Ievads
Inženierzinātnēs materiāli tiek pakļauti dažāda veida slodzēm. Materiālus var pakļaut šādām slodzēm: stiepes, saspiešanas, lieces, bīdes vai vērpes. Tajā pašā laikā šīs slodzes var atšķirties statiski vai dinamiski. Materiālam var būt jāiztur viena vai vairākas no šīm slodzēm vienlaicīgi. Šādā gadījumā ir jāzina, kuru materiālu kādos apstākļos izmantot. Lai sagrupētu materiālus, ar testiem novēro to reakciju uz noteiktām slodzēm, un tādējādi tiek atklātas materiālu mehāniskās īpašības.
Testus elastības īpašību iegūšanai var iedalīt statiskajos un dinamiskajos. Lai tests būtu statisks, spēks jāpieliek ar maksimālo frekvenci 1 Hz, konstanti un tikai vienu reizi. Šajā gadījumā spriegums ir nemainīgs, un pagarinājuma koeficients statiskajā testā ir mazāks par 0,25. Šāda veida slodzēm izmanto dinamiskos testus, jo statiskajos testos nevar izveidot piemērotu modeli pēkšņi mainīgām slodzēm. Dinamiskajos testos slodze ir mainīga, un paraugam piemēro sinusoidālu deformāciju. Šos testus var veikt arī augstā vai zemā temperatūrā. Dinamisko testu rezultātā tiek iegūta informācija par cietību un slāpēšanu. Mēs varam aplūkot noguruma testus kā dinamisko testu apakšnozari. Slodzi pieliek cikliski. Šos testus veic ar stiepes-vilkšanas, saspiešanas-saspiešanas vai saspiešanas-atgriezeniskās stiepes cikliem. Noguruma testa rezultātā var noteikt materiālu kalpošanas laiku. Ar noguruma testu nosaka arī noguruma izturību un izturību pret plaisāšanu.
Stiepes tests
Stiepes pārbaude ir viens no visbiežāk izmantotajiem testiem inženierzinātnēs, lai noteiktu materiālu stiprības īpašības. To veic, lai noteiktu izotropu materiālu mehāniskās īpašības. Šī testa pamatā pamatā ir stiepes spēka pielikšana paraugam no pretējām virsmām vienā virzienā un materiāla sprieguma novērošana, līdz materiāls pārtrūkst. Stiepes testa rezultātā var iegūt materiāla robežstiprību, maksimālo stiepes izturību, plastiskumu, Junga moduli, bīdes moduli un Poisona koeficientu.
Spriedzes - deformācijas līknes
Spriedzes un deformācijas līknes
Testēšanas laikā materiālam piemēro šādu nominālo stiepes spriegumu:
Kur F ir stiepes spēks un A_0 ir šķērsgriezuma laukums, kas pakļauts spriegojumam. Un deformāciju definē kā;
Kur L_0 ir materiāla sākotnējais garums un Δ_L ir materiāla pagarinājums pēc testa.
Izmantojot testā iegūtās vērtības, tiek iegūta sprieguma un deformācijas līkne. Šī līkne atklāj materiāla pārrāvuma punktu, plūdenuma robežu, maksimālo stiepes izturību un trausluma un stiepes izturības stāvokli. Vēl viena priekšrocība ir tā, ka tā sniedz informāciju neatkarīgi no materiāla izmēriem.
Iepriekš attēlotajā diagrammā redzama trausla materiāla sprieguma un deformācijas līkne.
Lielākajai daļai līkņu sākotnējā daļa ir lineāra. Plūsmas robežvērtību iegūst uz līknes, kad no punkta, kur pagarinājums sprieguma un deformācijas līknē ir 0,2%, tiek novilkta līkne, kas ir paralēla līknes slīpumam. Maksimālo spriegumu, ko materiāls var izturēt bez paliekošiem bojājumiem, varam noteikt, izmantojot tā plūdenuma robežu. Līdz šim punktam objekts ir elastīgā apgabalā. Pēc tam materiāls nonāk plastiskajā apgabalā, kur tam radītie spēki izraisa paliekošus bojājumus.
Ražas spriegums
Lai atrastu plūdenuma robežu, no iedomātās līnijas slīpuma iegūstam Junga moduli, kas ir svarīga materiāla īpašība. Junga moduli iegūst, izmantojot:
Nākamais vienādojums attēlo Puasona koeficientu, kas ir horizontālā pārvietojuma un vertikālā pārvietojuma attiecības negatīvais lielums:
Tests
Lielākā daļa stiepes testā izmantoto paraugu šķērsgriezumu ir parādīti attēlā. Paraugus var veidot kā loksnes vai cilindrus.
Atkarībā no dažādiem materiāliem un mērījumu jutības līmeņiem var izmantot dažādus iespīlēšanas veidus. Katrai sasiešanas metodei ir savas priekšrocības un trūkumi.
Saspiešanas tests
Saspiešanas tests parāda, kā materiāli uzvedas, kad tiek saspiesti vai saspiesti. Tests parasti ilgst, līdz viela sabrūk vai līdz iepriekš noteiktai robežai. Tādējādi tiek aprēķināta slodze, ko materiāls var izturēt pirms plīsuma, un līdz šim brīdim notikušās degradācijas pakāpe. Lai pārbaudītu materiālu, to bieži karsē vai atdzesē un pakļauj daudzu virzienu spiedes spēkam. Tomēr testus var veikt ar dažādiem iestatījumiem.
Materiāliem ar augstu stiepes izturību parasti ir zema spiedes izturība. Šā iemesla dēļ šos materiālus pārbauda, veicot spiedes testus. Materiāli, ar kuriem visbiežāk veic spiedes testus, parasti ir trausli materiāli, piemēram, kompozīti, betons, koks, metāls un ķieģeļu materiāli; polimēri, plastmasas un putas.
Saspiešanas testa rezultātā tiek iegūta spēka un deformācijas līkne. Pēc tam spēks tiek pārvērsts spriegumā, lai izveidotu sprieguma un deformācijas līkni. Šī līkne ir ļoti līdzīga sprieguma un deformācijas līknei stiepes testā. Tikai asis ir saīsinājuma virzienā.
Saspiešanas spriegums - % Saspiešanas deformācija
Aprēķini, kas veikti stiepes testā, ir derīgi arī spiedes testam. spiedes spriegumu izsaka kā;
Smalcināšanas
Saspiešana tiek izmantota, lai izteiktu, cik ļoti materiāls testa laikā tika saīsināts.
Izteiksiet saspiešanu.
Pietūkums
Uzbriešana ir pārbaudāmā materiāla šķērsgriezuma palielināšanās. Lokanie materiāli ir vairāk pakļauti uzbriešanai. To formalizē šādi:
Tests
Trausliem materiāliem parasti veic saspiešanas testus. ISO 844 standartā kā piemērs no standartiem ir sniegti cietu putuplastu saspiešanas raksturlielumi. Šajā standartā ir norādītas šķērsgriezuma laukuma vērtības un formas, temperatūras un mitruma vērtības un paredzamie parauga rezultāti. Spriedzes ir izteiktas kPa.
Saspiešanas elastības vērtība standartā ir šāda:
Šeit σ_e ir spēks parastās elastīgās zonas beigās, h_0 ir materiāla sākotnējais biezums, un x_e ir ceļš, pa kuru virzās spriegumu radošais spēks.
Tālāk ir minēti daži standarti, kas izstrādāti kompresijas testiem:
ASTM D575-91 - Standarta testa metodes gumijas īpašību noteikšanai saspiežot
ASTM E9-19 - Metāla materiālu kompresijas testēšanas standarta testēšanas metodes istabas temperatūrā
TS EN ISO 14126 - Ar šķiedru pastiprināti plastmasas kompozīti - Spiedes īpašību noteikšana plaknes virzienā
Tehnikas apraksts
Parauga mehāniskās uzvedības novērtēšanu stiepes un saspiešanas apstākļos var veikt, lai iegūtu materiālu īpašību pamatdatus, kas ir būtiski svarīgi komponentu projektēšanai un ekspluatācijas īpašību novērtēšanai. Prasības stiepes un spiedes stiprības vērtībām un šo īpašību testēšanas metodes ir noteiktas dažādos standartos dažādiem materiāliem. Testēšanu var veikt ar mehāniski apstrādātiem materiālu paraugiem vai ar faktisko sastāvdaļu pilna izmēra vai mēroga modeļiem. Šos testus parasti veic, izmantojot universālu mehāniskās testēšanas instrumentu.
Stiepes tests ir metode, ar kuru nosaka materiālu uzvedību, tos slogojot ar aksiālu stiepes slodzi. Testus veic, ievietojot paraugu testēšanas aparātā un pēc tam, atdalot testēšanas mašīnas krusteņgalviņas, pieliekot uz paraugu spēku. Lai kontrolētu deformācijas ātrumu testa paraugā, var mainīt krustgalvu ātrumu. Testa datus izmanto, lai noteiktu stiepes izturību, robežstiprību un elastības moduli. Pēc testēšanas izmēra parauga izmērus, lai raksturotu materiāla plastiskumu, iegūst arī laukuma samazinājuma un pagarinājuma vērtības. Stiepes testus var veikt daudziem materiāliem, tostarp metāliem, plastmasām, šķiedrām, līmi un gumijām. Testēšanu var veikt subambienta un paaugstinātā temperatūrā.
Spiedes tests ir metode, ar ko nosaka materiālu izturības pakāpi, tos slogojot ar spiedes slodzi. Saspiešanas testus veic, noslogojot testa paraugu starp divām plāksnēm, un pēc tam, pārvietojot šķērsgalviņas kopā, uz paraugu iedarbojas ar spēku. Testa laikā paraugs tiek saspiests, un tiek reģistrēta deformācija atkarībā no pieliktās slodzes. Saspiešanas testu izmanto, lai noteiktu elastības robežu, proporcionālo robežu, tecējuma robežu, robežstiprību un (dažiem materiāliem) spiedes izturību.
Analītiskā informācija
Spiedes izturība - Spiedes stiprība ir maksimālais spiedes spriegums, ko materiāls spēj izturēt bez plīsumiem. Trausliem materiāliem testa laikā rodas lūzumi, un tiem ir noteikta spiedes stiprības vērtība. Lokanu materiālu spiedes stiprību nosaka pēc to deformācijas pakāpes testēšanas laikā.
Elastības robeža - Elastības robeža ir maksimālais spriegums, ko materiāls var izturēt bez pastāvīgas deformācijas pēc sprieguma noņemšanas.
Pagarinājums - Pagarinājums ir stiepes testā salauzta parauga pastāvīgais pagarinājums.
Elastības moduļi - Elastības modulis ir sprieguma (zem proporcionālās robežas) attiecība pret deformāciju, t. i., sprieguma un deformācijas līknes slīpums. To uzskata par metāla stingrības vai stīvuma mēru.
Proporcionālais ierobežojums - Proporcionālā robeža ir lielākais sprieguma lielums, ko materiāls spēj sasniegt, nenovirzoties no sprieguma un deformācijas līknes lineārās sakarības, t. i., neradot plastisku deformāciju.
Platības samazināšana - Platības samazinājums ir starpība starp stiepes parauga sākotnējo šķērsgriezuma laukumu un mazāko laukumu pēc testa pēc lūzuma.
Celms - Deformācija ir materiāla izmēra vai formas izmaiņas, ko izraisa spēks.
Ienesīguma punkts - Plūsmas punkts ir spriegums materiālā (parasti mazāks par maksimālo sasniedzamo spriegumu), pie kura deformācijas palielināšanās notiek bez sprieguma palielināšanās. Plūsmas punkts ir tikai dažiem metāliem.
Ražas izturība - Plānītspēja ir spriegums, pie kura materiāls uzrāda noteiktu novirzi no lineārās sprieguma un deformācijas attiecības. Metāliem bieži izmanto nobīdi 0,2%.
Maksimālā stiepes izturība - Maksimālā stiepes izturība jeb UTS ir maksimālais stiepes spriegums, ko materiāls var izturēt bez plīsumiem. To aprēķina, dalot stiepes testa laikā pielikto maksimālo slodzi ar parauga sākotnējo šķērsgriezuma laukumu.
Tipiski lietojumi
Stiepes un saspiešanas izejmateriālu īpašības, lai salīdzinātu ar produkta specifikācijām
Iegūt datus par materiālu īpašībām galīgo elementu modelēšanai vai citai produkta konstrukcijai, lai nodrošinātu vēlamo mehānisko uzvedību un ekspluatācijas īpašības.
Sastāvdaļu mehāniskās veiktspējas simulācija ekspluatācijas laikā
Prasību paraugi
Metālu un plastmasu standarta stiepes testus veic ar īpaši sagatavotiem testa paraugiem. Šie paraugi var būt mehāniski apstrādāti cilindriski paraugi vai plakanas plāksnes paraugi (suņa kauls). Lai iegūtu atkārtojamus rezultātus un atbilstu standarta prasībām, testa paraugiem ir jābūt ar noteiktu garuma un platuma vai diametra attiecību testa zonā (mērierīcē). testa metode prasības. Cauruļveida izstrādājumus, šķiedras un stieples var testēt stiepes pilnā izmērā, izmantojot īpašus stiprinājumus, kas veicina optimālu satvērienu un bojājumu lokalizāciju.
Visizplatītākais paraugs, ko izmanto kompresijas testēšanai, ir taisns apaļš cilindrs ar plakaniem galiem. Var izmantot arī citas formas, tomēr, lai izvairītos no izlieces, tiem ir vajadzīgi īpaši stiprinājumi. Īpašas konfigurācijas detaļu testēšanai vai ekspluatācijas simulācijai ir atkarīgas no konkrētās testēšanas mašīnas, kas tiks izmantota.
Atšķirība starp stiepes testa un saspiešanas testa iekārtām
Stiepes testu gadījumā testa mašīna iedarbojas ar stiepes slodzi vai spēku, kas stiepes testa paraugus izvelk šķērsām. Plastmasas stiepes testēšanas gadījumā testa paraugs tiek izvilkts, lai izmērītu stiepes izturību un citas īpašības, tostarp stingrību un tecēšanas robežu. Pastāv vairāki kopīgi nozares standarti, kas paredz saskaņotas plastmasas stiepes testu metodes. ASTM D638 un ISO 527-2 abos standartos ir līdzīga, bet atšķirīga standartizēta testa parauga ģeometrija un izmēri. Šajos testos ir nepieciešami stiepes rokturi, ar kuriem paraugs tiek satverts un kas pielāgojas, testēšanas procesā tam izplešoties. Šie piederumi atšķiras no kompresijas stiprinājumiem.
Veicot saspiešanas testus, testa mašīna pieliek spiedes vai saspiešanas slodzi vai spēku, lai saspiestu testa paraugu, līdz tas salūst vai saspiežas. Polimēru strukturālo putu materiāla saspiešanas testus aptver ASTM D1621 kurā norādīts izmantoto kompresijas plākšņu un deflektometra tips. Testa paraugu ievieto starp saspiešanas testa plāksnēm, līdz šūnu struktūra sabojājas vai plīst.
Universālā testa mašīna var veikt gan stiepes, gan saspiešanas testus. Krustenisko galvu var izmantot, lai vilktu vai saspiestu testa paraugu, kas atrodas starp pamatplati un kustīgo galvu.
Ar stiepes testa armatūru jeb satvērieniem un spriedzes sensoriem (t.s. ekstensometru) nevar veikt saspiešanas testus. Arī stiepes stiprinājumi ir īpaši pielāgoti, lai precīzi atbilstu testa parauga ģeometrijai un izmēriem. Arī kompresijas testa statīvi un deflektometrs spēj veikt tikai kompresijas testu, tāpēc šajā gadījumā ir nepieciešami abi piederumu komplekti.
Ja vēlaties vairāk informācijas par šo produktu, lūdzu, sazinieties ar mums.