Вступ
В машинобудуванні матеріали піддаються різним типам навантажень. Навантаження, яким можуть піддаватися матеріали, можна перерахувати як розтягнення, стиснення, згинання, зсув або скручування. При цьому ці навантаження можуть бути статичними або динамічними. Матеріал може бути змушений чинити опір одному або декільком з цих навантажень одночасно. У такому випадку необхідно знати, який матеріал за яких умов використовувати. Для того, щоб згрупувати матеріали, за допомогою випробувань спостерігають за їхньою реакцією при певних навантаженнях, і таким чином виявляють механічні властивості матеріалів.
Ми можемо розділити випробування для отримання властивостей еластичності на статичні та динамічні. Для того, щоб випробування було статичним, сила повинна бути прикладена з максимальною частотою 1 Гц, з постійною величиною і тільки один раз. У цьому випадку напруження є постійним, а коефіцієнт подовження менше 0,25 при статичному випробуванні. Для таких типів навантажень використовуються динамічні випробування, оскільки статичні випробування не можуть сформувати адекватну модель для раптово мінливих навантажень. При динамічних випробуваннях навантаження є змінним, а до зразка застосовується синусоїдальна деформація. Ці випробування також можуть проводитися при високих або низьких температурах. В результаті динамічних випробувань отримують інформацію про твердість і демпфірування. Ми можемо розглядати випробування на втому як підгалузь динамічних випробувань. Навантаження прикладається циклічно. Ці випробування проводяться за допомогою циклів розтягування-розтягування, стиснення-стиснення або стиснення-зворотне розтягування. В результаті випробування на втому можна визначити термін служби матеріалів. Втомна міцність і стійкість до розтріскування також визначаються за допомогою випробування на втому.
Випробування на розтягнення
Випробування на розтяг є одним з найпоширеніших випробувань в інженерії для визначення міцності матеріалів. Його проводять для визначення механічних властивостей ізотропних матеріалів. В основі цього випробування лежить прикладання сили розтягування до зразка з протилежних сторін в одному напрямку і спостереження за напруженням в матеріалі до моменту розриву матеріалу. В результаті випробування на розтягнення можна отримати границю текучості, максимальну межу міцності, пластичність, модуль Юнга, модуль зсуву і коефіцієнт Пуассона матеріалу.
Криві "напруження - деформація
Криві напружень і деформацій
Номінальне розтягуюче напруження, яке прикладається до матеріалу під час випробування, є наступним:
Де F - сила розтягування, а A_0 - площа поперечного перерізу під розтягуванням. А деформація визначається як;
Де L_0 - початкова довжина зразків, а Δ_L - подовження матеріалу після випробування.
На основі значень, отриманих під час випробування, будується крива "напруження-деформація". Ця крива показує межу міцності, межу текучості, максимальну межу міцності на розрив і стан крихкості-пластичності матеріалу. Ще однією перевагою є те, що вона дає інформацію незалежно від розмірів матеріалу.
На діаграмі вище показано криву напруження-деформації крихкого матеріалу.
Для більшості кривих початкова частина є лінійною. Значення границі текучості отримують на кривій, коли з точки, де видовження на кривій напруження-деформації дорівнює 0,2%, проводять криву, паралельну до нахилу кривої, тобто з точки, де видовження дорівнює 0,2%. Ми можемо визначити максимальне напруження, яке матеріал може витримати без незворотних пошкоджень, використовуючи його межу текучості. До цього моменту об'єкт знаходиться в пружній області. Після цього матеріал переходить у пластичну область, де прикладені до нього сили спричиняють незворотні пошкодження.
Стрес врожайності
Нахил уявної лінії, яку ми проводимо для знаходження межі текучості, дає нам модуль Юнга, який є важливою властивістю матеріалу. Модуль Юнга отримують за формулою:
Наступне рівняння представляє коефіцієнт Пуассона, який є від'ємним від відношення горизонтального зміщення до вертикального:
Тест
Більшість видів поперечного перерізу зразків, що використовуються для випробування на розтягнення, показані на рисунку. Зразки можуть бути сформовані у вигляді листа або циліндра.
Для різних матеріалів і рівнів чутливості вимірювання можна використовувати різні типи затискачів. Кожен спосіб кріплення має свої переваги та недоліки.
Тест на стиснення
Випробування на стиск демонструє, як матеріали поводяться при стисканні або роздавлюванні. Випробування зазвичай триває до тих пір, поки речовина не зруйнується або не досягне заздалегідь визначеної межі. Таким чином розраховується навантаження, яке матеріал може витримати до розриву, і ступінь його деградації до цього моменту. Для того, щоб випробувати матеріал, його часто нагрівають або охолоджують і піддають дії стискаючої сили в різних напрямках. Однак випробування можна проводити за різних умов.
Матеріали з високою міцністю на розрив зазвичай мають низьку міцність на стиск. З цієї причини ці матеріали досліджують шляхом випробування на стиск. Матеріали, для яких проводять найбільше випробувань на стиск, зазвичай крихкі, наприклад, композити, бетон, дерево, метал і цегла; полімери, пластмаси і пінопласт.
В результаті випробування на стиск отримують криву "сила-деформація". Потім сила перетворюється на напруження для створення кривої "напруження-деформація". Ця крива дуже схожа на криву напруження-деформації при випробуванні на розтягнення. Тільки осі спрямовані в напрямку, щоб показати укорочення.
Напруження при стисненні - Деформація при стисненні %
Розрахунки при випробуванні на розтяг також дійсні для випробування на стиск. стискаюче напруження виражається як;
Дроблення
Подрібнення використовується для вираження того, наскільки матеріал скоротився під час випробування.
Виразити дроблення.
Набряк
Набухання - це збільшення поперечного перерізу випробовуваного матеріалу. Пластичні матеріали більш схильні до набухання. Формалізується за допомогою:
Тест
Крихкі матеріали, як правило, є предметом випробувань на стиск. Характеристики стиснення жорстких пінопластів наведені в стандарті ISO 844 як приклад зі стандартів. У цьому стандарті вказані значення площі і форми поперечного перерізу, значення температури і вологості, а також очікувані результати випробувань зразків. Напруження вказані в кПа.
Значення еластичності при стисненні в стандарті наступне:
Тут σ_e - сила в кінці умовної пружної області, h_0 - початкова товщина матеріалу, а x_e - шлях, пройдений силою, що генерує напруження.
Нижче наведено декілька стандартів, розроблених для тестів на стиснення:
ASTM D575-91 - Стандартні методи випробування властивостей гуми при стисненні
ASTM E9-19 - Стандартні методи випробування металевих матеріалів на стиск при кімнатній температурі
TS EN ISO 14126 - Армовані волокнами пластикові композити - Визначення властивостей на стиск у плоскому напрямку
Опис техніки
Оцінка механічної поведінки зразка в умовах розтягування і стиснення може бути виконана для отримання основних даних про властивості матеріалу, які є критично важливими для проектування компонентів і оцінки експлуатаційних характеристик. Вимоги до значень міцності на розтяг і стиск, а також методи випробувань цих властивостей визначені в різних стандартах для широкого спектру матеріалів. Випробування можуть проводитися на механічно оброблених зразках матеріалу або на повнорозмірних чи масштабних моделях реальних компонентів. Ці випробування, як правило, проводяться з використанням універсальних механічних випробувальних приладів.
Випробування на розтяг - це метод визначення поведінки матеріалів при осьовому розтягуванні. Випробування проводяться шляхом закріплення зразка у випробувальній установці, а потім прикладання сили до зразка шляхом розведення траверс випробувальної машини. Швидкість руху траверс можна змінювати, щоб контролювати швидкість деформації зразка. Дані випробування використовуються для визначення межі міцності на розрив, межі текучості і модуля пружності. Вимірювання розмірів зразка після випробування також забезпечує зменшення площі і значення подовження для характеристики пластичності матеріалу. Випробування на розтяг можна проводити для багатьох матеріалів, включаючи метали, пластмаси, волокна, клеї та каучуки. Випробування можна проводити як при низьких, так і при високих температурах.
Випробування на стиск - це метод визначення поведінки матеріалів під дією стискаючого навантаження. Випробування на стиск проводять, завантажуючи зразок між двома пластинами, а потім прикладаючи силу до зразка, переміщуючи траверси разом. Під час випробування зразок стискається, і реєструється деформація в залежності від прикладеного навантаження. Випробування на стиск використовується для визначення межі пружності, межі пропорційності, межі текучості, межі текучості і (для деяких матеріалів) межі міцності на стиск.
Аналітична інформація
Міцність на стиск - Межа міцності на стиск - це максимальне стискаюче напруження, яке матеріал здатен витримати без руйнування. Крихкі матеріали руйнуються під час випробування і мають певне значення межі міцності на стиск. Межа міцності на стиск пластичних матеріалів визначається ступенем їх деформації під час випробування.
Межа еластичності - Межа пружності - це максимальне напруження, яке матеріал може витримати без постійної деформації після зняття напруги.
Подовження - Подовження - це величина постійного подовження зразка, який був зруйнований під час випробування на розтяг.
Модулі пружності - Модуль пружності - це відношення напруження (нижче межі пропорційності) до деформації, тобто нахил кривої "напруження-деформація". Вважається мірою жорсткості або жорсткості металу.
Пропорційне обмеження - Межа пропорційності - це найбільша величина напруження, яку матеріал здатен досягти без відхилення від лінійної залежності кривої "напруження-деформація", тобто без розвитку пластичної деформації.
Зменшення площі - Зменшення площі - це різниця між початковою площею поперечного перерізу зразка, що розтягується, і найменшою площею після руйнування після випробування.
Штам - Деформація - це величина зміни розміру або форми матеріалу під дією сили.
Точка виходу - Границя текучості - це напруга в матеріалі (зазвичай менша за максимально досяжну), при якій збільшення деформації відбувається без збільшення напруги. Лише певні метали мають межу текучості.
Врожайність - Межа текучості - це напруга, при якій матеріал демонструє задане відхилення від лінійної залежності між напруженням і деформацією. Для металів часто використовується відхилення 0,2%.
Гранична міцність на розрив - Межа міцності на розрив (UTS) - це максимальне напруження при розтягуванні, яке матеріал може витримати без руйнування. Вона розраховується шляхом ділення максимального навантаження, прикладеного під час випробування на розтягнення, на початкову площу поперечного перерізу зразка.
Типові застосування
Розтягнення та стиснення властивості сировини для порівняння зі специфікаціями продукту
Отримання даних про властивості матеріалу для скінченно-елементного моделювання або іншого проектування продукту для забезпечення бажаної механічної поведінки та експлуатаційних характеристик
Моделювання механічних характеристик компонентів в експлуатації
Зразок вимог
Стандартні випробування на розтягнення металів і пластмас проводяться на спеціально підготовлених зразках. Це можуть бути механічно оброблені циліндричні зразки або плоскі пластини (догбони). Випробувальні зразки повинні мати певне співвідношення довжини до ширини або діаметру в зоні випробування (калібр), щоб отримати повторювані результати і відповідати стандарту. метод випробування вимоги. Трубчасті вироби, волокна і дроти можна випробовувати на розтягнення в натуральну величину за допомогою спеціальних пристосувань, які сприяють оптимальному захопленню і визначенню місця руйнування.
Найпоширенішим зразком для випробування на стиск є правильний круглий циліндр з плоскими кінцями. Можуть використовуватися й інші форми, однак вони вимагають спеціальних пристосувань, щоб уникнути вигину. Спеціальні конфігурації для випробування компонентів або моделювання експлуатації залежать від конкретної випробувальної машини, яка буде використовуватися.
Різниця між обладнанням для випробування на розтяг і стиск
Під час випробувань на розтягнення випробувальна машина прикладає навантаження на розтягнення або силу, яка розтягує зразки, що випробовуються. У випадку випробувань на розтягнення пластмас, зразок розтягують для вимірювання міцності на розрив та інших властивостей, включаючи жорсткість і межу текучості. Існує кілька загальних галузевих стандартів, які забезпечують узгоджені методи випробувань на розтягнення пластмас. Стандарти ASTM D638 та ISO 527-2 мають схожу, але різну стандартизовану геометрію та розміри зразків для випробувань. Для проведення цих випробувань потрібні захвати для розтягування, які повинні захоплювати зразок і підлаштовуватися під нього в міру його розрідження в процесі випробування. Ці аксесуари відрізняються від пристосувань для стискання.
При випробуваннях на стиск випробувальна машина прикладає штовхаюче або стискаюче навантаження або зусилля, щоб стиснути зразок до тих пір, поки він не зламається або не сплющиться. Випробування на стиск полімерних конструкційних піноматеріалів охоплюють ASTM D1621 в якому вказано тип використовуваних компресійних пластин і прогиноміра. Зразок для випробування поміщають між компресійними пластинами до тих пір, поки комірчаста структура не зруйнується або не розірветься.
Універсальна випробувальна машина може виконувати випробування на розтягнення або стиснення. Траверсу можна використовувати для розтягування або стиснення зразка, який знаходиться між опорною плитою і рухомою головкою.
Пристосування для випробування на розтягнення, або захвати, і датчики деформації (відомі як екстензометри) не можуть виконувати випробування на стиск. Крім того, захвати для розтягування спеціально підібрані до кришки відповідно до точної геометрії та розмірів зразка для випробування. Пластини для випробування на стиск і прогиномір також здатні виконувати тільки випробування на стиск, тому в цьому випадку потрібні обидва набори аксесуарів.
Якщо ви хочете отримати більше інформації про цей продукт, будь ласка, не соромтеся звертатися до нас.