Методы определения прочности: разрушающий метод и неразрушающие методы контроля. Определение прочности

8. Прочность материалов. Выражение и определение прочности. Зависимость прочности от различных факторов.

Прочность – свойство материалов сопротивляться разрушению из-за возникающих в них внутренних напряжений.

Численной характеристикой этого свойства является предел прочности (временное сопротивление), который в строительном материаловедении обозначается R.

Предел прочности равен напряжению, вызывающему разрушение материала, поэтому для нахождения предела прочности необходимо определить напряжение, при котором материал разрушается.

Например, чтобы определить предел прочности при сжатии бетона, необходимо сначала вычислить площадь грани образца, на которую будет распределена нагрузка, а затем на испытательной машине (прессе) зафиксировать разрушающую нагрузку в кгс или ньютонах.

После этого подсчитывают напряжение, при котором разрушился образец, т.е. предел прочности при сжатии RСЖ

На результат при определении предела прочности материала влияет множество факторов. Например, предел прочности при сжатии малых образцов получается выше, чем образцов большего размера. Влияет на результат испытаний и форма образца. Например, более предпочтительна форма цилиндра по сравнению с формой кубика. С увеличением размеров образца, главным образом его высоты, влияние сил трения снижается, под нагрузкой образец разрушается от поперечного разрушения.

Предел прочности материалов – условная величина, которая зависит от множества причин. Это размеры и конфигурация образцов, их температура и влажность, скорость приложения нагрузки и т.д.

Методы определения прочностных показателей различных материалов подробно прописаны в соответствующих нормативных документах.

Коэффициент конструктивного качества (ККК) – это характеристика относительной прочности материала, т.е. предела прочности по отношению к плотности.

Чтобы плотность перевести в безразмерную величину, пользуются понятием относительная прочность (т.е. по отношению к плотности воды), МПа:

В строительстве используют различные строительные материалы, выбирая те, у которых высокая величина этого коэффициента, т.е. высокая прочность при малой плотности, например, стеклопластик (225 МПа), древесину (200 МПа), сталь (50-120 МПа), бетон (10-50 МПа), кирпич (5,5 МПа).

9. Прочность при ударе, твердость, истираемость материалов и их определение.

Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.

Твердость пластичных материалов, в частности металлов, наиболее часто определяют путем вдавливания в образец малодеформирующихся тел, изготовленных в виде шарика, конуса или пирамиды. В этом случае твердость характеризует свойство материала сопротивляться пластической деформации на поверхности образца.

Известен ряд способов определения твердости материалов посредством вдавливания твердого наконечника, например, метод Бринелля.

По этому методу в поверхность испытуемого образца вдавливается при заданной нагрузке шарик определенного диаметра из закаленной хромистой стали.

По результатам испытаний вычисляют число твердости учитывая нагрузку на шарик, площадь поверхности отпечатка, диаметр шарика, диаметр отпечатка.

Твердость хрупких материалов, например минералов или мономинеральных пород, можно характеризовать по условной десятибальной шкале Мооса, в которой в качестве эталонов принята твердость десяти минералов, расположенных по возрастающей твердости:

1 – тальк - 10 – алмаз.

Испытуемый материал имеет число твердости между эталонными минералами шкалы Мооса, из которых один чертит данный материал, а другой сам чертится испытуемым материалом.

Чем выше твердость материалов, тем больше сопротивление истиранию.

Истираемость – способность материала истираться тонкими слоями при трении его о другой, более твердый материал.

Сопротивление материала истиранию определяют на специальных машинах (кругах истирания) и выражают потерей массы образца, отнесенной к площади истирания.

Истираемость И, г/см2 вычисляют по формуле:

где - масса образца до и после испытания, г; F – площадь истирания, см2.

studfiles.net

Цель работы:

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова»

Бийский технологический институт (филиал)

Беляев В.Н., Фирсов А.М.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Технологические процессы в машиностроении» для студентов специальности 150100 «Технология машиностроения»

В.Н. Беляев, А.М. Фирсов Определение качества изделия: Методическое указание к выполнению лабораторных работ по курсу «Технологические процессы в машиностроении» для студентов специальности 150100 «Технология машиностроения»

Алтайский гос. Техн. Ун-т И.И. Ползунова, БТИ.- Бийск: Изд-во Алт. Гос. Техн. Ун-та, 2007.- 20 с.

Рассмотрены на заседании кафедры металлорежущих станков и инструментов БТИ АлтГТУ Протокол №_______________

Рецензент: к.т.н., доцент Падюков К.Н.

Изучить основные способы определения показателей качества изделия.

Задачи работы:

1. Ознакомится с методами определения прочности, ударной вязкости, твёрдости изделия.

2. Ознакомится с основными геометрическими показателями качества поверхности.

3. Ознакомиться с некоторыми видами оборудования, предназначенными для определения качества изделия.

4.Определить износостойкость поверхности изделия.

5. Оформить отчёт о проделанной работе.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ

Качество изделия - совокупность её свойств, обусловливающих способность выполнять своё служебное назначение.

Качество изделия в машиностроении зависит от свойств материала, из которого изготовлено изделие (механические, физико-химические, технологические и эксплутационные), геометрических показателей поверхности и формы изделия (шероховатость, волнистость, опорная площадь неровностей, отклонение формы в продольном и поперечном сечениях и др.).

Определение прочности материала

Прочность материала определяют, в зависимости от вида нагружения изделия, испытанием на растяжение, на сжатие, изгиб, кручение. Наиболее широко распространённым методом определения прочности материала является испытание на растяжение.

Для статических испытаний изготовляют обычно круглые образцы 1 (рисунок 1) испытуемого металла или плоские 2 для листовых материалов. Образцы состоят из рабочей части и головок, предназначенных для закрепления их в захватах разрывной машины. Расчетная длина l0 берется несколько меньше рабочей длины l1. Размеры образцов стандартизованы. Диаметр рабочей части нормального круглого образца 20 мм. Образцы других размеров называются пропорциональными.

Растягивающее усилие создает напряжение в испытуемом образце и вызывает его удлинение; когда напряжение превзойдет прочность образца, он разрывается.

Рисунок 1 - Образцы для испытания на растяжение

На рисунке 2 приведена диаграмма растяжения мягкой стали, построенная в системе прямоугольных координат. По оси ординат откладывается усилие Р, Н (кгс), по оси абсцисс — деформация (абсолютное удлинение образца , мм). Эта диаграмма получается при медленном увеличении растягивающего усилия вплоть до разрыва испытуемого образца. Напряжение ()в любой точке диаграммы может быть определено путем деления усилия Р на площадь поперечного сечения Fo, м2 (мм2), образца до испытания.

На диаграмме можно отметить несколько характерных точек. Участок ОА является отрезком прямой и показывает, что до точки А удлинение образца пропорционально нагрузке: каждому приращению нагрузки соответствует и одинаковое приращение деформации. Такая зависимость между удлинением образца и приложенной нагрузкой называется законом пропорциональности.

Рисунок 2 - Диаграмма растяжения

При дальнейшем нагружении образца наблюдается отклонение от закона пропорциональности: на диаграмме появляется криволинейный участок. До точки В деформации образца упругие.

Точкой С на диаграмме отмечено начало горизонтальной площадки, которая показывает, что образец удлиняется без увеличения нагрузки: металл как бы течет. Наименьшее напряжение, при котором без заметного увеличения нагрузки продолжается деформация образца, называется физическим пределом текучести. Предел текучести т, Па (кгс/мм2), определяется по формуле

т = PС/F0,

где РС — нагрузка в точке С.

Текучесть характерна только для низкоуглеродистой отожженной стали и для латуни некоторых марок. Стали с большим массовым содержанием углерода, алюминиевые сплавы и другие металлы не имеют площадки текучести на диаграмме растяжения. Для таких металлов определяют условный предел текучести 0,2, Па, при котором растягиваемый образец получает остаточное удлинение, равное 0,2 % своей расчетной длины,

0,2= Р0,2/ F0

Точка D показывает наибольшую нагрузку, которую может выдержать образец. Условное напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением разрыву (пределом прочности) В, Па (кгс/мм2) и определяется по формуле

В= РMAX/ F0

где РMAX — нагрузка в точке D.

До точки D удлинение образца и сужение его поперечного сечения происходит равномерно по всей длине рабочей части. По достижении точкиD деформация образца сосредоточивается в месте наименьшего сопротивления и дальнейшее удлинение протекает за счет образования шейки, по которой происходит разрыв образца при нагрузке РК.

При разрыве упругая деформация уп исчезает (упругая деформация в любой точке кривой будет соответствовать отрезку, отсекаемому на оси абсцисс нормалью этой точки и прямой, проведенной из этой точки и параллельной отрезку 0А), и абсолютное остаточное удлинение ост сложится из удлинения равномерного и удлинения местного, т. е.

ост = +.

На рисунке 3, а приведен круглый образец из мягкой стали до испытания. Расчетная длина образца по рисунку разделена на 10 равных частей. На рисунке 3, б приведен тот же образец после разрыва. По разметке видно, что удлинение в области шейки значительно больше, чем в других частях расчетной длины.

Рисунок 3 - Образцы подвергаемые растяжению

Для оценки пластичности металла важно знать относительное удлинение и относительное сужение площади поперечного сечения(в процентах).

Относительное удлинение (%) определяют по формуле

где l1 — длина образца после разрыва, мм; l0 — расчетная длина образца, мм

Относительное сужение (%) определяют по формуле

где F0 — начальная площадь поперечного сечения образца, мм2; F1 — площадь в месте разрыва, мм2.

У хрупких металлов относительное удлинение и относительное сужение близки к нулю; у пластичных металлов они достигают нескольких десятков процентов. Модуль упругости Е, Па (кгс/мм2) — отношение напряжения в металле при растяжении к соответствующему относительному удлинению в пределах упругой деформации (отрезок ОВ на диаграмме растяжения):

Е = .

Модуль упругости характеризует жесткость металла, его сопротивление деформации.

Таким образом, при статическом испытании на растяжение определяют характеристики прочности, упругости и пластичности.

studfiles.net

Определение прочности на сжатие.

Прочность на сжатие определяют на любой испытательной машине, позволяющей измерять нагрузку с точностью до 1%. Образцы для испытания выпиливают из испытуемой плиты в виде кубиков с размерами (50×50×50)±0.5мм., температура испытания 20±2оС. В помещении с указанной температурой образцы выдерживают перед испытанием не менее 16часов. Подготовленный образец строго центрируют по отношению к оси приложенной нагрузки.

Скорость относительной деформации принимают в пределах 1-5% в 1мин, что соответствует скорости сближения опорных плит испытательной машины 0.2-1мм/мин. Разрушающую нагрузку (Р, кгс) фиксируют при 10% линейной деформации образцов. Предел прочности на сжатие, МПа, определяют по формуле:

где S – площадь поперечного сечения образца, см2.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое из трех-пяти определений.

Контрольные вопросы.

Что такое теплоизоляционные материалы. Каковы их основные характеристики?
Как классифицируются теплоизоляционные материалы по виду сырья, структуре, форме?
Приведите примеры неорганических и органических теплоизоляционных материалов.
По какому показателю назначается марка теплоизоляционного материала. Приведите примеры.
Что такое минеральная вата? Перечислите изделия из минеральной ваты.
Как определить марку теплоизоляционного материала и его теплопроводность?
Что такое пенополистирол?
Как оценить качество пенополистирола?
Как зависит теплопроводность от плотности и влажности?

Глава13.

Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы – это многокомпозитные составы, наносимые в вязко-жидком виде тонкими слоями на поверхность, образующие тонкую, прочную пленку. Это многофункциональные материалы, выполняющие декоративную, защитную, гигиеническую, специальную (огнезащитные, жароупорные, радиационностойкие составы) роль. По составу краски относят к композитным материалам и включают: связующее вещество (матрица), пигменты, наполнители,

Связующие вещества – одна из главнейших составных частей красок, по которой им дают назване: масляные, клеевые, известковые, цементные, полимерные и т.д.

Пигменты – цветные тонкоизмельченные минеральные или органические вещества, не растворимые в воде и органических растворителях, но способные равномерно смешиваться с ними, образуя красочные составы. Природные минеральные пигменты получают из цветных горных пород, например, мел, охра, сурик железный, графит. Искусственные пигменты получают при химической переработке минерального (окись хрома, свинцовый сурик, ультрамарин) или органического сырья.

Наполнители – тонкомолотые порошки, добавляемые в красочный состав для придания прочности, специальных свойств, с целью экономии пигмента. В качестве наполнителя используют каолин, молотый тальк, песок, асбестовую пыль, различные пылевидные горные породы.

Таблица 13.1

studfiles.net

Определение прочности при изгибе и сжатии образцов – балочек

Для испытания изготавливают 3 образца – балочки размерами 40х40х160 мм, которые испытывают в возрасте 28 суток. Собранную и смазанную форму с поддоном и насадкой закрепляют на горизонтальной площадке встряхивающего столика, заполняют формы растворной смесью на половину их высоты, разравнивают, уплотняют десятью легкими нажимами шпателя и встряхивают 30 раз. После этого укладывают второй слой на всю высоту (с избытком), уплотняют и встряхивают. Избыток смеси срезают и заглаживают поверхность.

При изготовлении образцов в формах без поддона формы с насадкой, предварительно смазанные, устанавливают на два кирпича одинаковой высоты, покрытых смоченной водой газетой. Используют обыкновенный керамический кирпич с влажностью ≤ 2%, водопоглощением по массе ≥ 10%. Формы заполняют в один прием, уплотняют штыкованием (25 раз) стальным стержнем Д=10…12 мм и снимают насадку. Когда поверхность смеси станет матовой вследствие отсоса из нее воды, избыток смеси срезают влажным ножом и заглаживают поверхность. Распалубку производят через сутки. Условия хранения образцов, как было сказано ранее, зависит от вида вяжущего. Через 28 суток образцы подготавливают к испытанию следующим образом: образцы воздушного хранения очищают от пыли, хранившиеся в воде - протирают влажной тряпкой. Затем образцы измеряют, определяют объем с точностью до 1 см3, взвешивают с точностью до 0,5 % и вычисляют среднюю плотность (см. гл. 1). Предел прочности образцов – балочек на изгиб определяют на приборе МИИ-100, а на сжатие - испытанием половинок балочек на гидравлическом прессе. Методика проведения испытания такая же, как при определении прочности цемента (см.гл.4).

Определение предела прочности образцов – кубов

Для определения прочности изготавливают несколько серий образцов кубов (на каждый срок), в каждой серии - 3 образца. Используют формы с поддонами или без поддонов. Собранную и смазанную форму заполняют растворной смесью в два приема слоями по 4 см. Уплотнение производят 12 нажимами шпателя. Избыток смеси срезают влажным ножом и заглаживают поверхность. Хранение образцов-кубов и подготовку их к испытанию проводят аналогично образцам балочкам. Предел прочности при сжатии Rсж, кгс/см2 определяют по формуле (см. гл. 1).

При проведении со студентами лабораторных работ по данной теме производят приготовление растворной смеси, определение ее подвижности, а затем – марки раствора по прочности. Результаты заносят в журнал для лабораторных работ.

Контрольные вопросы.

Что такое строительный раствор?
Назовите основные виды растворов.
Как определить подвижность растворной смеси?
Что такое марка раствора и как ее определяют.

Глава 8. Металлические материалы

8.1 Классификация металлов и сплавов

Металлы – это кристаллические вещества, характеризующиеся рядом специфических свойств такими, как электо-теплопроводность, блеск, способность хорошо отражать электромагнитные волны, высокие технологические свойства. Свойства металлов обусловлены их строением: в кристаллической решетке имеются свободные электроны, которые могут свободно перемещаться. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы. В технике применяют, как правило, не чистые металлы, а сплавы, т.к. они обладают по сравнению с чистыми металлами более высокой прочностью, лучше подаются разным видам обработки.

Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов с неметаллами. Составляющие сплавов называются компонентами. Различают следующие виды сплавов:

механические смеси, состоящие из смеси кристаллов компонентов;
однородные растворы, полученные при затвердевании расплавов;
химические соединения, образовавшиеся при химическом взаимодействии компонентов.

Наука, изучающая состав, строение, свойства металлов и сплавов, изменение их свойств под влиянием различных воздействий, называется металловедением. Металлы имеют кристаллическое строение, при затвердевании они образуют геометрически правильные системы – кристаллические решетки различных модификаций (рис 8.1). Процесс кристаллизации имеет некоторые особенности. Атомы металлов являются положительно заряженными ионами, которые непрерывно колеблются около положения равновесия. С повышением температуры амплитуда колебаний увеличивается, кристаллы расширяются, а при температуре плавления колебания настолько усиливаются, что кристаллическая решетка разрушается. Кристаллы анизотропны, имеют неодинаковые свойства по разным направлениям, что объясняется различным числом атомов решетки в разных сечениях. Различают первичную и вторичную кристаллизацию металлов. Первичная кристаллизация – образование кристаллической структуры в металлах и сплавах при переходе из жидкого состояния в твердое. Вторичная кристаллизация – это изменение кристалического строения металлов в твердом состоянии, это так называемая аллотропия металлов и сплавов.

Характерными физическими свойствами металлов являются: цвет, плотность, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширяемость при нагревании. К химическим свойствам относятся: окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость, жароупорность и другие. Основные механические свойства: прочность на растяжение, твердость, ударная вязкость, усталость и т.д. Для исследования и испытания металлов и сплавов используют следующие методы:

Химический анализ устанавливает наличие химических элементов в металле и сплаве.
Макроанализ – изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или в лупу. Позволяет обнаружить усадочные раковины, пустоты, трещины, неметаллические включения, наличие вредных примесей (серы, фосфора).
Микроанализ – изучение структуры металлов с помощью микроскопа. Позволяет определить структурные составляющие металлических сплавов, наблюдать расположение фаз, их форму и размеры.
Термический анализ сводится к определению критических точек при нагревании и охлаждении с построением кривых «температура – время».
Рентгенографический анализ основан на различной степени поглощаемости рентгеновских лучей металлом и сплавом: сильнее – сплошным металлом, меньше там, где находятся газовые и шлаковые включения, трещины. Все это фиксируется на экране или фотоснимках.
Ультразвуковая дефектоскопия основана на различной скорости прохождения ультразвука, позволяет обнаружить инородные включения, раковины, трещины.
Механические испытания, подразделяются на статические и динамические. При статических испытаниях металл подвергается действию постоянной силы или силы, возрастающей медленно. При динамических испытаниях металл подвергается действию ударов или быстро возрастающей силы.

Применяемые в строительстве металлы делят на две группы: черные и цветные. Черные металлы (чугун и сталь) – это сплавы железа с углеродом. В стали содержание углерода составляет до 2,14%, в чугуне – 2,14…6,67%. Цаетные металлы делят по плотности на легкие (ρ<3 г/см3) и тяжелые (ρ>3 г/см3). Наибольшее применение в строительстве получили стали. Это каркасы промышленных и гражданских зданий, конструкций мостов, эстакад, труб и др. сооружений, арматура для железобетона. В современном строительстве расширяется область применения цветных металлов – это конструкции из алюминиевых сплавов, архитектурно-строительные детали, обладающие высокой коррозионной стойкостью и декоративностью. По назначению металлы делят на конструкционные, инструментальные, специальные.

Изучение и исследование металлов проводится группами студентов из 2-3 человек на образцах железоуглеродистых сплавов. Построение кривой охлаждения, назначение режима термической обработки производится для заданного преподавателем сплава по диаграмме состояния Fe – Fe3C. Результаты работ оформляются в специальном журнале в виде таблиц, графиков, рисунков, проводится их анализ и делаются выводы.

а б в

Рис. 8.2. Основные виды элементарных ячеек кристаллических решеток

studfiles.net

4.4.3 Метод определения предела прочности при одноосном растяжении

Определение предела прочности при растяжении осуществляется косвенным методом. Сущность метода заключается в определении максимальной разрушающей силы, приложенной перпендикулярно к оси образца породы цилиндрической формы, в результате чего в образце возникают растягивающие напряжения, приводящие к его разрушению в плоскости предельного сечения.

Образец цилиндрической формы, диаметром 40…50 мм устанавливают так, что ось его параллельна плоскостям пресса (рисунок 4.29) и прикладывают силу Р. После разрушения образца измеряют размеры поверхности разрушения в двух направлениях: вдоль образующей h и диаметра d.

Предел прочности при растяжении определяется по формуле

, (4.45)

где d – диаметр образца, м;

h – высота образца, м;

Pmax– разрушающая сила, Н.

Рисунок 4.29 – Испытание на растяжение: 1 – образец; 2 – плиты пресса; 3 – проекция плоскости разрушения

Результаты испытания применяются при построении паспорта прочности.

4.4.4 Метод определения предела прочности при срезе

Сущность метода заключается в определении максимального разрушающего касательного напряжения при действии на образец пород срезающих и нормальных сжимающих нагрузок в матрицах испытательного устройства.

Заготовки для образцов получают выбуриванием из проб керна диаметром 44 мм или обтачиванием на токарном станке до нужного диаметра. Образцы должны быть с явно выраженной слоистостью или упорядоченной трещиноватостью. Высота образца равна диаметру. Торцевые и боковые поверхности тщательно шлифуются специальным порошком.

Образец 1 помещается в специальное устройство, состоящее из трех пар сменных матриц 2 с углом наклона α = 300; 45 и 600, пара бронзовых разрезных цилиндрических обойм – вкладышей 3 с внутренним диаметром 44 мм, две плиты 4 и ролики 5 (рисунок 4.30).

Боковую поверхность образца оборачивают медной фольгой, устанавливают образец во вкладыши, устанавливают верхнюю матрицу, затем роликовую опору, располагая оси роликов параллельно срезающей кромке матриц. Устанавливают устройство между плитами пресса и нагружают силой до разрушения образца.

Нормальное давление на плоскость среза

, (4.46)

где Рmax– вертикальная разрушающая нагрузка, Н;

α – угол между плоскостью среза и направлением действия силы;

d – диаметр образца, м;

h – высота образца, м.

Рисунок 4.30 – Приспособление для испытания на срез

Предел прочности при срезе, соответствующий определенному нормальному давлению

(4.47)

По результатам строят предельную кривую прочности горных пород при срезе в зависимости от нормального давления, действующего на плоскость среза, в координатах σ и τ (рисунок 4.31). По оси абсцисс откладывают для каждого из углов наклона матриц α значения нормальных давлений, а по оси ординат соответствующие им значения пределов прочности породы при срезе. Кривая представлена на рисунке, где τо– предел прочности при чистом сдвиге.

Рисунок 4.31 – Предельная кривая прочности горных пород при срезе

4.4.5 Метод определения предела прочности при изгибе

Образцы получают из проб керна, диаметром 90…100 мм. От полученных заготовок отрезают с помощью камнерезной машины диски толщиною 10 ± 1 мм.

Образец 1 устанавливают на опорное кольцо 2, а сверху ставят на него кольцевой пуансон 3 (рисунок 4.32), прикладывают силу и определяют разрушающую нагрузку.

Предел прочности при изгибе определяют по формуле

, Па, (4.48)

где Рmax– максимальная разрушающая сила, Н;

h – толщина образца, м.

Рисунок 4.32 – Схема установки для испытания на изгиб

studfiles.net

разрушающий метод и неразрушающие методы контроля

Прочность – это способность материала, деталей машин, элементов строительных конструкций и т. д., сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим под действием внешней нагрузки. В данной статье обязательно еще поговорим о внутренних напряжениях, как они определяются и какими должны быть, чтобы прочность материала, была обеспечена. В рамках данной статьи, я расскажу более подробно о том, что такое прочность, какие существуют виды и способы расчета на прочность при простейших видах деформации: растяжении и сжатии, кручении и изгибе. Расскажу о понятии – «коэффициент запаса прочности». Дам информацию по теориям прочности и современным способам расчета деталей и конструкций на прочность с помощью ЭВМ, в частности, программных продуктов для решения инженерных задач CAE.

Что такое прочность?

Ответ на этот вопрос неоднозначен и нужно рассмотреть несколько аспектов, чтобы понять ее природу. Прежде всего, это свойство твердого тела, характеризующее его способность противодействовать разрушению, под действием внутренних напряжений, возникающих от действия внешней нагрузки.

Природа прочности в физическом понимании, основана на силе микро взаимодействия между атомами и ионами, из которых состоит любой элемент и обусловлена не столько самим материалом, сколько типом напряжения, воздействующего на него (растяжение, изгиб, сжатие или кручение), а также условиями эксплуатации (температура, влажность).

При проведении испытаний на статические нагрузки, прочность измеряется тестированием шаблонных образцов (прямоугольной или круглой формы) с построением диаграммы, которая показывает зависимость напряжения и деформации образца. При построении такого графика определяются важные прочностные характеристики материала: предел текучести, предел упругости и предел прочности (временное сопротивление).

Специальные расчеты, такие, как выявление предельных напряжений под влиянием постоянных нагрузок, и расчет усталостной нагрузки под воздействием циклических нагрузок, показывают насколько прочен определенный материал.

Существует понятие общей прочности, которое означает устойчивость к разрушению всей системы связей, в целом. Ее нарушение приводит к поражениям различного рода, характер их может иметь хрупкую или вязкую природу. При хрупкости, любая поверхность теряет свою целостность, появляются надломы, трещины. При вязких состояниях поверхность натягивается, имеет вяжущую структуру. Наиболее прочные структуры имеют минимальные показатели пластичности и вязкости, хотя на эти свойства может оказывать серьезное влияние температурный режим, например, при более низких температурах некоторые сплавы металлов становятся более прочными.

Методы определения прочности материалов

На практике применяют два метода определения прочности изделий, с их помощью осуществляется контроль качества как отдельных элементов, так и уже готовых конструкций.

Разрушающий метод

Разрушающий метод — обнаружение предельно допустимых базовых способностей объекта, с применением испытаний на контрольных образцах, до абсолютного разрушения последних. Проводится данное тестирование путем выделения ряда образцов, произведенных по аналогичной технологии и из тех же составляющих компонентов, отбор производится как из готового сооружения или изделия, так и специально изготавливается для тестирования.

Такой метод обладает наибольшей достоверностью и результаты, полученные при его выполнении максимально, подлинно отражают физические свойства материала, но на практике такой анализ требует дополнительных затрат и не всегда имеется возможность его провести.

Неразрушающие методы контроля

Второй способ — это неразрушающие испытания, которые позволяют сохранить рабочие характеристики объектов в неизменном виде, без каких-либо конструктивных изменений, что удобно при инспекции готовых конструкций.

Неразрушающие методики основаны на определении параметров, но только косвенным образом, и проводятся несколькими способами:

Капиллярный

Производится капиллярное проникновение жидкостей или газов в полости исследуемых элементов, затем регистрируются индикаторные следы либо при помощи преобразователя, либо визуально. Таким образом, обнаруживаются поверхностные и сквозные дефекты, однако, это требует больших временных затрат, особенно при тщательных осмотрах поверхности с применением инструментов увеличения (дефектоскопа).

Механическая проверка

Существует несколько вариантов осуществления анализа локальных разрушений объекта — это отрыв со скалыванием, ультразвуковое анализирование, воздействие ударного импульса, упругий отскок, пластическая деформация. Каждый способ проверки обладает как достоинствами, так и ограничениями в применении. Единственный эталонный и для которого в ГОСТе закреплены градуированные зависимости — это метод отрыва со скалыванием, в основном, он применяется для бетона.

Магнитный (магнитопорошковый)

Применяется магнитный индикатор для конструкций, изготовленных из сталей ферромагнитного типа, ограничен формой плоскости намагничивания и не может использоваться для неферромагнитных соединений.

Акустический — резонансный

Определяет колебания упругости образца и частоту продольных или изгибных колебаний, основной плюс такой проверки — это обнаружение дефектов, находящихся еще только в стадии развития (от десятых долей миллиметра), но для качественного проведения такого изучения необходимо дорогостоящее оборудование.

Радиационный

Проводится рентгеновским аппаратом, в основном используется для установления внутренних деформаций соединений, которые получены посредством сварки (непровары, поры, шлаковые включения, трещины).

Тепловой

Делается с помощью тепловизора, выявляются места проходимости тепла, протечек, нарушений изоляционных покрытий, участков нагрева электрических контактов, но на корректность измерений влияют погодные условия, при проведении не всегда удается исключить такие влияния.

Вихретоковый

Используется вихретоковый дефектоскоп, обнаруживает поверхностные повреждения и изъяны, находящиеся на небольших глубинах (глубина -1 – 4 мм), но ограниченно, только в токопроводящих изделиях.

Оценивая все вышеописанные методики, можно сделать вывод, что прочность должна измеряться способом, наиболее подходящим к конкретному исследуемому объекту и при обязательном учете влияния факторов внешней среды, в которой он эксплуатируется.Важнейшая задача современных производств — это улучшение прочности любых конструкций, она решается включением легирующих элементов в сплавы, радиоактивным облучением, использованием армирующих и композиционных материалов, термической и механической обработкой.

sopromats.ru

Определение - прочность - материал

Cтраница 1

Определение прочности материалов и конструкций связано с доведением их до предельного состояния - разрушения. Однако последние достижения в области физики твердого тела, электроники, математики позволяют оценить прочность изделия не разрушая его. Это достигается установлением эмпирических связей между прочностью и комплексом физических параметров, которые можно определять непосредственно в изделии, не разрушая его структуры. [1]

Для определения прочности материала ( в виде специально изготовленных образцов круглого или прямоугольного сечения определенных размеров) проводят испытания на растяжение и сжатие. При испытании на растяжение образец зажимают в захваты испытательной машины и нагружают вдоль оси возрастающей силой Р до разрыва образца. [3]

Метод определения прочности материалов при растяжении основан на измерении величины разрушающей силы при растяжении образца постепенно увеличивающейся нагрузкой. [4]

При определении прочности материала в изделии про-звучивание производят тем же прибором, которым испытывались контрольные образцы, и, пользуясь тарировоч-ными кривыми, находят их прочность. [5]

Какие схемы испытаний используются для определения прочности материалов при сжатии, изгибе, растяжении. [6]

Большое значение имеют также результаты по определению прочности материалов при наличии концентраторов напряжений, а также сварных, паяных и клепаных соединений. [7]

Вероятность имеет важнейшее значение и при определении прочности материалов. На основе статистического анализа многих данных научные учреждения устанавливают определенный минимум прочности материала - так называемое расчетное сопротивление. Это - как раз величина RQ, та самая прочность, которую должны показать образцы из Стали 3 при контрольных испытаниях. [8]

Испытания на разрыв применяются главным образом для определения прочности материала на разрыв при растяжении. Такое тестирование обеспечивает данные для исследований, разработок и инженерных решений, а также для контроля качества и технических характеристик. [9]

Какие формы образцов и схемы испытаний используются для определения прочности материалов при сжатии, изгибе, растяжении. [10]

Общий вывод заключается в том, что при определении прочности материала для расчета конструкций следует испытывать композит, а не само волокно. Сравнение с данными, полученными при испытании стренг, свидетельствует об эффективности метода их получения. Для определения истинного напряжения волокна в момент разрушения требуется детальный анализ напряжений. [11]

Испытание прочности материала в изделиях сводится к построению тарировочного графика и определению прочности материала с помощью этого графика по результатам прозвучивания изделия одним из импульсных ультразвуковых приборов, указанных выше. [12]

Если необходимо определить прочность материала катализатора, можно ограничиться испытанием целых шариков диаметром от 3 0 до 4 0 мм; этот метод можно назвать определение прочности материала катализатора. Когда важно знать прочность какой-нибудь пробы, необходимо испытывать данную пробу, и можно его назвать определение прочности пробы. Естественно, в последнем случае сходимость результатов испытания будет ниже, чем при испытании узкой фракции, вследствие того, что проба состоит из шариков разного диаметра. [13]

Чтобы получить характеристику механических свойств того или иного материала, последний подвергают механическим испытаниям. Одним из способов определения прочности материала является испытание на растяжение. [15]

Страницы: 1 2