տուն→Պաշտպանություն→Նյութերի թույլատրելի սթրեսները և մեխանիկական հատկությունները: Անվտանգության գործակից, թույլատրելի սթրես Պլաստիկ նյութերի համար դիզայնի սահմանային լարվածությունը հավասար է

Նյութերի թույլատրելի սթրեսները և մեխանիկական հատկությունները: Անվտանգության գործակից, թույլատրելի սթրես Պլաստիկ նյութերի համար դիզայնի սահմանային լարվածությունը հավասար է

Թույլատրելի (թույլատրելի) լարում- սա լարվածության արժեքն է, որը համարվում է չափազանց ընդունելի տվյալ բեռի համար նախատեսված տարրի խաչմերուկային չափերը հաշվարկելիս: Կարելի է խոսել թույլատրելի առաձգական, սեղմման և կտրող լարումների մասին։ Թույլատրելի լարումները կա՛մ սահմանված են իրավասու մարմնի կողմից (ասենք՝ հսկիչ կամուրջի բաժինը երկաթուղի), կամ ընտրված են դիզայների կողմից, լավ նրանք, ովքեր գիտեն հատկություններընյութը և դրա օգտագործման պայմանները. Թույլատրելի լարվածությունը սահմանափակում է կառուցվածքի առավելագույն աշխատանքային լարումը:

Կառույցներ նախագծելիս նպատակն է ստեղծել այնպիսի կառուցվածք, որը, լինելով հուսալի, միևնույն ժամանակ կլինի չափազանց թեթև և խնայող։ Հուսալիությունն ապահովվում է նրանով, որ յուրաքանչյուր տարրին տրվում է այնպիսի չափսեր, որ դրանում գործող առավելագույն լարվածությունը որոշակի չափով ավելի քիչ կլինի, քան այն լարվածությունը, որն առաջացնում է այս տարրի ուժի կորուստը: Ուժի կորուստը անպայմանորեն չի նշանակում կործանում։ Մեքենան կամ շինությունը համարվում է ձախողված, երբ այն չի կարող բավարար չափով կատարել իր գործառույթը: Պլաստիկ նյութից պատրաստված մի մասը, որպես կանոն, կորցնում է ուժը, երբ դրա մեջ լարումը հասնում է զիջման կետին, քանի որ մասի չափազանց մեծ դեֆորմացիայի պատճառով մեքենան կամ կառուցվածքը դադարում է հասնել իր նպատակային նպատակին: Եթե մասը պատրաստված է փխրուն նյութից, ապա այն գրեթե դեֆորմացված չէ, և դրա ամրության կորուստը համընկնում է դրա ոչնչացման հետ:

Անվտանգության սահման.Սթրեսի տարբերությունը, որի դեպքում նյութը կորցնում է ուժը և թույլատրելի լարվածությունը «անվտանգության սահմանն» է, որը պետք է նախատեսվի՝ հաշվի առնելով պատահական ծանրաբեռնվածության հնարավորությունը, պարզեցված ենթադրությունների և անորոշ պայմանների հետ կապված հաշվարկների անճշտությունները, նյութի չբացահայտված (կամ չհայտնաբերվող) թերություններ և ամրության հետագա նվազում՝ մետաղի կոռոզիայից, փայտի փտումից և այլն:

Անվտանգության գործոն.Ցանկացած կառուցվածքային տարրի անվտանգության գործոնը հավասար է առավելագույն բեռնվածքի հարաբերակցությանը, որն առաջացնում է տարրի ամրության կորուստ և թույլատրելի լարվածություն առաջացնող բեռ: Այս դեպքում ուժի կորուստը նշանակում է ոչ միայն տարրի ոչնչացում, այլև նրանում մնացորդային դեֆորմացիաների առաջացում։ Հետևաբար, պլաստիկ նյութից պատրաստված կառուցվածքային տարրի համար վերջնական սթրեսը զիջման ուժն է: Շատ դեպքերում, կառուցվածքային տարրերի գործառնական լարումները համաչափ են բեռներին, և, հետևաբար, անվտանգության գործոնը սահմանվում է որպես վերջնական ամրության և թույլատրելի լարվածության հարաբերակցությունը (անվտանգության գործոն վերջնական ուժի համար): Այսպիսով, եթե կառուցվածքային պողպատի առաձգական ուժը 540 ՄՊա է, իսկ թույլատրելի լարվածությունը՝ 180 ՄՊա, ապա անվտանգության գործակիցը 3 է։

Թույլատրելի սթրեսներ

Պարամետրի անվանումը	Իմաստը
Հոդվածի թեման.	Թույլատրելի սթրեսներ
Ռուբրիկա (թեմատիկ կատեգորիա)	Մաթեմատիկա

Աղյուսակ 2.4

Նկ.2.22

Նկ.2.18

Նկ.2.17

Բրինձ. 2.15

Առաձգական փորձարկումների համար օգտագործվում են առաձգական փորձարկման մեքենաներ, որոնք հնարավորություն են տալիս փորձարկման ժամանակ դիագրամը գրանցել «բեռնվածություն – բացարձակ երկարացում» կոորդինատներով: Լարվածություն-լարված դիագրամի բնույթը կախված է փորձարկվող նյութի հատկություններից և դեֆորմացիայի արագությունից: Ստատիկ բեռի կիրառման տակ ցածր ածխածնային պողպատի նման դիագրամի բնորոշ տեսքը ներկայացված է Նկ. 2.16.

Դիտարկենք այս դիագրամի բնորոշ հատվածներն ու կետերը, ինչպես նաև նմուշի դեֆորմացիայի համապատասխան փուլերը.

OA – Հուկի օրենքը վավեր է.

AB – ի հայտ են եկել մնացորդային (պլաստիկ) դեֆորմացիաներ.

BC - պլաստիկ դեֆորմացիաների ավելացում;

SD – բերքատվության բարձրավանդակ (դեֆորմացիայի աճը տեղի է ունենում մշտական բեռի տակ);

DC - ամրապնդման տարածք (նյութը կրկին ձեռք է բերում հետագա դեֆորմացման դիմադրությունը մեծացնելու ունակություն և ընդունում է ուժ, որը մեծանում է մինչև որոշակի սահման);

Կետ K – փորձարկումը դադարեցվել է և նմուշը բեռնաթափվել է.

KN - բեռնաթափման գիծ;

NKL – նմուշի կրկնակի բեռնման գիծ (KL – ամրացման հատված);

LM – բեռի անկման հատված, in այս պահինՆմուշի վրա հայտնվում է այսպես կոչված պարանոց `տեղական նեղացում;

Կետ M – նմուշի պատռվածք;

Պատռվելուց հետո նմուշն ունի մոտավորապես նկ. 2.17-ում ներկայացված տեսքը: Բեկորները կարելի է ծալել և չափել ℓ 1 փորձարկումից հետո երկարությունը, ինչպես նաև պարանոցի տրամագիծը d 1։

Առաձգական դիագրամի մշակման և նմուշի չափման արդյունքում մենք ստանում ենք մի շարք մեխանիկական բնութագրեր, որոնք կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ ամրության բնութագրիչներ և պլաստիկության բնութագրեր։

Ուժի բնութագրերը

Համամասնության սահման.

Առավելագույն լարումը, որով գործում է Հուկի օրենքը:

Եկամտաբերության ուժ.

Ամենացածր լարվածությունը, որի դեպքում նմուշի դեֆորմացիան տեղի է ունենում մշտական առաձգական ուժի ներքո:

Առաձգական ուժ (ժամանակավոր ուժ).

Փորձարկման ընթացքում դիտված ամենաբարձր լարումը:

Լարումը ընդմիջման ժամանակ.

Այս կերպ որոշված ընդմիջման լարվածությունը շատ կամայական է և չպետք է օգտագործվի որպես պողպատի մեխանիկական հատկությունների բնութագրիչ: Կոնվենցիան այն է, որ այն ստացվում է պատռման պահին ուժը բաժանելով նմուշի սկզբնական խաչմերուկի տարածքով, և ոչ թե դրա ճեղքումի իրական տարածքով, որը ձևավորման պատճառով զգալիորեն պակաս է սկզբնականից: մի պարանոցի.

Պլաստիկության բնութագրերը

Հիշեցնենք, որ պլաստիկությունը նյութի առանց ոչնչացման դեֆորմացվելու կարողությունն է: Պլաստիկության բնութագրերը դեֆորմացիա են, հետևաբար դրանք որոշվում են կոտրվածքից հետո նմուշի չափման տվյալների հիման վրա.

∆ℓ ос = ℓ 1 - ℓ 0 – մնացորդային երկարացում,

- պարանոցի տարածքը.

Հարաբերական երկարացում խզումից հետո.

. (2.25)

Այս բնութագիրը կախված է ոչ միայն նյութից, այլև նմուշի չափսերի հարաբերակցությունից: Դրա հետ կապված է, որ ստանդարտ նմուշներն ունեն ֆիքսված հարաբերակցություն ℓ 0 = 5d 0 կամ ℓ 0 = 10d 0, և δ-ի արժեքը միշտ տրվում է ցուցիչով՝ δ 5 կամ δ 10, և δ 5 > δ 10:

Հարաբերական նեղացում խզումից հետո.

. (2.26)

Դեֆորմացիայի հատուկ աշխատանք.

որտեղ Ա-ն նմուշի ոչնչացման վրա կատարված աշխատանքն է. հայտնաբերվել է որպես ձգվող դիագրամով և x առանցքով սահմանափակված տարածք (OABCDKLMR նկարի տարածք): Դեֆորմացիայի հատուկ աշխատանքը բնութագրում է նյութի կարողությունը դիմակայելու բեռի ազդեցությանը:

Փորձարկման ընթացքում ձեռք բերված բոլոր մեխանիկական բնութագրերից ուժի հիմնական բնութագրերն են զիջման σ t և առաձգական ուժը σ pch, իսկ պլաստիկության հիմնական բնութագրերն են հարաբերական երկարացումը δ և հարաբերական կծկումը ψ ճեղքումից հետո:

Բեռնաթափում և վերաբեռնում

Ձգման դիագրամը նկարագրելիս նշվել է, որ K կետում փորձարկումը դադարեցվել է և նմուշը բեռնաթափվել է։ Բեռնաթափման գործընթացը նկարագրվել է ուղիղ գծով KN-ով (նկ. 2.16), գծապատկերի ուղիղ գծային OA հատվածին զուգահեռ: Սա նշանակում է, որ նմուշի ∆ℓ′ P-ի երկարացումը, որը ստացվել է մինչև բեռնաթափման մեկնարկը, ամբողջությամբ չի վերանում։ Դիագրամում ընդլայնման անհետացած մասը պատկերված է NQ հատվածով, մնացած մասը՝ ON հատվածով: Հետևաբար, առաձգական սահմանից դուրս նմուշի ընդհանուր երկարացումը բաղկացած է երկու մասից՝ առաձգական և մնացորդային (պլաստիկ).

∆ℓ′ P = ∆ℓ′ վեր + ∆ℓ′ os.

Դա տեղի կունենա այնքան ժամանակ, քանի դեռ նմուշը չի պատռվել: Պատռվելուց հետո ընդհանուր երկարացման առաձգական բաղադրիչը (Δℓ վերև հատված) անհետանում է: Մնացորդային երկարացումը պատկերված է ∆ℓ հատվածով: Եթե դուք դադարեցնեք բեռնումը և բեռնաթափեք նմուշը OB հատվածում, ապա բեռնաթափման գործընթացը կպատկերվի բեռնման գծի հետ համընկնող գծով. դեֆորմացիան զուտ առաձգական է:

Երբ ℓ 0 + ∆ℓ′ oc երկարությամբ նմուշը կրկին բեռնվում է, բեռնման գիծը գործնականում համընկնում է բեռնաթափման NK գծի հետ: Համամասնականության սահմանը մեծացավ և հավասարվեց այն լարմանը, որից իրականացվել է բեռնաթափումը։ Հաջորդը, NK ուղիղ գիծը վերածվեց կորի KL-ի՝ առանց զիջման բարձրության: Դիագրամի ԼՂ գծից ձախ գտնվող հատվածը կտրված է, ᴛ.ᴇ. կոորդինատների սկզբնաղբյուրը տեղափոխվել է N կետ: Այնուամենայնիվ, ելքի կետից այն կողմ ձգվելու արդյունքում նմուշը փոխել է իր. մեխանիկական հատկություններ:

1). ավելացել է համաչափության սահմանը.

2). շրջանառության հարթակն անհետացել է.

3). խզումից հետո հարաբերական երկարացումը նվազել է:

Հատկությունների այս փոփոխությունը սովորաբար կոչվում է կարծրացած.

Երբ կարծրանում է, առաձգական հատկությունները մեծանում են, իսկ ճկունությունը նվազում է: Որոշ դեպքերում (օրինակ, երբ հաստոցներ) կարծրացման երեւույթը անցանկալի է և վերացվում է ջերմային մշակմամբ։ Այլ դեպքերում այն ստեղծվում է արհեստականորեն՝ մասերի կամ կառուցվածքների առաձգականությունը բարելավելու համար (զսպանակների կրակոցների մշակում կամ բարձրացնող մեքենաների մալուխների ձգում)։

Սթրեսի դիագրամներ

Նյութի մեխանիկական հատկությունները բնութագրող դիագրամ ստանալու համար Р – ∆ℓ կոորդինատներով առաջնային առաձգական դիագրամը վերակառուցվում է σ – ε կոորդինատներով։ Քանի որ σ = P/F օրդինատները և աբսցիսները σ = ∆ℓ/ℓ ստացվում են հաստատուններով բաժանելով, դիագրամն ունի նույն տեսքը, ինչ սկզբնականը (նկ. 2.18ա):

σ – ε դիագրամից պարզ է դառնում, որ

ᴛ.ᴇ. նորմալ առաձգականության մոդուլը հավասար է դիագրամի ուղիղ հատվածի թեքության անկյան շոշափմանը դեպի աբսցիսային առանցքը։

Սթրեսային դիագրամից հարմար է որոշել այսպես կոչված պայմանական ելքի ուժը։ Փաստն այն է, որ կառուցվածքային նյութերի մեծ մասը չունի զիջման կետ. ուղիղ գիծը սահուն վերածվում է կորի: Այս դեպքում լարվածությունը, որի դեպքում հարաբերական մնացորդային երկարացումը հավասար է 0,2%-ի, ընդունվում է որպես զիջման ուժի արժեք (պայմանական): Նկ. Նկար 2.18b-ը ցույց է տալիս, թե ինչպես է որոշվում պայմանական զիջման ուժի σ 0.2 արժեքը: Ելքի ուժը σ t, որը որոշվում է եկամտաբերության բարձրության առկայության դեպքում, հաճախ կոչվում է ֆիզիկական.

Դիագրամի նվազող հատվածը պայմանական է, քանի որ պարանոցից հետո նմուշի իրական խաչմերուկի տարածքը զգալիորեն պակաս է սկզբնական տարածքից, որից որոշվում են դիագրամի կոորդինատները: Իրական լարվածությունը կարելի է ստանալ, եթե P t ժամանակի յուրաքանչյուր պահին ուժի մեծությունը բաժանվի փաստացի խաչմերուկի տարածքի վրա F t ժամանակի նույն պահին.

Նկ. 2.18a, այս լարումները համապատասխանում են գծված գծին: Մինչև վերջնական ուժը, S և σ գործնականում համընկնում են: Ճեղքման պահին իրական լարումը զգալիորեն գերազանցում է առաձգական ուժը σ pc և, առավել ևս, ճեղքման պահին լարումը σ r: Եկեք արտահայտենք պարանոցի F 1-ի տարածքը մինչև ψ և գտնենք S r.

Þ Þ .

Ճկուն պողպատի համար ψ = 50 – 65%: Եթե վերցնենք ψ = 50% = 0,5, ապա կստանանք S р = 2σ р, ᴛ.ᴇ։ ճշմարիտ սթրեսը ամենամեծն է պատռման պահին, ինչը միանգամայն տրամաբանական է:

2.6.2. Սեղմման փորձարկում տարբեր նյութեր

Կոմպրեսիոն փորձարկումն ավելի քիչ տեղեկատվություն է տալիս նյութի հատկությունների մասին, քան առաձգական փորձարկումը: Այնուամենայնիվ, դա բացարձակապես կարևոր է նյութի մեխանիկական հատկությունները բնութագրելու համար: Այն իրականացվում է բալոնների տեսքով նմուշների վրա, որոնց բարձրությունը 1,5 անգամ գերազանցում է տրամագիծը, կամ նմուշների վրա՝ խորանարդի տեսքով։

Դիտարկենք պողպատի և չուգունի սեղմման դիագրամները: Արժե ասել, որ պարզության համար մենք դրանք նույն նկարում կպատկերենք այդ նյութերի առաձգական դիագրամների հետ (նկ. 2.19): Առաջին եռամսյակում առկա են լարվածության դիագրամներ, իսկ երրորդում՝ սեղմման դիագրամներ։

Բեռնման սկզբում պողպատի սեղմման դիագրամը թեքված ուղիղ գիծ է նույն թեքությամբ, ինչ լարվածության ժամանակ։ Այնուհետև դիագրամը տեղափոխվում է զիջման տարածք (զիջման տարածքը այնքան հստակ արտահայտված չէ, որքան լարվածության ժամանակ): Ավելին, կորը թեթևակի թեքում է և չի կոտրվում, քանի որ պողպատի նմուշը չի քանդվում, այլ միայն հարթվում է: Պողպատի E-ի էլաստիկության մոդուլը սեղմման և լարվածության տակ նույնն է։ Ելքի ուժը σ t + = σ t - նույնպես նույնն է: Անհնար է ձեռք բերել սեղմման ուժ, ինչպես որ անհնար է ստանալ պլաստիկության բնութագրեր։

Չուգունի լարվածության և սեղմման դիագրամները նման են ձևի. դրանք հենց սկզբից թեքվում են և անջատվում, երբ հասնում է առավելագույն բեռը: Միևնույն ժամանակ, չուգունն ավելի լավ է աշխատում սեղմման մեջ, քան լարվածության մեջ (σ դյույմ - = 5 σ դյույմ +): Առաձգական ուժ σ pch - ϶ᴛᴏ չուգունի միակ մեխանիկական բնութագիրը, որը ստացվել է սեղմման փորձարկման ժամանակ:

Մեքենայի թիթեղների և նմուշի ծայրերի միջև փորձարկման ժամանակ առաջացող շփումը զգալի ազդեցություն ունի փորձարկման արդյունքների և ոչնչացման բնույթի վրա: Գլանաձև պողպատի նմուշը ստանում է տակառի ձև (նկ. 2.20ա), թուջե խորանարդի մեջ առաջանում են ճաքեր՝ բեռի ուղղությամբ 45 0 անկյան տակ։ Եթե նմուշի ծայրերը պարաֆինով քսելու միջոցով բացառենք շփման ազդեցությունը, բեռի ուղղությամբ ճաքեր կառաջանան և ամենամեծ ուժը կլինի ավելի քիչ (նկ. 2.20, բ և գ): Փխրուն նյութերի մեծ մասը (բետոն, քար) սեղմման տակ ձախողվում է չուգունի նման և ունեն սեղմման նման ձև:

Հետաքրքրություն է ներկայացնում փայտի փորձարկումը՝ անիզոտրոպ, ᴛ.ᴇ: ունենալով տարբեր ուժ՝ հիմնված ուժի ուղղության վրա՝ կապված նյութի մանրաթելերի ուղղության հետ։ Ավելի ու ավելի լայնորեն օգտագործվող ապակեպլաստիկները նույնպես անիզոտրոպ են: Երբ սեղմվում է մանրաթելերի երկայնքով, փայտը շատ ավելի ամուր է, քան երբ սեղմվում է մանրաթելերի միջով (կորեր 1 և 2 նկար 2.21-ում): Կորը 1 նման է փխրուն նյութերի սեղմման կորերին: Ոչնչացումը տեղի է ունենում խորանարդի մի մասի մյուսի նկատմամբ տեղաշարժվելու պատճառով (նկ. 2.20, դ): Մանրաթելերի վրայով սեղմվելիս փայտը չի փլվում, այլ սեղմվում է (նկ. 2.20e):

Պողպատի նմուշը լարվածության համար փորձարկելիս մենք հայտնաբերեցինք մեխանիկական հատկությունների փոփոխություն՝ ձգվելու արդյունքում, մինչև հայտնվեցին նկատելի մնացորդային դեֆորմացիաներ՝ սառը կարծրացում: Տեսնենք, թե ինչպես է նմուշը պահում սեղմման փորձարկման ժամանակ կարծրանալուց հետո: Նկար 2.19-ում դիագրամը ներկայացված է կետագծով: Սեղմումը հետևում է NC 2 L 2 կորին, որը գտնվում է նմուշի սեղմման դիագրամի վերևում, որը չի ենթարկվել աշխատանքային կարծրացման OC 1 L 1 և գրեթե վերջինիս զուգահեռ: Լարվածությամբ կարծրանալուց հետո համաչափության սահմանները և սեղմման ելքը նվազում են։ Այս երևույթը սովորաբար կոչվում է Բաուշինգերի էֆեկտ՝ այն առաջին անգամ նկարագրած գիտնականի անունով:

2.6.3. Կոշտության որոշում

Շատ տարածված մեխանիկական և տեխնոլոգիական թեստը կարծրության որոշումն է: Դա պայմանավորված է նման փորձարկումների արագությամբ և պարզությամբ և ստացված տեղեկատվության արժեքով. կարծրությունը բնութագրում է մասի մակերեսի վիճակը տեխնոլոգիական մշակումից առաջ և հետո (կարծրացում, ազոտավորում և այլն), որից կարելի է անուղղակիորեն դատել. առաձգական ուժի մեծությունը.

Նյութի կարծրությունընդունված է ուրիշի մեխանիկական ներթափանցմանը դիմակայելու ունակությունն ավելի շատ անվանել ամուր. Կոշտությունը բնութագրող մեծությունները կոչվում են կարծրության թվեր։ Սահմանելի տարբեր մեթոդներ, դրանք տարբերվում են չափերով և չափսերով և միշտ ուղեկցվում են դրանց որոշման մեթոդի ցուցումով։

Ամենատարածված մեթոդը Բրինելի մեթոդն է: Փորձարկումն ըստ էության բաղկացած է նմուշի մեջ D տրամագծով կարծրացած պողպատե գնդիկ սեղմելուց (նկ. 2.22ա): Գնդակը որոշ ժամանակ պահվում է P ծանրաբեռնվածության տակ, որի պատճառով մակերեսի վրա մնում է d տրամագծով դրոշմ (անցք)։ Բեռի հարաբերակցությունը kN-ով տպագրության մակերեսին սմ 2-ով սովորաբար կոչվում է Բրինելի կարծրության համար:

. (2.30)

Բրինելի կարծրության թիվը որոշելու համար օգտագործվում են հատուկ փորձարկման գործիքներ, որոնց տրամագիծը չափվում է շարժական մանրադիտակով: Սովորաբար HB-ն չի հաշվարկվում (2.30) բանաձևով, այլ հայտնաբերվում է աղյուսակներից:

Օգտագործելով HB կարծրության թիվը՝ հնարավոր է ստանալ որոշ մետաղների առաձգական ուժի մոտավոր արժեքը՝ առանց նմուշը ոչնչացնելու, քանի որ. σ դյույմի և HB-ի միջև կա գծային հարաբերություն՝ σ inch = k ∙ HB (ցածր ածխածնային պողպատի համար k = 0,36, բարձր ամրության պողպատի համար k = 0,33, չուգունի համար k = 0,15, համար ալյումինե համաձուլվածքներ k = 0,38, տիտանի համաձուլվածքների համար k = 0,3):

Կարծրության որոշման շատ հարմար և տարածված մեթոդ ըստ Ռոքվելի. Այս մեթոդում 120 աստիճան գագաթային անկյունով և 0,2 մմ կորության շառավղով ադամանդի կոն կամ 1,5875 մմ (1/16 դյույմ) տրամագծով պողպատե գնդիկ օգտագործվում է որպես նմուշի մեջ սեղմված ներդիր: Փորձարկումը տեղի է ունենում Նկարում ներկայացված սխեմայի համաձայն: 2.22, բ. Նախ, կոնը սեղմվում է նախնական բեռնվածքով P0 = 100 N, որը չի հանվում մինչև փորձարկման ավարտը: Այս ծանրաբեռնվածությամբ կոնը ընկղմվում է h0 խորության վրա: Այնուհետև կոնի վրա կիրառվում է P = P 0 + P 1 ամբողջ բեռը (երկու տարբերակ՝ A – P 1 = 500 N և C – P 1 = 1400 N), և ներքևի խորությունը մեծանում է: Հիմնական բեռը P 1 հեռացնելուց հետո մնում է խորությունը h 1: Հիմնական բեռնվածքի P 1-ի շնորհիվ ստացված խորշման խորությունը, որը հավասար է h = h 1 – h 0-ի, բնութագրում է Ռոքվելի կարծրությունը: Կոշտության թիվը որոշվում է բանաձևով

, (2.31)

որտեղ 0.002 կոշտության ստուգիչի ցուցիչի սանդղակի բաժանման արժեքն է:

Կան կարծրության որոշման այլ մեթոդներ (Vickers, Shore, microhardness), որոնք այստեղ չեն քննարկվում։

2.6.4. Տարբեր նյութերի հատկությունների համեմատություն

Մենք արդեն մանրամասն ուսումնասիրել ենք ճկուն և փխրուն նյութերի հատկությունները՝ ցածր ածխածնային պողպատից և մոխրագույն չուգունից, լարվածության և սեղմման տակ։ Շարունակենք այս համեմատությունը՝ դիտարկենք որոշ մետաղների առաձգական դիագրամները (նկ. 2.23):

Նկարում ներկայացված բոլոր պողպատները՝ 40, St6, 25HNVA, մանգան, ունեն շատ ավելին բարձր կատարողականուժ, քան ցածր ածխածնային պողպատից St3: Բարձր ամրության պողպատներում բացակայում է զիջման սարահարթը, և հարաբերական երկարացումը δ բեկման ժամանակ զգալիորեն ավելի քիչ է: Ուժի ավելացումը գալիս է ճկունության նվազման գնով: Ալյումինի և տիտանի համաձուլվածքները ունեն լավ ճկունություն: Միևնույն ժամանակ, ալյումինե խառնուրդի ուժը ավելի բարձր է, քան St3-ը, իսկ ծավալային քաշը գրեթե երեք անգամ պակաս է: Իսկ տիտանի համաձուլվածքն ուժ ունի բարձր ամրության լեգիրված պողպատի մակարդակում՝ ծավալային քաշի գրեթե կեսով: Աղյուսակ 2.4-ում ներկայացված են որոշների մեխանիկական բնութագրերը ժամանակակից նյութեր.

Նյութ	Ապրանքանիշը	Ելքի ուժ, σ t	Առաձգական ուժ, σ դյույմ	Առնչվում է. երկարացում ընդմիջման ժամանակ, δ 5	Առնչվում է նեղացումը պատռվածքի ժամանակ, ψ	Ծավալային քաշը, γ	Յանգի մոդուլը, Է
		կՆ/սմ 2	կՆ/սմ 2	%	%	գ/սմ 3	կՆ/սմ 2
	St3		34-42			7,85	2 10 4
Ածխածնային պողպատ, տաք գլանվածք	ST6		60-72			7,85	2 10 4
Որակյալ ածխածնային պողպատ						7,85	2 10 4
Քրոմ-նիկել-վոլֆրամ խառնուրդ պողպատ	25 HNVA					7,85	2.1 10 4
Սիլիցիում-քրոմ-մանգան համաձուլված պողպատ	35ՀԳՍԱ					7,85	2.1 10 4
Չուգուն	ՍՉ24-44	-		-	-	7,85	1.5 10 4
Ալյումինե խառնուրդ	D16T				-	2,8	0,7 10 4
Սիլիկոնային բրոնզ	BrK-3	-			-	7,85	1.1 10 4
Տիտանի համաձուլվածք	VT4				-	4,5
Ապակեպլաստե	SWAM	-			-	1,9	0.4 10 4
Ածխածնային մանրաթել	ԿԵՎԼԱՐ			-	-	1,7	3 10 4

Աղյուսակի վերջին երկու տողերը ցույց են տալիս պոլիմերային կոմպոզիտային նյութերի բնութագրերը, որոնք բնութագրվում են ցածր քաշով և բարձր ամրությամբ: Գերուժեղ ածխածնային մանրաթելերի վրա հիմնված կոմպոզիտներն ունեն առանձնահատուկ ակնառու հատկություններ. դրանց ուժը մոտավորապես երկու անգամ ավելի բարձր է, քան լավագույն լեգիրված պողպատի ուժը և մեծության կարգը ավելի բարձր, քան ցածր ածխածնային պողպատից: Օʜᴎ պողպատը մեկուկես անգամ ավելի կոշտ է և գրեթե հինգ անգամ ավելի թեթև: Դրանք, իհարկե, օգտագործվում են ռազմական տեխնիկայում՝ ինքնաթիռների և հրթիռների արտադրության մեջ։ IN վերջին տարիներըսկսում են կիրառվել քաղաքացիական տարածքներում՝ ավտոմոբիլային (մարմիններ, արգելակային սկավառակներ, մրցարշավային և թանկարժեք սպորտային մեքենաների արտանետվող խողովակներ), նավաշինություն (նավակների կեղև և փոքր նավեր), բժշկություն ( անվասայլակներ, պրոթեզային մասեր), մեքենաշինություն սպորտի համար (մրցարշավային հեծանիվների և այլ սպորտային սարքավորումների շրջանակներ և անիվներ)։ Այս նյութի լայնածավալ օգտագործումը ներկայումս խոչընդոտում է դրա բարձր գնով և ցածր արտադրական հնարավորություններով:

Ամփոփելով վերը նշված բոլորը տարբեր նյութերի մեխանիկական հատկությունների մասին՝ կարող ենք ձևակերպել ճկուն և փխրուն նյութերի հատկությունների հիմնական առանձնահատկությունները։

1. Փխրուն նյութերը, ի տարբերություն ճկուն նյութերի, քայքայվում են աննշան մնացորդային դեֆորմացիաներով:

2. Պլաստիկ նյութերը հավասարապես դիմադրում են լարվածությանը և սեղմմանը, փխրուն նյութերը լավ են դիմադրում սեղմմանը և վատ լարվածությանը:

3. Պլաստիկ նյութերը լավ են դիմադրում հարվածային բեռներին, փխրուններին՝ վատ:

4. Փխրուն նյութերը շատ զգայուն են այսպես կոչված սթրեսի կոնցենտրացիաներ(տեղական սթրեսի բարձրացումները մասերի ձևի կտրուկ փոփոխությունների վայրերի մոտ): Պլաստիկ նյութից պատրաստված մասերի ամրության վրա շատ ավելի փոքր չափով ազդում է սթրեսի կոնցենտրացիան: Այս մասին ավելի մանրամասն ստորև:

5. Փխրուն նյութերը ենթակա չեն տեխնոլոգիական մշակման՝ կապված պլաստիկ դեֆորմացիայի հետ՝ դրոշմում, դարբնություն, գծում և այլն։

Նյութերի բաժանումը ճկուն և փխրուն պայմանական է, քանի որ որոշակի պայմաններում փխրուն նյութերը ձեռք են բերում պլաստիկ հատկություններ (օրինակ՝ բարձր կլոր սեղմման պայմաններում) և, ընդհակառակը, ճկուն նյութերը ձեռք են բերում փխրուն հատկություններ (օրինակ՝ մեղմ պողպատը ցածր ջերմաստիճանը): Այդ իսկ պատճառով ավելի ճիշտ է խոսել ոչ թե պլաստիկի ու փխրուն նյութերի, այլ դրանց պլաստիկի ու փխրուն ոչնչացման մասին։

Ինչպես արդեն նշվել է, մեքենաների և այլ կառույցների մասերը պետք է համապատասխանեն ամրության (2.3) և կոշտության (2.13) պայմաններին: Թույլատրելի լարումների մեծությունը որոշվում է՝ ելնելով նյութից (դրա մեխանիկական բնութագրերից), դեֆորմացիայի տեսակից, բեռների բնույթից, կառուցվածքների շահագործման պայմաններից և անսարքության դեպքում հնարավոր հետևանքների ծանրությունից.

n – անվտանգության գործակից, n > 1:

Պլաստիկ նյութից պատրաստված մասերի համար վտանգավոր պայմանը բնութագրվում է մեծ մնացորդային դեֆորմացիաների տեսքով, և, հետևաբար, վտանգավոր լարմանհավասար է զիջման ուժին σ op = σ t.

Փխրուն նյութից պատրաստված մասերի համար վտանգավոր վիճակը բնութագրվում է ճաքերի տեսքով, հետևաբար, վտանգավոր լարվածությունը հավասար է առաձգական ուժին σ op = σ ներառյալ.

Բոլոր վերը նշված աշխատանքային պայմանները մասերի համար հաշվի են առնվում անվտանգության գործոնով: Ցանկացած պայմաններում կան մի քանի ընդհանուր գործոններ, որոնք հաշվի են առնվում անվտանգության գործոնով.

1. Նյութի տարասեռություն, հետևաբար, մեխանիկական բնութագրերի տատանումներ.

2. Արտաքին բեռների մեծության և բնույթի հստակեցման անճշտություն.

3. Հաշվարկային սխեմաների և հաշվարկման մեթոդների մոտարկում:

Մեքենաների և կառուցվածքների նախագծման, հաշվարկի և շահագործման երկարաժամկետ պրակտիկայի տվյալների հիման վրա պողպատի անվտանգության գործակիցը ենթադրվում է 1,4 – 1,6: Ստատիկ բեռի տակ փխրուն նյութերի համար վերցվում է 2,5 - 3,0 անվտանգության գործակից: Այսպիսով, պլաստիկ նյութերի համար.

. (2.33)

Փխրուն նյութերի համար

. (2.34)

Ճկուն և փխրուն նյութերի հատկությունները համեմատելիս նշվեց, որ լարվածության կենտրոնացումը ազդում է ամրության վրա: Տեսական և փորձարարական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ձգված (սեղմված) ձողի խաչմերուկի վրա (2.2) բանաձևի համաձայն լարումների միասնական բաշխումը խաթարվում է խաչի ձևի և չափի կտրուկ փոփոխությունների վայրերի մոտ: հատված - անցքեր, ֆիլեներ, ֆիլեներ և այլն:
Տեղադրված է ref.rf
Այս վայրերի մոտ տեղի են ունենում սթրեսի տեղային ալիքներ՝ սթրեսի կոնցենտրացիաներ:

Օրինակ, հաշվի առեք լարվածության կենտրոնացումը փոքր անցք ունեցող ձգվող շերտի մեջ: Փոսը համարվում է փոքր, եթե բավարարված է d ≤ 1/5b պայմանը (նկ. 2.27ա): Համակենտրոնացման առկայության դեպքում լարումը որոշվում է բանաձևով.

σ max = α σ ∙ σ nom . (2.35)

որտեղ α σ լարվածության համակենտրոնացման գործակիցն է, որը որոշվում է առաձգականության տեսության մեթոդներով կամ մոդելների փորձարարական կիրառմամբ.

σ nom – անվանական լարում, ᴛ.ᴇ. սթրեսը, որը հաշվարկվում է տվյալ մասի համար սթրեսի կենտրոնացման բացակայության դեպքում:

Քննարկվող դեպքի համար (α σ = 3 և σ nom = N/F) այս խնդիրը, որոշակի առումով, սթրեսի կենտրոնացման դասական խնդիրն է և սովորաբար կոչվում է այն գիտնականի անունով, ով այն լուծեց 19-րդ տարեվերջին։ դար, Կիրշի խնդիրը։

Եկեք դիտարկենք, թե ինչպես է պահվում անցք ունեցող շերտը, երբ բեռը մեծանում է: Պլաստիկ նյութի մեջ անցքի առավելագույն լարվածությունը հավասար կլինի զիջման ուժին (նկ. 2.27բ): Սթրեսի կոնցենտրացիան միշտ շատ արագ քայքայվում է, հետևաբար, նույնիսկ անցքից փոքր հեռավորության վրա, սթրեսը շատ ավելի քիչ է: Մեծացնենք բեռը (նկ. 2.27, գ). անցքի լարումը չի ավելանում, քանի որ. Պլաստիկ նյութը ունի բավականին ընդլայնված ելքի գոտի, արդեն անցքից որոշ հեռավորության վրա, լարվածությունը հավասար է ելքի ուժին.

Թույլատրելի սթրեսներ - հայեցակարգ և տեսակներ: «Թույլատրելի սթրեսներ» կատեգորիայի դասակարգումը և առանձնահատկությունները 2017, 2018 թ.

Դիզայնի հաշվարկների հիմնական խնդիրն է ապահովել դրա ուժը գործառնական պայմաններում:

Փխրուն մետաղից պատրաստված կառուցվածքի ամրությունը համարվում է ապահովված, եթե նրա բոլոր տարրերի բոլոր խաչմերուկներում իրական լարումները պակաս են նյութի առաձգական ուժից: Բեռների մեծությունը, կառուցվածքում լարումները և նյութի առաձգական ուժը չեն կարող բացարձակ ճշգրիտ սահմանվել (հաշվարկի մեթոդի մոտավոր բնույթի, առաձգական ուժի որոշման մեթոդների և այլնի պատճառով):

Ուստի անհրաժեշտ է, որ կառուցվածքային հաշվարկների արդյունքում ստացված ամենաբարձր լարումները (նախագծային լարումները) չգերազանցեն առաձգական ուժից պակաս որոշակի արժեք, որը կոչվում է թույլատրելի լարվածություն։ Թույլատրելի լարվածության արժեքը որոշվում է առաձգական ուժը բաժանելով մեկից մեծ արժեքի վրա, որը կոչվում է անվտանգության գործոն:

Վերոնշյալի համաձայն՝ փխրուն նյութից պատրաստված կառույցի ամրության վիճակը արտահայտվում է այսպես

որտեղ են կառուցվածքում ամենաբարձր հաշվարկված առաձգական և սեղմման լարումները. և [-թույլատրելի լարումները համապատասխանաբար լարվածության և սեղմման ժամանակ:

Թույլատրելի լարումները կախված են նյութի առաձգական և սեղմման ուժից և որոշվում են արտահայտություններով

որտեղ է ստանդարտ (պահանջվող) անվտանգության գործոնը առաձգական ուժի հետ կապված:

Լարման բացարձակ արժեքները փոխարինվում են բանաձևերով (39.2) և (40.2)

Պլաստիկ նյութերից պատրաստված կառույցների համար (որոնց առաձգական և սեղմման ուժերը նույնն են) օգտագործվում է հետևյալ ամրության պայմանը.

որտեղ a-ն կառուցվածքում սեղմման կամ առաձգական նախագծման ամենամեծ բացարձակ արժեքն է:

Պլաստիկ նյութերի համար թույլատրելի սթրեսը որոշվում է բանաձևով

որտեղ է ստանդարտ (պահանջվող) անվտանգության գործակիցը ելքի ուժի հետ կապված:

Պլաստիկ նյութերի համար թույլատրելի լարումները որոշելիս զիջման ուժի (և ոչ առաձգականության, ինչպես փխրուն նյութերի) օգտագործումը պայմանավորված է նրանով, որ զիջման ուժին հասնելուց հետո դեֆորմացիաները կարող են շատ կտրուկ աճել նույնիսկ բեռի մի փոքր աճով և կառույցները կարող են այլևս չբավարարել իրենց գործունեության պայմանները։

Հզորության (39.2) կամ (41.2) պայմանների օգտագործմամբ կատարված ամրության հաշվարկները կոչվում են թույլատրելի լարվածության հաշվարկներ: Այն ծանրաբեռնվածությունը, որի դեպքում կառուցվածքում ամենաբարձր լարումները հավասար են թույլատրելի լարվածությանը, կոչվում է թույլատրելի:

Պլաստիկ նյութերից պատրաստված մի շարք կառույցների դեֆորմացիաները զիջման կետին հասնելուց հետո կտրուկ չեն աճում նույնիսկ ծանրաբեռնվածության զգալի աճի դեպքում, եթե այն չի գերազանցում, այսպես կոչված, վերջնական ծանրաբեռնվածության արժեքը։ Այդպիսիք են, օրինակ, ստատիկորեն անորոշ կառույցները (տես § 9.2), ինչպես նաև կռում կամ ոլորման դեֆորմացիա ունեցող տարրերով կառույցներ:

Այս կառույցների հաշվարկն իրականացվում է կամ ըստ թույլատրելի լարումների, այսինքն՝ օգտագործելով ամրության պայմանը (41.2), կամ ըստ այսպես կոչված սահմանային վիճակի: Վերջին դեպքում, թույլատրելի բեռը կոչվում է առավելագույն թույլատրելի բեռ, և դրա արժեքը որոշվում է առավելագույն բեռը բաժանելով ստանդարտ անվտանգության գործակցի վրա: կրող հզորություն. Կառույցի սահմանային վիճակի հաշվարկների երկու ամենապարզ օրինակները բերված են ստորև՝ § 9.2-ում և հաշվարկի օրինակ 12.2-ում:

Պետք է ձգտել ապահովել, որ թույլատրելի լարումները լիովին օգտագործվեն, այսինքն՝ պայմանը բավարարվի, եթե դա հնարավոր չէ մի շարք պատճառներով (օրինակ՝ կառուցվածքային տարրերի չափերը ստանդարտացնելու անհրաժեշտության պատճառով), ապա հաշվարկված. սթրեսները պետք է հնարավորինս քիչ տարբերվեն թույլատրելիներից: Կարող է լինել հաշվարկված թույլատրելի լարումների մի փոքր գերազանցում և, հետևաբար, փաստացի անվտանգության գործոնի մի փոքր նվազում (համեմատած ստանդարտի հետ):

Կենտրոնականորեն ձգված կամ սեղմված կառուցվածքային տարրի ուժի հաշվարկը պետք է ապահովի, որ ամրության պայմանը բավարարված է տարրի բոլոր խաչմերուկների համար: Որտեղ մեծ նշանակությունունի տարրի այսպես կոչված վտանգավոր հատվածների ճիշտ սահմանումը, որոնցում առաջանում են ամենամեծ առաձգական և ամենամեծ ճնշումը: Այն դեպքերում, երբ թույլատրելի առաձգական կամ սեղմման լարումները նույնն են, բավական է գտնել մեկ վտանգավոր հատված, որտեղ նորմալ լարումները բացարձակ արժեքով ամենամեծն են:

Երբ երկայնական ուժի մեծությունը հաստատուն է ճառագայթի երկարությամբ, վտանգավոր խաչմերուկը այն տարածքն է, որի մակերեսը գտնվում է. ամենափոքր արժեքը. Մշտական խաչմերուկի ճառագայթով վտանգավոր խաչմերուկն այն հատվածն է, որի մեջ տեղի է ունենում ամենամեծ երկայնական ուժը:

Կառույցները ուժի համար հաշվարկելիս կան երեք տեսակի խնդիրներ, որոնք տարբերվում են ուժի պայմանների օգտագործման ձևով.

ա) լարման ստուգում (ստուգման հաշվարկ);

բ) հատվածների ընտրություն (դիզայնի հաշվարկ);

գ) բեռնվածքի հզորության որոշում (թույլատրելի բեռի որոշում). Դիտարկենք այս տեսակի խնդիրները՝ օգտագործելով պլաստմասե նյութից պատրաստված ձգված ձողի օրինակը:

Լարումները ստուգելիս հայտնի են F խաչմերուկի մակերեսները և երկայնական ուժերը N, և հաշվարկը բաղկացած է տարրերի բնորոշ հատվածներում հաշվարկված (փաստացի) լարումների հաշվարկից։

Ստացված առավելագույն լարումն այնուհետև համեմատվում է թույլատրելիի հետ.

Հատվածներ ընտրելիս որոշվում են տարրի պահանջվող լայնական հատվածները (հիմնվելով հայտնի երկայնական ուժերի N և թույլատրելի լարման վրա): Ընդունված խաչմերուկ F տարածքները պետք է բավարարեն ամրության պայմանը, որն արտահայտված է հետևյալ ձևով.

Բեռնատարողությունը որոշելիս ըստ հայտնի արժեքներ F և թույլատրելի լարվածությունը, հաշվարկվում են երկայնական ուժերի թույլատրելի արժեքները. Ստացված արժեքների հիման վրա որոշվում են արտաքին բեռների [P] թույլատրելի արժեքները:

Այս դեպքում ուժի պայմանն ունի ձևը

Անվտանգության ստանդարտ գործոնների արժեքները սահմանվում են ստանդարտներով: Դրանք կախված են կառուցվածքի դասից (կապիտալ, ժամանակավոր և այլն), դրա նախատեսված ծառայության ժամկետը, ծանրաբեռնվածությունը (ստատիկ, ցիկլային և այլն), նյութերի (օրինակ՝ բետոն) արտադրության հնարավոր տարասեռությունից և տեսակից։ դեֆորմացիա (լարում, սեղմում, կռում և այլն) և այլ գործոններ: Որոշ դեպքերում անհրաժեշտ է նվազեցնել անվտանգության գործոնը՝ կառուցվածքի քաշը նվազեցնելու համար, իսկ երբեմն՝ բարձրացնել անվտանգության գործոնը, անհրաժեշտության դեպքում՝ հաշվի առնել մեքենաների քսվող մասերի մաշվածությունը, կոռոզիան և քայքայվելը։ նյութական.

Տարբեր նյութերի, կառույցների և բեռների համար ստանդարտ անվտանգության գործոնների արժեքները շատ դեպքերում ունեն հետևյալ արժեքները՝ 2,5-ից 5 և 1,5-ից 2,5:

Անվտանգության գործոններ և, հետևաբար, թույլատրելի սթրեսներ շինարարական կառույցներկարգավորվում են դրանց նախագծման համապատասխան չափորոշիչներով: Մեքենաշինության մեջ անվտանգության պահանջվող գործոնը սովորաբար ընտրվում է նմանատիպ դիզայնի մեքենաների նախագծման և շահագործման փորձի հիման վրա: Բացի այդ, մի շարք առաջադեմ մեքենաշինական գործարաններ ունեն թույլատրելի լարումների չափորոշիչներ, որոնք հաճախ օգտագործվում են հարակից այլ ձեռնարկությունների կողմից:

Մի շարք նյութերի համար թույլատրելի առաձգական և սեղմման լարումների մոտավոր արժեքները տրված են Հավելված II-ում:

Աղյուսակ 2.4

Նկ.2.22

Նկ.2.18

Նկ.2.17

Բրինձ. 2.15

Դիտարկենք այս դիագրամի բնորոշ հատվածներն ու կետերը, ինչպես նաև նմուշի դեֆորմացիայի համապատասխան փուլերը.

OA – Հուկի օրենքը վավեր է.

AB – ի հայտ են եկել մնացորդային (պլաստիկ) դեֆորմացիաներ.

BC - պլաստիկ դեֆորմացիաների ավելացում;

SD – բերքատվության բարձրավանդակ (դեֆորմացիայի աճը տեղի է ունենում մշտական բեռի տակ);

Կետ K – փորձարկումը դադարեցվել է և նմուշը բեռնաթափվել է.

KN - բեռնաթափման գիծ;

NKL – նմուշի կրկնակի բեռնման գիծ (KL – ամրացման հատված);

LM-ն այն տարածքն է, որտեղ բեռը ընկնում է, այս պահին նմուշի վրա հայտնվում է այսպես կոչված պարանոց՝ տեղային նեղացում;

Կետ M – նմուշի պատռվածք;

Ուժի բնութագրերը

Համամասնության սահման.

Առավելագույն լարումը, որով գործում է Հուկի օրենքը:

Եկամտաբերության ուժ.

Ամենացածր լարվածությունը, որի դեպքում նմուշի դեֆորմացիան տեղի է ունենում մշտական առաձգական ուժի ներքո:

Առաձգական ուժ (ժամանակավոր ուժ).

Փորձարկման ընթացքում դիտված ամենաբարձր լարումը:

Լարումը ընդմիջման ժամանակ.

Այս կերպ որոշված ընդմիջման ժամանակ լարվածությունը շատ կամայական է և չի կարող օգտագործվել որպես պողպատի մեխանիկական հատկությունների բնութագրիչ: Կոնվենցիան այն է, որ այն ստացվում է պատռման պահին ուժը բաժանելով նմուշի սկզբնական խաչմերուկի տարածքով, և ոչ թե դրա ճեղքումի իրական տարածքով, որը ձևավորման պատճառով զգալիորեն պակաս է սկզբնականից: մի պարանոցի.

Պլաստիկության բնութագրերը

Հիշենք, որ պլաստիկությունը նյութի առանց կոտրվելու դեֆորմացվելու կարողությունն է։ Պլաստիկության բնութագրերը դեֆորմացիա են, հետևաբար դրանք որոշվում են կոտրվածքից հետո նմուշի չափման տվյալների հիման վրա.

∆ℓ ос = ℓ 1 - ℓ 0 – մնացորդային երկարացում,

- պարանոցի տարածքը.

Հարաբերական երկարացում ընդմիջումից հետո.

. (2.25)

Այս բնութագիրը կախված է ոչ միայն նյութից, այլև նմուշի չափսերի հարաբերակցությունից: Ահա թե ինչու ստանդարտ նմուշներն ունեն ℓ 0 = 5d 0 կամ ℓ 0 = 10d 0 ֆիքսված հարաբերակցություն, և δ-ի արժեքը միշտ տրվում է ցուցիչով՝ δ 5 կամ δ 10, իսկ δ 5 > δ 10:

Հարաբերական նեղացում խզումից հետո.

. (2.26)

Դեֆորմացիայի հատուկ աշխատանք.

Բեռնաթափում և վերաբեռնում

Ձգման դիագրամը նկարագրելիս նշվել է, որ K կետում փորձարկումը դադարեցվել է և նմուշը բեռնաթափվել է։ Բեռնաթափման գործընթացը նկարագրվել է ուղիղ գծով KN (նկ. 2.16) գծապատկերի ուղիղ OA հատվածին զուգահեռ: Սա նշանակում է, որ նմուշի ∆ℓ′ P-ի երկարացումը, որը ստացվել է մինչև բեռնաթափման մեկնարկը, ամբողջությամբ չի վերանում։ Դիագրամում երկարացման անհետացած մասը պատկերված է NQ հատվածով, մնացած մասը՝ ON հատվածով: Հետևաբար, առաձգական սահմանից դուրս նմուշի ընդհանուր երկարացումը բաղկացած է երկու մասից՝ առաձգական և մնացորդային (պլաստիկ).

∆ℓ′ P = ∆ℓ′ վեր + ∆ℓ′ os.

Դա տեղի կունենա այնքան ժամանակ, քանի դեռ նմուշը չի պատռվել: Պատռվելուց հետո ընդհանուր երկարացման առաձգական բաղադրիչը (Δℓ վերև հատված) անհետանում է: Մնացորդային երկարացումը պատկերված է ∆ℓ os հատվածով: Եթե դուք դադարեցնեք բեռնումը և բեռնաթափեք նմուշը OB հատվածում, ապա բեռնաթափման գործընթացը կպատկերվի բեռնվածքի գծի հետ համընկնող գծով. դեֆորմացիան զուտ առաձգական է:

Երբ ℓ 0 + ∆ℓ′ oc երկարությամբ նմուշը կրկին բեռնվում է, բեռնման գիծը գործնականում համընկնում է բեռնաթափման NK գծի հետ: Համամասնականության սահմանը մեծացավ և հավասարվեց այն լարմանը, որից իրականացվել է բեռնաթափումը։ Հաջորդը, NK ուղիղ գիծը վերածվեց կորի KL-ի՝ առանց զիջման բարձրության: Դիագրամի ԼՂ գծից ձախ գտնվող հատվածը կտրված է, այսինքն. կոորդինատների ծագումը տեղափոխվել է N կետ: Այսպիսով, ելքի կետից այն կողմ ձգվելու արդյունքում նմուշը փոխեց իր մեխանիկական հատկությունները.

1). ավելացել է համաչափության սահմանը.

2). շրջանառության հարթակն անհետացել է.

3). խզումից հետո հարաբերական երկարացումը նվազել է:

Հատկությունների այս փոփոխությունը կոչվում է կարծրացած.

Երբ կարծրանում է, առաձգական հատկությունները մեծանում են, իսկ ճկունությունը նվազում է: Որոշ դեպքերում (օրինակ՝ մեխանիկական մշակման ժամանակ) կարծրացման երեւույթը անցանկալի է եւ վերացվում է ջերմային մշակմամբ։ Այլ դեպքերում այն ստեղծվում է արհեստականորեն՝ մասերի կամ կառուցվածքների առաձգականությունը բարելավելու համար (զսպանակների կրակոցների մշակում կամ բարձրացնող մեքենաների մալուխների ձգում)։

Սթրեսի դիագրամներ

Նյութի մեխանիկական հատկությունները բնութագրող դիագրամ ստանալու համար Р – ∆ℓ կոորդինատներով առաջնային առաձգական դիագրամը վերակառուցվում է σ – ε կոորդինատներով։ Քանի որ σ = Р/F օրդինատները և աբսցիսները σ = ∆ℓ/ℓ ստացվում են հաստատունների բաժանելով, դիագրամն ունի նույն տեսքը, ինչ սկզբնականը (նկ. 2.18,ա):

σ – ε դիագրամից պարզ է դառնում, որ

դրանք. նորմալ առաձգականության մոդուլը հավասար է դիագրամի ուղիղ հատվածի թեքության անկյան շոշափմանը դեպի աբսցիսային առանցքը։

Սթրեսային դիագրամից հարմար է որոշել այսպես կոչված պայմանական ելքի ուժը։ Փաստն այն է, որ կառուցվածքային նյութերի մեծ մասը չունի զիջման կետ. ուղիղ գիծը սահուն վերածվում է կորի: Այս դեպքում լարումը, որի դեպքում հարաբերական մշտական երկարացումը հավասար է 0,2%-ի, ընդունվում է որպես զիջման ուժի արժեք (պայմանական): Նկ. Նկար 2.18b-ը ցույց է տալիս, թե ինչպես է որոշվում պայմանական զիջման ուժի σ 0.2 արժեքը: Ելքի ուժը σ t, որը որոշվում է եկամտաբերության բարձրության առկայության դեպքում, հաճախ կոչվում է ֆիզիկական.

Þ Þ .

Ճկուն պողպատի համար ψ = 50 – 65%: Եթե վերցնենք ψ = 50% = 0,5, ապա կստանանք S р = 2σ р, այսինքն. ճշմարիտ սթրեսը ամենամեծն է պատռման պահին, ինչը միանգամայն տրամաբանական է:

2.6.2. Տարբեր նյութերի սեղմման փորձարկում

Կոմպրեսիոն փորձարկումն ավելի քիչ տեղեկատվություն է տալիս նյութի հատկությունների մասին, քան առաձգական փորձարկումը: Այնուամենայնիվ, բացարձակապես անհրաժեշտ է բնութագրել նյութի մեխանիկական հատկությունները: Այն իրականացվում է բալոնների տեսքով նմուշների վրա, որոնց բարձրությունը 1,5 անգամ գերազանցում է տրամագիծը, կամ նմուշների վրա՝ խորանարդի տեսքով։

Դիտարկենք պողպատի և չուգունի սեղմման դիագրամները: Պարզության համար մենք դրանք պատկերում ենք նույն նկարում՝ այս նյութերի առաձգական դիագրամներով (նկ. 2.19): Առաջին եռամսյակում առկա են լարվածության դիագրամներ, իսկ երրորդում՝ սեղմման դիագրամներ։

Չուգունի լարվածության և սեղմման դիագրամները նման են ձևի. դրանք հենց սկզբից թեքվում են և անջատվում, երբ հասնում է առավելագույն բեռը: Այնուամենայնիվ, չուգունն ավելի լավ է աշխատում սեղմման ժամանակ, քան լարվածության մեջ (σ դյույմ - = 5 σ դյույմ +): Առաձգական ուժ σ pch-ը չուգունի միակ մեխանիկական հատկանիշն է, որը ստացվել է սեղմման փորձարկման ժամանակ։

Մեքենայի թիթեղների և նմուշի ծայրերի միջև փորձարկման ժամանակ առաջացող շփումը զգալի ազդեցություն ունի փորձարկման արդյունքների և ոչնչացման բնույթի վրա: Գլանաձև պողպատի նմուշը ստանում է տակառի ձև (նկ. 2.20ա), թուջե խորանարդի մեջ առաջանում են ճաքեր՝ բեռի ուղղությամբ 45 0 անկյան տակ։ Եթե նմուշի ծայրերը պարաֆինով քսելու միջոցով բացառենք շփման ազդեցությունը, բեռի ուղղությամբ ճաքեր կառաջանան և ամենամեծ ուժը կլինի ավելի քիչ (նկ. 2.20, բ և գ): Փխրուն նյութերի մեծ մասը (բետոն, քար) սեղմման տակ ձախողվում է այնպես, ինչպես չուգունը և ունեն սեղմման նման դիագրամ:

Հետաքրքրություն է ներկայացնում փայտի փորձարկումը՝ անիզոտրոպ, այսինքն. ունենալով տարբեր ուժ՝ կախված ուժի ուղղությունից՝ կապված նյութի մանրաթելերի ուղղության հետ։ Ավելի ու ավելի լայնորեն օգտագործվող ապակեպլաստիկները նույնպես անիզոտրոպ են: Երբ սեղմվում է մանրաթելերի երկայնքով, փայտը շատ ավելի ամուր է, քան երբ սեղմվում է մանրաթելերի միջով (կորեր 1 և 2 նկար 2.21-ում): Կորը 1 նման է փխրուն նյութերի սեղմման կորերին: Ոչնչացումը տեղի է ունենում խորանարդի մի մասի մյուսի նկատմամբ տեղաշարժվելու պատճառով (նկ. 2.20, դ): Մանրաթելերի վրայով սեղմվելիս փայտը չի փլվում, այլ սեղմվում է (նկ. 2.20e):

Պողպատի նմուշը լարվածության համար փորձարկելիս մենք հայտնաբերեցինք մեխանիկական հատկությունների փոփոխություն՝ ձգվելու արդյունքում, մինչև հայտնվեցին նկատելի մնացորդային դեֆորմացիաներ՝ սառը կարծրացում: Տեսնենք, թե ինչպես է նմուշը պահում սեղմման փորձարկման ժամանակ կարծրանալուց հետո: Նկար 2.19-ում դիագրամը ներկայացված է կետագծով: Սեղմումը հետևում է NC 2 L 2 կորին, որը գտնվում է նմուշի սեղմման դիագրամի վերևում, որը չի ենթարկվել աշխատանքային կարծրացման OC 1 L 1 և գրեթե վերջինիս զուգահեռ: Լարվածությամբ կարծրանալուց հետո համաչափության սահմանները և սեղմման ելքը նվազում են։ Այս երևույթը կոչվում է Բաուշինգերի էֆեկտ՝ այն առաջին անգամ նկարագրած գիտնականի անունով։

2.6.3. Կոշտության որոշում

Նյութի կարծրությունկոչվում է նրա մեջ մեկ այլ, ավելի ամուր մարմնի մեխանիկական ներթափանցմանը դիմակայելու ունակություն: Կոշտությունը բնութագրող մեծությունները կոչվում են կարծրության թվեր։ Որոշվում են տարբեր մեթոդներով, դրանք տարբերվում են չափերով և չափերով և միշտ ուղեկցվում են դրանց որոշման մեթոդի ցուցումով:

Ամենատարածված մեթոդը Բրինելի մեթոդն է: Փորձարկումը բաղկացած է նմուշի մեջ D տրամագծով կարծրացած պողպատե գնդակը սեղմելուց (նկ. 2.22ա): Գնդակը որոշ ժամանակ պահվում է P բեռի տակ, որի արդյունքում մակերեսին մնում է d տրամագծով դրոշմ (անցք)։ Բեռի հարաբերակցությունը kN-ով տպագրության մակերեսին սմ 2-ով կոչվում է Բրինելի կարծրության թիվ

. (2.30)

Օգտագործելով HB կարծրության թիվը՝ հնարավոր է ստանալ որոշ մետաղների առաձգական ուժի մոտավոր արժեքը՝ առանց նմուշը ոչնչացնելու, քանի որ. σ դյույմի և HB-ի միջև կա գծային հարաբերություն՝ σ inch = k ∙ HB (ցածր ածխածնային պողպատի համար k = 0,36, բարձր ամրության պողպատի համար k = 0,33, չուգունի համար k = 0,15, ալյումինի համաձուլվածքների համար k = 0,38, տիտանի համաձուլվածքների համար k = 0,3):

, (2.31)

որտեղ 0.002 կոշտության ստուգիչի ցուցիչի սանդղակի բաժանման արժեքն է:

Կան կարծրության որոշման այլ մեթոդներ (Vickers, Shore, microhardness), որոնք այստեղ չեն քննարկվում։

Կառուցվածքային տարրերի ամրությունը գնահատելու համար ներկայացվում են աշխատանքային (նախագծային) լարումներ, սահմանափակող լարումներ, թույլատրելի լարումներ և անվտանգության սահմաններ հասկացությունները: Դրանք հաշվարկվում են ըստ 4.2, 4.3 կետերում ներկայացված կախվածությունների:

Գործող (հաշվարկված) լարումներ  Եվ  բնութագրում է կառուցվածքային տարրերի լարված վիճակը գործառնական բեռի ազդեցության տակ.

Վերջնական սթրես  լիմ Եվ  լիմ բնութագրում են նյութի մեխանիկական հատկությունները և վտանգավոր են կառուցվածքային տարրի համար՝ իր ամրությամբ:

Թույլատրելի սթրեսներ [  ] Եվ [  ] անվտանգ են և ապահովում են կառուցվածքային տարրի ամրությունը տվյալ աշխատանքային պայմաններում:

Անվտանգության սահման n սահմանում է առավելագույն և թույլատրելի լարումների հարաբերակցությունը՝ հաշվի առնելով տարբեր չհաշվառված գործոնների ուժի վրա բացասական ազդեցությունը։

Մեխանիզմների մասերի անվտանգ շահագործման համար անհրաժեշտ է, որ բեռնված հատվածներում առաջացող առավելագույն լարումները չգերազանցեն տվյալ նյութի համար թույլատրելի արժեքը.

;
,

Որտեղ
Եվ
– վտանգավոր հատվածում ամենաբարձր լարումները (նորմալ  և շոշափող ).
Եվ - այդ լարումների թույլատրելի արժեքները.

Բարդ դիմադրության համար որոշվում են համարժեք լարումներ
վտանգավոր հատվածում. Ուժի պայմանն ունի ձև

Թույլատրելի լարումները որոշվում են՝ կախված առավելագույն լարումներից  լիմԵվ  լիմստացված նյութերի փորձարկման ժամանակ՝ ստատիկ բեռների տակ՝ առաձգական ուժ
Եվ τ INփխրուն նյութերի համար, զիջման ուժ
Եվ τ Տպլաստիկ նյութերի համար; ցիկլային բեռների տակ – դիմացկունության սահմանը Եվ τ r :

;
.

Անվտանգության գործոն նշանակվել է համանման կառույցների նախագծման և շահագործման փորձի հիման վրա:

Մեքենայի մասերի և մեխանիզմների համար, որոնք գործում են ցիկլային բեռների տակ և ունեն սահմանափակ ծառայության ժամկետ, թույլատրելի լարումների հաշվարկն իրականացվում է կախվածության համաձայն.

;
,

Որտեղ
– երկարակեցության գործակից՝ հաշվի առնելով ծառայության ժամկետը:

Հաշվեք ամրության գործակիցը ըստ կախվածության

Որտեղ
- տվյալ նյութի և դեֆորմացիայի տեսակի համար փորձարկման ցիկլերի հիմնական քանակը.
- նշված ծառայության ժամկետին համապատասխան մասի բեռնման ցիկլերի քանակը. մ - տոկունության կորի աստիճանի ցուցիչ:

Կառուցվածքային տարրերը նախագծելիս օգտագործվում են ուժի հաշվարկման երկու մեթոդ.

նախագծային հաշվարկ, որը հիմնված է թույլատրելի սթրեսների վրա, կառուցվածքի հիմնական չափերը որոշելու համար.

ստուգման հաշվարկ՝ գոյություն ունեցող կառույցի աշխատանքը գնահատելու համար:

5.5. Հաշվարկման օրինակներ

5.5.1. Ստատիկ ամրության աստիճանաձողերի հաշվարկ

Դիտարկենք աստիճանավոր կառուցվածքի ձողերի լարված վիճակը դեֆորմացիաների պարզ տեսակների դեպքում: Նկ. Նկար 5.3-ում ներկայացված են բեռնման երեք դիագրամներ (գծապատկերներ 1, 2, 3) F ուժերով փոփոխական խաչմերուկի կլոր ձողերով, որոնք ամրացված են կոշտ հենարանի մեջ, և երեք լարվածության դիագրամներ (էպուրեր 1, 2, 3), որոնք գործում են խաչմերուկներում: բեռնված ձողերից: F = 800 N ուժը կիրառվում է ձողի առանցքից h = 10 մմ հեռավորության վրա: Ձողերի փոքր տրամագիծը d = 5 մմ է, ավելի մեծ տրամագիծը D = 10 մմ: Ձողային նյութ – Սբ. 3 թույլատրելի լարումներով