavuspiir, maksimaalne tõmbetugevus, plastilisus, Youngi moodul, nihkemoodul ja Poissoni suhtarv.
Pingestus - pingekõverad
Pingete ja pingete kõverad
Katsete käigus materjalile rakendatav nominaalne tõmbepinge on järgmine:
Kus F on tõmbejõud ja A_0 on pinge all olev ristlõike pindala. Ja tüvi on määratletud järgmiselt;
Kus L_0 on katsekeha esialgne pikkus ja Δ_L on materjali pikenemine pärast katset.
Katsest saadud väärtuste abil saadakse pinge-venemiskõver. See kõver näitab materjali purunemispunkti, voolavuspiiri, maksimaalset tõmbetugevust ja murdumisvõime-paindlikkuse seisundit. Teine eelis on see, et see annab teavet sõltumata materjali mõõtmetest.
Ülaltoodud joonisel on kujutatud rabeda materjali pinge-venimiskõver.
Enamiku kõverate puhul on algosa lineaarne. Voolutugevuse väärtus saadakse kõveral, kui kõvera kallakuga paralleelne kõver tõmmatakse punktist, kus pinge-venimiskõvera venivus on 0,2%. Me saame määrata maksimaalse pinge, mida materjal talub ilma püsiva kahjustuseta, kasutades selle voolavuspiirangut. Kuni selle punktini on objekt elastses piirkonnas. Pärast seda siseneb materjal plastilisse piirkonda, kus sellele mõjuvad jõud põhjustavad püsivaid kahjustusi.
Saagikuspinge
Kujuteldava joone kalle, mille me tõmbame voolavuspiiride leidmiseks, annab meile Youngi mooduli, mis on oluline materjali omadus. Youngi moodul saadakse järgmiselt:
Järgnev võrrand kujutab Poissoni suhtarvu, mis on horisontaalse nihke ja vertikaalse nihke suhte negatiivne väärtus:
Test
Joonisel on näidatud enamik tõmbekatses kasutatud proovide ristlõikeid. Proovid võivad olla moodustatud lehe või silindrina.
Sõltuvalt erinevatest materjalidest ja mõõtetundlikkuse tasemetest võib kasutada erinevaid klambritüüpe. Igal sidumismeetodil on omad eelised ja puudused.
Survekatse
Survekatse näitab, kuidas materjalid käituvad kokkupressimisel või purustamisel. Katse kestab tavaliselt seni, kuni aine puruneb või kuni kindlaksmääratud piirini. Seega arvutatakse koormus, mida materjal enne rebenemist talub, ja selle lagunemise ulatus kuni selle punktini. Materjali katsetamiseks kuumutatakse või jahutatakse seda sageli ning sellele rakendatakse mitmes suunas survetugevust. Katseid võib siiski teha mitmesugustes seadistustes.
Suure tõmbetugevusega materjalidel on üldiselt madal survetugevus. Seetõttu uuritakse neid materjale survekatsetega. Materjalid, mille puhul tehakse kõige rohkem survekatseid, on üldiselt rabedad materjalid, näiteks komposiitmaterjalid, betoon, puit, metall ja tellis; polümeerid, plastid ja vahtmaterjalid.
Survekatse tulemusel saadakse jõud-venimiskõver. Seejärel teisendatakse jõud pingeks, et koostada pinge-venimiskõver. See kõver on väga sarnane tõmbekatse pinge-venimiskõveraga. Ainult teljed on lühenemise suunas.
Survetugevus - % Surve deformatsioon
Tõmbekatse arvutused kehtivad ka survekatse puhul. survetugevust väljendatakse järgmiselt;
Purustamine
Purustamist kasutatakse selleks, et väljendada, kui palju materjal katse ajal lühenes.
Väljendage purustamine.
Turse
Paisumine on uuritava materjali ristlõike kasv. Paisumisele kalduvad rohkem duktiivsed materjalid. See on vormistatud järgmiselt:
Test
Tavaliselt tehakse survekatseid rabedatele materjalidele. Jäikade vahtude survetunnused on esitatud standarditest ISO 844 näitena. Selles standardis on esitatud ristlõike pindala väärtused ja vormid, temperatuuri ja niiskuse väärtused ning eeldatavad proovide tulemused. Pinged on esitatud kPa-s.
Surveelastsuse väärtus on standardis järgmine:
Siin σ_e on jõud tavapärase elastse piirkonna lõpus, h_0 on materjali algne paksus ja x_e on jõud, mis tekitab pinge.
Järgnevalt on esitatud mõned survekatsete jaoks välja töötatud standardid:
ASTM D575-91 - Standardsed katsemeetodid kummi omaduste määramiseks kokkusurumisel
ASTM E9-19 - Metallist materjalide survekatsete standardmeetodid toatemperatuuril
TS EN ISO 14126 - Kiududega tugevdatud plastkomposiidid - Surveomaduste määramine tasapinnalises suunas.
Tehnika kirjeldus
Proovi mehaanilise käitumise hindamine pinge- ja survetingimustes võib anda materjali omaduste põhilisi andmeid, mis on kriitilise tähtsusega komponentide projekteerimisel ja kasutuskõlblikkuse hindamisel. Nõuded tõmbe- ja survetugevuse väärtustele ning nende omaduste katsetamise meetodid on määratletud mitmesugustes standardites paljude erinevate materjalide jaoks. Katsetusi võib teha töödeldud materjaliproovidega või tegelike komponentide täissuuruses või mõõtkavas mudelitega. Need katsed tehakse tavaliselt universaalse mehaanilise katseseadme abil.
Tõmbekatse on meetod materjalide käitumise määramiseks aksiaalse tõmbekoormuse korral. Katsed viiakse läbi, kinnitades proovi katseseadmesse ja seejärel rakendades proovile jõudu, eraldades katseseadme ristpead. Ristpeade kiirust saab muuta, et kontrollida katsekehas tekkiva pinge kiirust. Katse andmeid kasutatakse tõmbetugevuse, voolavuspiiride ja elastsusmooduli määramiseks. Proovi mõõtmete mõõtmine pärast katsetamist annab ka pindala vähenemise ja venivuse väärtused, et iseloomustada materjali plastilisust. Tõmbekatseid saab teha paljude materjalide, sealhulgas metallide, plastide, kiudude, liimide ja kummide puhul. Katsetusi saab teha nii alarõhutemperatuuril kui ka kõrgemal temperatuuril.
Survekatse on meetod materjalide käitumise määramiseks survekoormuse all. Survekatsed viiakse läbi, koormates katsekeha kahe plaadi vahel ja rakendades seejärel proovile jõudu, liigutades ristpead kokku. Katse ajal surutakse proovi kokku ja deformatsioon rakendatud koormuse suhtes registreeritakse. Survekatset kasutatakse elastsuspiiri, proportsionaalse piiri, voolavuspiiri, voolavuspiiri ja (mõne materjali puhul) survetugevuse määramiseks.
Analüütiline teave
Survetugevus - Survetugevus on maksimaalne survetugevus, mida materjal on võimeline murdumiseta taluma. Katsete käigus purunevad rabedad materjalid ja neil on kindel survetugevuse väärtus. Kuivsulavate materjalide survetugevus määratakse kindlaks nende väändumisastme järgi katsetamise ajal.
Elastsuse piir - Elastsuspiir on maksimaalne pinge, mida materjal suudab taluda ilma püsiva deformatsioonita pärast pinge eemaldamist.
Pikendus - Pikendus on tõmbekatses murdunud proovi püsiva pikenemise suurus.
Elastsuse moodulid - Elastsusmoodul on pinge (alla proportsionaalse piiri) ja tüve suhe, s.t. pinge-venimiskõvera kalle. Seda peetakse metalli jäikuse või jäikuse mõõdupuuks.
Proportsionaalne piirväärtus - Proportsionaalne piir on suurim pinge, mida materjal suudab saavutada ilma, et see kalduks kõrvale pinge-venimiskõvera lineaarsest suhtest, st ilma et tekiks plastiline deformatsioon.
Pindala vähendamine - Pindala vähenemine on erinevus tõmbekeha algse ristlõike pindala ja väikseima pindala vahel, mis on pärast katset toimunud murdumist.
Tüvi - Tugevus on materjali suuruse või kuju muutumine jõu mõjul.
Saagikuspunkt - Voolavuspiir on pinge materjalis (tavaliselt väiksem kui maksimaalne saavutatav pinge), mille juures toimub tüve suurenemine ilma pinge suurenemiseta. Ainult teatavatel metallidel on voolavuspiir.
Mahtuvuspiirang - Voolavuspiir on pinge, mille korral materjal kaldub lineaarsest pinge-venitus suhtest kõrvale. Metallide puhul kasutatakse sageli nihet 0,2%.
Lõplik tõmbetugevus - Tõmbetugevus ehk UTS on maksimaalne tõmbetugevus, mida materjal suudab taluda ilma purunemiseta. See arvutatakse, jagades tõmbekatse ajal rakendatud maksimaalse koormuse proovi algse ristlõike pindalaga.
Tüüpilised rakendused
Tõmbe- ja survejõud tooraine omadused võrdlemiseks toote spetsifikatsioonidega
saada materjali omaduste andmeid lõplike elementide modelleerimiseks või muu toote projekteerimiseks soovitud mehaanilise käitumise ja kasutusvõime jaoks.
Komponentide mehaanilise toimivuse simulatsioon kasutamisel
Näidisnõuded
Metallide ja plastide standardsed tõmbekatsed viiakse läbi spetsiaalselt ettevalmistatud katsekehadega. Need proovid võivad olla mehaaniliselt töödeldud silindrilised proovid või lamedad plaatproovid (dogbone). Katseproovide pikkuse ja laiuse või läbimõõdu suhe katsealal (mõõteriistas) peab olema kindel, et tulemused oleksid korratavad ja vastaksid standardsetele nõuetele. katsemeetod nõuded. Torukujulisi tooteid, kiude ja traate saab tõmbekatsetada täissuuruses, kasutades spetsiaalseid kinnitusi, mis soodustavad optimaalset haardumist ja vigade paiknemist.
Kõige tavalisem survekatseteks kasutatav katsekeha on lamedate otstega ümmargune silinder. Võib kasutada ka muid kujundeid, kuid need nõuavad spetsiaalseid kinnitusi, et vältida paindumist. Erikonfiguratsioonid komponentide katsetamiseks või teenindussimulatsioonideks sõltuvad kasutatavast konkreetsest katseseadmest.
Tõmbekatse ja survekatse seadmete erinevus
Tõmbekatsete puhul rakendab katseseade tõmbekoormust või jõudu, mis tõmbab tõmbekatsekehade proovid laiali. Plastide tõmbekatsete puhul tõmmatakse katsekeha laiali, et mõõta tõmbetugevust ja muid omadusi, sealhulgas jäikust ja voolavuspiiri. On olemas mitu üldkasutatavat tööstusstandardit, mis sätestavad plastide tõmbekatsete kokkulepitud meetodid. ASTM D638 ja ISO 527-2 on mõlemad sarnased, kuid erinevad standardiseeritud katsekeha geomeetria ja mõõtmed. Need katsed nõuavad tõmbekahvleid, mis eeldatavasti haaravad proovi ja reguleerivad seda katseprotsessi käigus hõrenedes. Need tarvikud erinevad survekinnitistest.
Survekatsete puhul rakendab katseseade survekoormust või -jõudu, et suruda katsekeha kokku, kuni see puruneb või puruneb. Polümeerist vahtmaterjali survekatsed on kaetud ASTM D1621 mis määrab kindlaks kasutatavate surveplaatide ja deflektomeetrite tüübi. Katseproov asetatakse survekatsetusplaatide vahele, kuni rakustruktuur puruneb või puruneb.
Universaalne katseseade võib teha nii tõmbe- kui ka survekatseid. Katseproovi tõmbamiseks või kokkusurumiseks saab kasutada ristpead, mis asub alusplaadi ja liikuva pea vahel.
Tõmbekatseseadmed ehk haarded ja tüveandurid (nn ekstensiomeetrid) ei saa teha survekatseid. Samuti on tõmbealused spetsiaalselt sobitatud katsekeha täpse geomeetria ja mõõtmete katmiseks. Survekatsetusplaadid ja deflektomeetrid on samuti võimelised tegema ainult survekatseid, seega on sellisel juhul vaja mõlemat tarvikukomplekti.
Kui soovite selle toote kohta rohkem teavet, võtke meiega julgelt ühendust.