Предел прочности при растяжении и на разрыв материала – что это такое, в чем измеряется текучесть металла и временное сопротивление стали

Расчетное сопротивление бетона сжатию: осевое сжатие, испытание бетона разрушающим и неразрушающим методами. От чего зависит данный показатель? Фото и видео.

Величины предела прочности

Статический предел прочности

Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).

Динамический предел прочности

Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Предел прочности на сжатие

Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.

Предел прочности на растяжение

Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)

Вы здесь

 Предел прочности при сжатии

Предел прочности при сжатии (σв. сж.) – максимальное сжимающее напряжение, которое материал способен выдержать, определяется относительно первоначальной площади поперечного сечения. Если материал разрушается при сжатии изломом или трещиной, предел прочности при сжатии имеет определенное значение. Если материал не разрушается при сжатии, значение предела прочности при сжатии зависит от степени искажения образца, которое оценивается как признак отказа материала.

Предел прочности при сжатии измеряется:

1 кгс/мм2 = 10-6 кгс/м2 = 9,8·106 Н/м2 = 9,8·107 дин/см2 = 9,81·106 Па = 9,81 МПа.

Предел прочности при сжатии
Материал σв. сж.
кгс/мм2 107 Н/м2 МПа
 Металлы
Чугун белый до 175 до 172 до 1717
Чугун серый мелкозернистый до 140 до 137 до 1373
Чугун серый обыкновенный 60-100 58,9-98,1 589-981
 Пластмассы
Аминопласт слоистый 10 9,8 98
Асботекстолит 12,5-30,7 12,3-30,1 123-301
Винипласт 8-16 7,8-15,7 78-157
Гетинакс 15-18 14,7-17,7 147-177
Древесно-слоистый пластик ДСП-Б (длинный лист) 15,5 15,2 152
Древесный коротковолнистый волокнит К-ФВ25 12,9 12,7 127
Капрон стеклонаполненный 12 11,8 118
Пенопласт плиточный 0,150 0,147 1,47
Пенопласт ФК-20 0,1 0,098 0,98
Полиакрилат (оргстекло) 7 6,9 69
Полиамид наполненный П-68 9,5-10 9,3-9,8 93-98
Полиамид стеклонаполненный СП-68 11 10,8 108
Поливинилхлорид неориентированный 5,3-6,0 5,2-5,9 52-59
Поликапроамид 6,8-8,0 6,7-7,8 67-78
Поликапроамид стеклонаполненный 12-13 11,8-12,9 118-129
Поликарбонат (дифион) 8-9 7,8-8,8 78-88
Поликарбонат стеклонаполненный 13,3 13 130
Полипропилен ПП-1 6 5,9 59
Полипропилен стеклонаполненный 4,9 4,8 48
Полистирол стеклонаполненный 9,8-11,9 9,6-11,7 96-117
Полистирол эмульсионный А 10 9,8 98
Полиформальдегид стабилизированный 13 12,7 127
Полиэтилен высокого давления П-2006-Т 1,25 1,23 12,3
Полиэтилен низкого давления П-4007-Э 2,50 2,45 24,5
Сополимер МСН-А 8,9-9,1 8,8-8,9 88-89
Стекло органическое ПА, ПБ, ПВ 12-16 11,8-15,7 118-157
Стеклотекстолит 30 29,4 294
Текстолит графитированный 20 19,6 196
Текстолит металлургический 20 19,6 196
Текстолит ПТК 15-25 14,7-24,5 147-245
Фаолит А 4 3,9 39
Фенопласт текстолитовый 10-26 9,8-25,5 98-255
Фторопласт 3 2,0-5,7 1,96-5,60 19,6-56,0
Фторопласт 4 1,20 1,18 11,8
Целлон 16 15,7 157
Целлулоид 5-7 4,9-6,9 49-69
 Дерево
Дуб (при 15 % влажности) вдоль волокон 5 4,9 49
Дуб (при 15 % влажности) поперек волокон 1,5 4,5 15
Сосна (при 15 % влажности) вдоль волокон 4 3,9 39
Сосна (при 15 % влажности) поперек волокон 0,5 0,5 4,9
 Минералы
Графит 1,6-3,8 1,57-3,73 15,7-37,3
 Различные материалы
Бакелит 8-10 7,8-9,8 78-98
Бетон 0,5-3,5 0,49-3,43 4,9-34,3
Гранит 15-26 14,7-25,5 147-255
Кирпич 0,74-3 0,73-2,94 7,3-29,4
Лед (0 °С) 0,1-0,2 0,1-0,2 0,98-1,96

 Литература

  1. Справочник по элементарной физике / Н.Н. Кошкин, М.Г. Ширкевич. М., Наука. 1976. 256 с.
  2. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М., Атомиздат. 1976, 1008 с.

Предел прочности

ПП – будем использовать это сокращение, а также можно говорить об официальном сочетании «временное сопротивление» – это максимальная механическая сила, которая может быть применена к объекту до начала его разрушения. В данном случае мы не говорим о химическом воздействии, но подразумеваем, что нагревание, неблагоприятные климатические условия, определенная среда могут либо улучшать свойства металла (а также дерева, пластмассы), либо ухудшать.

Ни один инженер не использует при проектировании крайние значения, потому что необходимо оставить допустимую погрешность – на окружающие факторы, на длительность эксплуатации. Рассказали, что называется пределом прочности, теперь перейдем к особенностям определения.

Другие прочностные параметры

Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».

Прочностные особенности некоторых материалов

Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.

У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и предела прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.

Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.

Некоторые значения прочности на растяжение σ0{displaystyle sigma _{0}}sigma _{0} в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²)[1]:

Материалы σ0{displaystyle sigma _{0}}sigma _{0}, МПа σ0/E{displaystyle sigma _{0}/E}sigma _{0}/E
Бор 5700 0,083
Графит (нитевидный кристалл) 2401 0,024
Сталь 60С2А рессорно-пружинная 1570 (после термообработки) 0,0074
Сапфир (нитевидный кристалл) 1500 0,028
Железо (нитевидный кристалл) 1300 0,044
Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали 420 0,02
Тянутая проволока из вольфрама 380 0,009
Стекловолокно 360 0,035
Сталь Ст0 обыкновенного качества 300 0,0017
Нейлон 50 0,0025

Усталость стали

Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.

Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.

Прочность бетона на сжатие

Испытание бетона на сжатие в УТМ

Для проектировщиков прочность на сжатие — одно из важнейших инженерных свойств бетона . Стандартной производственной практикой является классификация бетона по маркам. Этот класс — не что иное, как прочность на сжатие бетонного куба или цилиндра. Образцы куба или цилиндра обычно испытываются на машине для испытаний на сжатие, чтобы определить прочность бетона на сжатие. Требования к испытаниям различаются от страны к стране в зависимости от кода конструкции. Использование компрессометра является обычным явлением. Согласно индийским нормам, прочность бетона на сжатие определяется как:

Прочность на сжатие бетона даются в терминах характеристической прочности при сжатии 150 кубов размера мм испытанных через 28 дней (FCK). В полевых условиях испытания прочности на сжатие также проводятся временно, то есть через 7 дней, чтобы проверить ожидаемую прочность на сжатие, ожидаемую через 28 дней. То же самое делается для предупреждения о неисправности и принятия необходимых мер предосторожности. Характеристикой прочности определяется как прочность на бетон , ниже которого не более 5% результатов испытаний , как ожидается , падать.

Для целей проектирования это значение прочности на сжатие ограничивается делением на коэффициент запаса прочности, значение которого зависит от используемой философии проектирования.

Строительная промышленность часто участвует в широком спектре испытаний. Помимо простых испытаний на сжатие, стандарты испытаний, такие как ASTM C39, ASTM C109, ASTM C469, ASTM C1609, входят в число методов испытаний, которым можно следовать для измерения механических свойств бетона. При измерении прочности на сжатие и других свойств материала бетона в зависимости от выполняемой процедуры может быть выбрано испытательное оборудование, которым можно управлять вручную или с сервоуправлением. Некоторые методы тестирования определяют или ограничивают скорость загрузки определенным значением или диапазоном, тогда как другие методы запрашивают данные на основе процедур тестирования, выполняемых с очень низкой скоростью.

Подготовка образцов к испытанию

Перед испытанием монолитный кирпич распиливают по ширине или разделяют любым способом без раздробления кирпича на две равные части, которые накладывают постелями одна на другую распилами в противоположные стороны. Пустотелый кирпич не распиливают и при испытании два кирпича накладывают постелями один на другой, кирпичи с несквозными пустотами укладываются отверстиями вниз.

Кирпичи или их половинки выдерживаются в воде не менее 6 мин, чтобы предупредить отсасывание воды кирпичом из цементного раствора. Для соединения кирпичей и выравнивания их постелей применяют цеметный раствор, составленный из портландцемента и песка крупностью не более 1 мм; отношение песка и цемента по массе 1:1, В/Ц раствора 0,34–0,36. На мраморной, стеклянной, металлической или другой плите с отшлифованной поверхностью расстилают смоченный в воде лист бумаги, (чтобы предупредить сцепление цементного раствора с поверхностью плиты), на лист бумаги наносят слой цементного раствора толщиной 5–7 мм. На раствор постелью кладут кирпич, и на его верхнюю постель наносят слой цементного раствора той же толщины. На этот верхний слой раствора кладут постелью второй кирпич, надавливая на него так, чтобы цементный раствор под кирпичами и между ними распределился равномерными по толщине слоями. Лишний цементный раствор срезают ножом вровень с боковыми гранями кирпичей.

Через 10 мин или более рядом на плите расстилают второй, смоченный в воде лист бумаги, на который также наносят слой цементного раствора толщиной 5–7 мм. Склеенные ранее кирпичи переворачивают вниз постелью, свободной от раствора, и устанавливают этой постелью на цементный раствор, уложенный на втором листе бумаги. Путем прижимания кирпичей к плите выравнивают слой цементного раствора под ними и срезают его избыток. При этом необходимо строго следить за тем, чтобы не нарушить ранее уплотненные и выровненные слои цементного раствора.

Толщина растворного шва между кирпичами и толщина выравнивающих слоев раствора на верхней и нижней постели образца должна быть 3–5 мм, постели образца после выравнивания их цементным раствором должны быть параллельны друг другу. Образцы до испытания не менее трех суток выдерживают в помещении при температуре воздуха 20±3 °С и относительной влажности его 90–95 %.

Допускается выравнивание постелей и соединение кирпичей гипсовым раствором. В этом случае испытание образцов производится через два часа после их изготовления.

Кирпич силикатный и шлаковый для испытания разделяют на две равные половины, которые накладывают постелями одна на другую без соединения и без выравнивания цементным раствором постелей образца.

Рекомендации

  • Микелл П. Гровер, Основы современного производства, John Wiley & Sons, 2002 США, ISBN  0-471-40051-3
  • Каллистер У. Д. мл., Материаловедение и инженерия — введение, John Wiley & Sons, 2003 США, ISBN  0-471-22471-5

Классы прочности и их обозначения

Все категории записаны в нормативных документах – ГОСТах, по ним все российские предприниматели изготавливают любой металлопрокат и прочие металлические изделия. Вот соответствие обозначения и параметра в таблице:

Класс Временное сопротивление, Н/мм2
265 430
295 430
315 450
325 450
345 490
355 490
375 510
390 510
440 590

Видим, что для некоторых классов остается одинаковыми показатели ПП, это объясняется тем, что при равных значениях у них может различаться текучесть или относительное удлинение. В зависимости от этого возможна различная максимальная толщина металлопроката.

Испытание образцов на сжатие

Перед испытанием измеряются площади верхней и нижней постели образца, ширина и длина каждой постели принимается как среднее арифметическое трех измерений: длины ребер и длины прямой между ребрами.

При испытании образец устанавливается в центре опорной плиты пресса и прижимается верхней плитой пресса, которая должна плотно прилегать ко всей поверхности верхней постели образца. Нагрузка на образец должна возрастать равномерно и непрерывно со скоростью, обеспечивающей разрушение через 20–30 с после начала испытания. Величина разрушающей нагрузки должна составлять не менее 10% усилия, предельно развиваемого прессом. Предел прочности в МПа при сжатии вычисляется по формуле:

где Р – наибольшая сжимающая нагрузка, достигнутая при испытании образца, Н;

F – площадь поперечного сечения образца, вычисляемая как среднее арифметическое площадей верхней и нижней постелей, м 2 .

При вычислении Rсж образцов из двух половинок или из двух целых кирпичей толщиной 88 или 90 мм результат испытания увеличивают на коэффициент 1,2, так как в этих случаях увеличивается отношение высоты образца к площади его постели, а это снижает прочность образца при сжатии.

Средний предел прочности при сжатии для партии кирпича вычисляют с точностью до 0,1 МПа как среднее арифметическое результатов испытаний установленного количества образцов, не учитывая образцы, предел прочности которых превышает среднее арифметическое более чем на 40 %.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...