Untuk keluli dan struktur konkrit bertetulang karbon dan keluli aloi rendah dengan kekuatan meningkat dan tinggi digunakan. Keluli untuk struktur dikelaskan mengikut kaedah peleburan, teknologi penyahoksidaan, komposisi kimia, kaedah pengerasan, kualiti dan tujuan, serta kekuatan.
Mengikut kaedah peleburan, keluli dibahagikan kepada perapian terbuka, penukar oksigen dan Bessemer; mengikut teknologi penyahoksidaan - menjadi tenang, separa senyap dan mendidih (termasuk mendidih bergabus); mengikut kaedah pengerasan - cacat sejuk dan dirawat haba (dikuatkan haba).
Keluli dibahagikan mengikut tujuannya: kepada keluli tujuan am- gelek panas karbon kualiti biasa dan keluli untuk pelbagai tujuan - gelek panas karbon berkualiti tinggi (aloi rendah) dan kekuatan tinggi.
Kelas kekuatan keluli berikut telah ditetapkan (mengikut nilai kekuatan tegangan dan kekuatan alah): C 38/23, C 44/30, C 46/34, C 52/40, C 60/45, C 70/60.
Had kekadaran σ mata- tegasan di mana sisihan daripada hubungan linear antara tegasan dan pemanjangan mencapai settable tertentu spesifikasi atau piawai magnitud (contohnya, penurunan tangen cerun tangen kepada gambar rajah tegangan berkenaan dengan paksi terikan sebanyak 20 atau 33% daripada nilai asalnya).
Pek had anjal σ- tegasan di mana pemanjangan baki mencapai nilai kecil tertentu yang ditetapkan oleh keadaan teknikal atau piawai (contohnya, 0.001; 0.01%, dsb.). Kadangkala had elastik ditunjukkan mengikut toleransi σ 0.001; σ 0.01, dsb.
Kekuatan hasil σ t untuk bahan dengan titik hasil (keluli lembut), ditakrifkan sebagai tegasan yang sepadan dengan titik terendah titik hasil; untuk bahan yang tidak mempunyai titik hasil, kekuatan hasil bersyarat σ 0.2 ditentukan - tegasan di mana pemanjangan sisa sampel mencapai 0.2%.
Kekuatan tegangan (tensile strength) σ in- tegasan sama dengan nisbah beban tertinggi yang mendahului pemusnahan sampel, kepada luas keratan rentas awal sampel. Kekuatan tegangan boleh dikenal pasti dengan kekuatan tegangan hanya untuk bahan rapuh yang gagal tanpa berleher. Untuk bahan plastik, ini adalah ciri sejenis kehilangan kestabilan tegangan, iaitu, ciri rintangan kepada ubah bentuk plastik yang ketara.
Pemanjangan semasa putus δ- nisbah (biasanya dalam %) kenaikan dalam anggaran panjang sampel selepas pecah kepada nilai asalnya. Untuk sampel bulat panjang (l calc \u003d 10d) - δ 10; untuk sampel pendek (l calc \u003d 5d) - δ 5.
Penguncupan relatif semasa putus ψ- nisbah pengurangan kawasan terkecil keratan rentas sampel (selepas pecah) ke kawasan keratan rentas asal sampel.
Kekuatan hasil bersyarat dalam lenturan σ t.i- tegasan biasa, dikira secara bersyarat mengikut formula lenturan elastik, di mana pemanjangan sisa gentian terluar yang paling tertekan mencapai 0.2% atau nilai lain dalam susunan yang sama mengikut keperluan spesifikasi teknikal.
Rintangan sementara (kekuatan tegangan) dalam lenturan σ v.i- tegasan biasa, dikira secara konvensional oleh formula untuk lenturan elastik dan sepadan dengan beban tertinggi yang mendahului patah sampel.
Kekuatan hasil kilasan bersyarat τ 0.2, τ t- tegasan tangen, dikira secara bersyarat mengikut formula kilasan elastik, di mana pemanjangan sisa atau ubah bentuk ricih di sepanjang permukaan sampel mencapai 0.2% atau nilai lain dalam susunan yang sama mengikut keperluan spesifikasi teknikal.
Rintangan sementara (kekuatan tegangan) semasa kilasan τ in- tegasan tangen, dikira secara bersyarat mengikut formula untuk kilasan elastik dan sepadan dengan momen kilasan terbesar yang mendahului pemusnahan sampel.
Kekerasan Brinell HB- kekerasan bahan, ditentukan dengan menekan bola keluli ke dalamnya dan dikira sebagai hasil bagi beban pada permukaan cetakan yang terhasil. Bagi sesetengah bahan terdapat kira-kira perkadaran langsung antara kekerasan HB dan kekuatan tegangan; contohnya, untuk keluli karbon σ dalam ≈ 0.36 HB.
Kekerasan Rockwell HRC, HRB- kekerasan bahan, ditentukan oleh lekukan bola keluli atau kon berlian saiz standard dan diukur dalam unit sewenang-wenangnya menggunakan skala yang berbeza dengan menambah baki kedalaman rendaman apabila bergerak daripada beban standard yang kecil kepada yang besar.
Vickers kekerasan HV- kekerasan bahan, ditentukan oleh lekukan piramid tetrahedral berlian bersaiz standard dan dikira sebagai hasil bagi beban standard pada permukaan sisi tera yang terhasil.
Had rayapan (bersyarat)- tegasan jangka panjang di mana kadar rayapan atau ubah bentuk untuk tempoh beban tertentu pada suhu tertentu tidak melebihi nilai yang ditetapkan oleh spesifikasi teknikal.
Kekuatan muktamad- tegasan menyebabkan kemusnahan sampel selepas tempoh tertentu tindakan berterusan pada suhu tertentu.
had ketahanan- tekanan paling besar yang berubah-ubah secara berkala yang boleh ditahan oleh bahan tanpa pecah bilangan yang besar kitaran yang ditentukan oleh keadaan teknikal (contohnya, 10 6; 10 7; 10 8). Ia ditetapkan dengan kitaran simetri σ -1 (lentur), σ -1 p (tegangan-mampatan), τ -1 (kilasan), dengan kitaran berdenyut (tegasan berbeza dari sifar hingga maksimum), masing-masing σ 0 , σ 0 p dan τ 0 .
Kekuatan impak a k- kerja yang dibelanjakan untuk pemusnahan sampel semasa lenturan hentaman, dirujuk kepada keratan rentas kerja sampel.
Kesan elastik: langsung - peningkatan beransur-ansur dalam ubah bentuk selepas pemberhentian pesat peningkatan beban; sebaliknya ialah pemeliharaan atau penurunan perlahan dalam ubah bentuk selepas penyingkiran cepat beban atau berhenti memunggah.
pengerasan- pengerasan logam, yang berlaku akibat ubah bentuk plastik semasa proses kerja sejuk (gulungan sejuk, lukisan, lukisan).
Penuaan (mekanikal)- perubahan jangka panjang spontan dalam sifat mekanikal keluli selepas pengerasan, disebabkan oleh perubahan fasa. Perbezaan dibuat antara penuaan semula jadi dan suhu bilik, Dan penuaan buatan- pada suhu tinggi.
Kemusnahan keluli mungkin likat (mulur)- daripada ricih, rapuh - daripada pemisahan. Dalam kedua-dua kes, kemusnahan terdiri daripada memecahkan integriti, dalam memecahkan. Ketakselanjaran boleh timbul di bawah keadaan pengumpulan tenaga yang sepadan dengan magnitud tenaga permukaan pada permukaan kesinambungan, dan selaras dengan ini, jarak antara atom mesti mencapai nilai kritikal, di mana ikatan di antara mereka terputus.
Kerja pemusnahan- nilai keseluruhan kawasan rajah tegangan sampel dalam koordinat P-∆l; kerja anjal - kawasan bahagian anjal rajah yang sama; kerja khusus - kerja per unit isipadu bahagian kerja sampel dan sepadan dengan kawasan gambar rajah tegangan dalam koordinat σ-ε.
Graviti tertentu dalam pengiraan, ia diambil bersamaan dengan 7.85 untuk keluli, 7.2 untuk besi tuang; graviti tentu keluli dengan kandungan 0.1% C ialah 7.06 (dalam keadaan cair).
Modulus E keluli dan pemalar elastik lain secara praktikalnya tidak bergantung pada saiz butiran, struktur, nisbah antara isipadu ferit dan pearlit, pada kandungan karbon dan bahan tambahan pengaloian lain.
Modulus keanjalan untuk keluli tergelek, tuangan, kelengkapan gelek panas diperbuat daripada gred keluli St.5 dan St.3 E=2.1·10 6 kg/cm 2 ; untuk keluli 30KhG2S dan 25G2S E=2·10 6 kg/cm 2 . Untuk profil dawai bulat dan berkala yang ditarik sejuk, serta untuk tetulang leper sejuk E=1.8·10 6 kg/sm 2 .
Untuk berkas dan helai wayar berkekuatan tinggi (dengan wayar selari) E=2·10 6 kg/cm 2 ; untuk tali lingkaran keluli dan tali (kabel) dengan teras logam E=1.5·10 4 kg/cm 2 ; untuk kabel dengan teras organik E=1.3·10 6 kg/cm 2 .
Untuk tuangan daripada gred besi tuang kelabu SCH28-48, SCH24-44, SCH21-40 dan SCH18-36 E=1·10 6 kg/cm 2 .
Modulus ricih untuk keluli tergolek G=8.4·10 6 kg/cm 2 .
Nisbah Poisson (nisbah terikan melintang) μ=0,3.
Jadual 1. Pekali pengembangan linear α 10 6 dalam deg -1 (purata)
Keluli |
Dalam pengiraan untuk suhu biasa |
Pada suhu dalam °C |
|||
200 |
400 |
600 |
800 |
||
|
berkarbonat |
|||||
|
aloi rendah |
|||||
Kementerian Pendidikan dan Sains Negara Persekutuan Rusia institusi pendidikan pendidikan profesional yang lebih tinggi
œUniversiti Teknikal Negeri Kuzbass
Jabatan Kekuatan Bahan
PENENTUAN MODULUS ELASTIK JENIS PERTAMA
DAN NISBAH RACUN
Garis panduan untuk kerja makmal disiplin œKekuatan bahan untuk pelajar kepakaran teknikal
Disusun oleh I. A. Panachev M. Yu. Nasonov
Diluluskan pada mesyuarat jabatan No. 8 Minit bertarikh 01/31/2011 Disyorkan untuk dicetak oleh suruhanjaya pendidikan dan metodologi kepakaran 150202 Minit No. 6 bertarikh 03/02/2011 Salinan elektronik ada di perpustakaan KuzSTU
Kemerovo 2011
Tujuan kerja: penentuan eksperimen pemalar "anjal" bahan - keluli VST3
– modulus keanjalan longitudinal (modulus keanjalan jenis pertama, modulus Young);
– pekali terikan melintang (nisbah Poisson).
” 1. Modulus keanjalan longitudinal (modulus keanjalan jenis pertama, modulus Young) - definisi dan penggunaan
perkara 1. Jawatan
Modulus keanjalan longitudinal ditunjukkan oleh huruf Latin - "E".
P. 2. Definisi semantik
E - ini adalah ciri ketegaran (keanjalan) bahan, menunjukkan keupayaannya untuk menahan ubah bentuk membujur (ketegangan, mampatan) dan lenturan.
Perkara 3. Sifat E
1. E ialah "anjal" pemalar bahan, penggunaannya hanya sah dalam had ubah bentuk anjal linear bahan, iaitu, dalam had hukum Hooke (Rajah 1).
Kawasan tindakan |
|||
undang-undang Hooke |
|||
E = tgα |
|||
nasi. Rajah 1. Gambar rajah tegangan keluli Vst3 A-B - bahagian hubungan linear antara terikan - ε
dan tegasan - σ (bahagian undang-undang Hooke); В-С - bahagian pergantungan bukan linear antara ubah bentuk
dan tekanan
2. E mengaitkan terikan dan tegasan dalam formula hukum Hooke dalam tegangan (mampatan) dan dianggarkan secara grafik seperti berikut E = tg (lihat Rajah 1).
3. Bahan dengan nilai berangka yang besar E lebih tegar dan memerlukan lebih banyak usaha untuk mengubah bentuknya.
4. Kebanyakan bahan sepadan dengan nilai pemalar (malar) tertentu E .
5. Nilai E untuk bahan asas diberikan dalam manual tentang kekuatan bahan dan manual pembina mesin, dan jika tiada data dalam manual, ia ditentukan secara eksperimen.
P. 4. Penggunaan E
E digunakan dalam kekuatan bahan dalam penilaian kekuatan
prestasi, ketegaran dan kestabilan elemen struktur:
1) apabila mengira kekuatan dalam proses menentukan tegasan eksperimen daripada terikan yang diukur
≤ [σ]; (1) 2) apabila mengira kekakuan dalam proses penentuan teori
pengurangan ketegangan
3) apabila mengira kestabilan dalam proses menyelesaikan semua jenis masalah.
P. 5. Takrifan berangka
E secara berangka sama dengan voltan yang boleh timbul
V rasuk dengan ketegangan anjalnya sebanyak 100% (2 kali).
E - ciri adalah bersyarat, kerana apabila menentukannya, ia secara bersyarat dianggap bahawa mana-mana bahan mampu berubah bentuk secara elastik, meningkatkan panjangnya dalam bilangan kali yang tidak terhingga, walaupun ia diketahui
- tidak lebih daripada 2% (kecuali getah, getah).
Asas 100% diterima pakai untuk kemudahan penggunaan E dalam formula undang-undang Hooke.
E ditentukan secara praktikal dengan meregangkan sampel dengan pecahan peratus dan meningkatkan tegasan yang terhasil dengan bilangan kali yang sepadan.
Contoh 1: apabila sampel diregangkan sebanyak \u003d 1%, tegasan yang timbul dalam sampel adalah, sebagai contoh, 1000 MPa (10,000 kg / cm2), maka modulus keanjalan akan sama dengan
E \u003d 100 \u003d 100,000 MPa (1,000,000 kg / cm2). Contoh 2: = 0.1% = 100 MPa (1000 kg/cm2)
E \u003d 1000 \u003d 100,000 MPa (1,000,000 kg / cm2).
P. 6. Unit E
E mempunyai dimensi: [kN/cm 2] atau [MPa].
P. 7. Contoh nilai berangka E
Modulus anjal E untuk bahan yang berbeza sama
2.1 104 kN/cm2 |
2.1 105 MPa |
2,100,000 kg/cm2 |
||
1.15 104 kN/cm2 |
1.15 105 MPa |
1 150 000 kg/cm2 |
||
1.0 104 kN/cm2 |
1.0 105 MPa |
1,000,000 kg/cm2 |
||
aluminium - 0.7 104 kN/cm2 |
0.7 105 MPa |
700,000 kg/cm2 |
||
0.15 104 kN/cm2 |
0.15 105 MPa = |
150,000 kg/cm2 |
||
getah - |
0.00008 104 kN/cm2 = 0.0008 105 MPa = 80 kg/cm2. |
|||
Daripada data yang terdapat dalam senarai, kita boleh membuat kesimpulan tentang nisbah kekakuan bahan (kekakuan bahan secara berkadar bergantung pada modulus keanjalan). Sebagai contoh, keluli adalah 2 kali lebih keras daripada tembaga, oleh itu, apabila mempertimbangkan sampel jenis yang sama diperbuat daripada keluli dan tembaga, untuk meregangkannya ke panjang yang sama dalam sempadan ubah bentuk elastik, beban mesti dikenakan pada keluli. sampel dua kali lebih besar berbanding dengan kuprum.
” 2. Nisbah terikan melintang (nisbah Poisson) –
definisi dan penggunaan
perkara 1. Jawatan
Nisbah Poisson dilambangkan dengan huruf Yunani "" (mu).
P. 2. Definisi semantik
- ciri mekanikal elastik bahan, mencirikan keupayaan bahan untuk berubah bentuk secara melintang
dalam arah membujur di bawah aplikasi membujur beban, kerana apabila sampel diregangkan, bersama-sama dengan pemanjangan membujurnya, penyempitan melintangnya juga berlaku (Rajah 2).
nasi. 2. Ubah bentuk membujur dan melintang spesimen di bawah tegangan
Daripada rajah. 2 ia berikutan bahawa ubah bentuk mutlak sampel
l = l1 – l0 , |
b \u003d b 1 - b 0, |
di mana l dan b ialah pemanjangan mutlak dan pengecutan mutlak bagi
l 0 dan l 1 |
sampel (ubah bentuk mutlak); |
||
- permulaan dan panjang akhir sampel; |
|||
b0 dan b1 |
ialah lebar awal dan akhir sampel. |
||
Jika kita menerima bahawa l 1 l 0 |
L, dan b1 b0 = b, |
kemudian secara relatif |
|
ubah bentuk nye sampel akan sama dengan: |
|||
ll |
" = b / b, |
||
- relatif longitudinal dan relatif pop- |
|||
ubah bentuk sungai sampel (pemanjangan relatif |
|||
penyempitan dan penyempitan relatif). |
|||
secara berangka sama dengan nisbah penyempitan relatif sampel kepada pemanjangan relatifnya semasa ubah bentuk membujurnya, iaitu nisbah antara ubah bentuk melintang relatif dan membujur. Hubungan ini dinyatakan
formula |
|||||||||||||||
perkara 3. Sifat
1. Setiap bahan sepadan dengan nilai malar tertentu (malar).
2. Bagi kebanyakan bahan, nilai berangka diberikan dalam manual tentang kekuatan bahan dan manual pembina mesin, jika tidak, ia ditentukan secara eksperimen.
4. Penggunaan
Ia digunakan dalam rintangan bahan sebagai pekali dalam formula undang-undang Hooke umum (2) dan menghubungkan moduli elastik jenis pertama dan kedua, yang akan dibincangkan di bawah.
P. 5. Unit ukuran
ialah kuantiti tanpa dimensi (b/c).
P. 6. Had perubahan
Secara umumnya, untuk bahan isotropik yang dikaji (mempunyai sifat keanjalan yang sama dalam semua arah), julat variasi nisbah Poisson = 0 0.5.
perkara 7. Contoh Nilai Berangka
Nisbah Poisson - untuk pelbagai jenis bahan-
pokok gabus - 0.
” 3. Penerangan tentang peralatan ujian
DALAM mesin ujian tegangan digunakan untuk meregangkan sampel di dalam makmal R-5 (Gamb. 3).
nasi. Rajah 3. Skim mesin ujian tegangan R-5: 1 – pemegang; 2 - kacang; 3 - skru;
9 - meter daya; 10 - tolok terikan
Pemasangan semasa eksperimen berfungsi seperti berikut. Putaran pemegang /1/ dihantar melalui kotak gear ke nat /2/, yang menyebabkan pergerakan menegak skru /3/. Ini membawa kepada regangan sampel /6/ tetap dalam genggaman /4/ dan /5/. Daya dalam sampel dicipta oleh sistem tuas /7/ dan bandul /8/. Jumlah usaha ditetapkan pada skala meter daya /9/. Untuk menentukan terikan membujur dan melintang mutlak, tolok terikan jenis tuil (tolok terikan Guggenberger) /10/.P
nasi. 4. Tolok terikan tuas (Tolok terikan Guggenberger): a - bentuk umum; b - skim dipermudahkan;
l bt - pangkal tolok terikan; l bt - perubahan pada dasar tolok terikan; 1 - sampel; 2 - skru; 3 - pengapit pelekap;
Harga 4 - mengukur satu skala kecil; bahagian 5 skala - anak panah tensiometer indeks; - C tenz bersamaan dengan 0.0016 - engsel; mm (0.00017 - cm tetap / div.). sokongan; 8 - sokongan alih
Tolok terikan hanya boleh mengukur ubah bentuk kawasan di mana ia berada, iaitu kawasan yang dipanggil " tapak tolok terikan", tetapi tidak boleh mengukur terikan mutlak keseluruhan sampel, melainkan sudah tentu panjang sampel adalah sama dengan pangkal tolok terikan.
Disebabkan fakta bahawa ukuran dalam eksperimen akan dibuat oleh tolok terikan dengan dimensi (tapak) jauh lebih kecil daripada dimensi sampel ujian, panjang dan lebar bahagian yang diukur sampel akan dihadkan oleh tapak tolok terikan membujur dan melintang.
E dan adalah ciri-ciri bahan, bukan sampel, jadi E dan diperoleh dengan mengukur ubah bentuk bahagian sampel akan sama seperti semasa mengukur ubah bentuk keseluruhan sampel.
perkara 3. Lokasi tolok terikan dan bahagian penyukat pada sampel
Dalam kerja makmal, untuk meningkatkan ketepatan keputusan yang diperolehi, nilai E dan akan ditentukan oleh dua peserta
susunan sampel ujian yang terletak pada muka bertentangannya (Rajah 5).
bahagian I |
bahagian II
nasi. 5. Skim lokasi bahagian sampel yang dikaji dan tolok terikan pada sampel
1, 2 – tolok terikan membujur; 3, 4 – tolok terikan melintang; (garis putus-putus menunjukkan tolok terikan pada muka tidak kelihatan sampel)
Susunan tolok terikan ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam proses regangan sampel, garis tindakan daya tegangan P tidak selalu bertepatan dengan paksi membujur sampel, iaitu, terdapat kesipian (anjakan garisan). tindakan daya P dari paksi membujur). Purata bacaan tolok terikan yang diambil daripada dua bahagian sampel akan memberikan gambaran sebenar.
perkara 4. Catatan
1. Permohonan untuk sampel beban tambahan yang sama dengan peringkat pemuatan harus memberikan setiap kali kenaikan panjang yang sama. Ini disebabkan oleh fakta bahawa sampel diregangkan dalam kerja makmal ini hanya dalam had sifat keanjalan bahan, dalam had hukum Hooke, yang merupakan hubungan linear antara beban dan terikan. Peruntukan ini membolehkan eksperimen dijalankan berulang kali, menggunakan sebagai asas beban tambahan yang berterusan sama dengan peringkat pemuatan - P, dengan peningkatan seragam dalam jumlah beban. Untuk menjalankan persediaan percubaan
keadaan digunakan peringkat beban awal
niya - P 0.
2. F arr - luas keratan rentas sampel ujian ditentukan mengikut rajah. 6.
h = 0.3 cm
a = 8 cm
” 3. Formula kerja untuk menentukan modulus keanjalan longitudinal - E dan nisbah Poisson -
Dalam kerja makmal, ciri-ciri yang dikehendaki ditentukan dengan mengambil kira kaedah kenaikan daya secara berperingkat dan kesamaan dimensi bahagian ujian ke pangkal tolok terikan membujur dan melintang:
1) E ditentukan daripada formula (3) - Hukum Hooke (jenis II) -
l N l ;
P lbt |
|||||
l bt F arr |
|||||
di mana P |
ialah pertambahan daya yang dikenakan pada sampel (langkah |
||||
l bt |
memuatkan); |
||||
– asas tolok terikan membujur; |
|||||
l bt - perubahan pada dasar tolok terikan membujur; F arr ialah luas keratan rentas sampel.
Tugas utama reka bentuk kejuruteraan ialah pilihan bahagian optimum profil dan bahan pembinaan. Ia adalah perlu untuk mencari dengan tepat saiz yang akan memastikan pemeliharaan bentuk sistem dengan jisim minimum yang mungkin di bawah pengaruh beban. Sebagai contoh, apakah jenis keluli yang harus digunakan sebagai rasuk rentang struktur? Bahan boleh digunakan secara tidak rasional, pemasangan akan menjadi lebih rumit dan struktur akan menjadi lebih berat, kos kewangan akan meningkat. Soalan ini akan dijawab oleh konsep seperti modulus keanjalan keluli. Ia juga akan membolehkan pada peringkat terawal untuk mengelakkan penampilan masalah ini.
Konsep umum
Modulus keanjalan (modulus Young) ialah penunjuk sifat mekanikal bahan yang mencirikan rintangannya terhadap ubah bentuk tegangan. Dalam erti kata lain, ini adalah nilai keplastikan bahan. Semakin tinggi nilai modulus keanjalan, semakin kurang sebarang rod akan meregang di bawah beban yang sama (luas keratan, nilai beban, dll.).
Modulus Young dalam teori keanjalan dilambangkan dengan huruf E. Ia adalah komponen hukum Hooke (mengenai ubah bentuk badan elastik). Nilai ini mengaitkan tegasan yang timbul dalam sampel dan ubah bentuknya.
Nilai ini diukur mengikut sistem piawaian unit antarabangsa dalam MPa (Megapascals). Tetapi jurutera dalam amalan lebih cenderung menggunakan dimensi kgf / cm2.
Secara empirik, penunjuk ini ditentukan dalam makmal saintifik. Intipati kaedah ini ialah pecahnya sampel bahan berbentuk dumbbell pada peralatan khas. Setelah mengetahui pemanjangan dan ketegangan di mana sampel runtuh, mereka membahagikan data berubah kepada satu sama lain. Nilai yang terhasil ialah modulus keanjalan (Young).
Oleh itu, hanya modulus Young bahan elastik ditentukan: kuprum, keluli, dsb. Dan bahan rapuh dimampatkan sehingga retak muncul: konkrit, besi tuang dan seumpamanya.
Sifat mekanikal
Hanya apabila bekerja dalam tegangan atau mampatan, modulus keanjalan (Young) membantu meneka kelakuan bahan tertentu. Tetapi apabila membongkok, menggunting, menghancurkan dan beban lain, anda perlu memasukkan parameter tambahan:
Sebagai tambahan kepada semua perkara di atas, perlu disebutkan bahawa beberapa bahan, bergantung pada arah beban, mempunyai sifat mekanikal. Bahan sedemikian dipanggil anisotropik. Contohnya seperti fabrik, beberapa jenis batu, lamina, kayu, dan sebagainya.
Bahan isotropik mempunyai sifat mekanikal yang sama dan ubah bentuk elastik dalam sebarang arah. Bahan tersebut termasuk logam: aluminium, tembaga, besi tuang, keluli, dsb., serta getah, konkrit, batu alam, plastik tidak berlapis.
Perlu diingatkan bahawa nilai ini tidak tetap. Walaupun untuk satu bahan, ia boleh mempunyai makna yang berbeza bergantung pada tempat daya digunakan. Sesetengah bahan plastik-anjal mempunyai nilai modulus keanjalan yang hampir tetap apabila bekerja dalam tegangan dan dalam mampatan: keluli, aluminium, tembaga. Dan terdapat situasi apabila nilai ini diukur dengan bentuk profil.
Beberapa nilai (nilai dalam juta kgf/cm2):
- Aluminium - 0.7.
- Kayu merentasi gentian - 0.005.
- Kayu di sepanjang gentian - 0.1.
- Konkrit - 0.02.
- Batu granit batu - 0.09.
- Batu kerja bata - 0,03.
- Gangsa - 1.00.
- Loyang - 1.01.
- Kelabu besi tuang - 1.16.
- Besi tuang putih - 1.15.
Perbezaan dalam moduli anjal untuk keluli bergantung pada grednya:
Nilai ini juga berbeza bergantung pada jenis penyewaan:
- Kabel dengan teras logam - 1.95.
- Tali Jalinan - 1.9.
- Kawat kekuatan tinggi - 2.1.
Seperti yang dapat dilihat, sisihan dalam nilai moduli ubah bentuk elastik keluli adalah tidak penting. Atas sebab inilah kebanyakan jurutera, apabila menjalankan pengiraan mereka, mengabaikan ralat dan mengambil nilai yang sama dengan 2.00.
Salah satu tugas utama reka bentuk kejuruteraan ialah pilihan bahan binaan dan bahagian optimum profil. Ia adalah perlu untuk mencari saiz yang, dengan jisim minimum yang mungkin, akan memastikan pemeliharaan bentuk sistem di bawah pengaruh beban.
Sebagai contoh, berapakah bilangan rasuk I keluli yang patut digunakan sebagai rasuk rentang struktur? Jika kami mengambil profil dengan dimensi di bawah yang diperlukan, maka kami dijamin mendapat kemusnahan struktur. Jika lebih, maka ini membawa kepada penggunaan logam yang tidak cekap, dan, akibatnya, kepada struktur yang lebih berat, pemasangan yang lebih sukar, dan peningkatan dalam kos kewangan. Pengetahuan tentang konsep seperti modulus keanjalan keluli akan memberikan jawapan kepada soalan di atas, dan akan mengelakkan penampilan masalah ini pada peringkat awal pengeluaran.
Konsep umum
Modulus keanjalan (juga dikenali sebagai modulus Young) ialah salah satu penunjuk sifat mekanikal bahan, yang mencirikan rintangannya terhadap ubah bentuk tegangan. Dalam erti kata lain, nilainya menunjukkan keplastikan bahan. Semakin besar modulus keanjalan, semakin sedikit sebarang rod akan meregang, semua benda lain adalah sama (nilai beban, luas keratan rentas, dll.).
Dalam teori keanjalan, modulus Young dilambangkan dengan huruf E. Ia adalah sebahagian daripada undang-undang Hooke (undang-undang mengenai ubah bentuk badan elastik). Ia mengaitkan tegasan yang berlaku dalam bahan dan ubah bentuknya.
Mengikut sistem unit piawaian antarabangsa, ia diukur dalam MPa. Tetapi dalam amalan, jurutera lebih suka menggunakan dimensi kgf / cm2.
Penentuan modulus keanjalan dijalankan secara empirik di makmal saintifik. intipati kaedah ini terdiri daripada mengoyak sampel bahan berbentuk dumbbell pada peralatan khas. Setelah mengetahui tegasan dan pemanjangan di mana sampel dimusnahkan, pembolehubah ini dibahagikan antara satu sama lain, dengan itu memperoleh modulus Young.
Kami segera perhatikan bahawa kaedah ini menentukan moduli elastik bahan plastik: keluli, tembaga, dan sebagainya. Bahan rapuh - besi tuang, konkrit - dimampatkan sehingga timbul retakan.
Ciri-ciri tambahan sifat mekanikal
Modulus keanjalan memungkinkan untuk meramalkan kelakuan bahan hanya apabila bekerja dalam mampatan atau ketegangan. Dengan kehadiran jenis beban seperti penghancuran, ricih, lenturan, dll., parameter tambahan perlu diperkenalkan:
- Ketegaran ialah hasil daripada modulus keanjalan dan luas keratan rentas profil. Dengan magnitud ketegaran, seseorang boleh menilai keplastikan bukan bahan, tetapi pemasangan struktur secara keseluruhan. Diukur dalam kilogram daya.
- Pemanjangan membujur relatif menunjukkan nisbah pemanjangan mutlak sampel kepada jumlah panjang sampel. Sebagai contoh, daya tertentu dikenakan pada rod sepanjang 100 mm. Akibatnya, saiznya berkurangan sebanyak 5 mm. Membahagikan pemanjangannya (5 mm) dengan panjang asal (100 mm) kita memperoleh pemanjangan relatif 0.05. Pembolehubah ialah kuantiti tanpa dimensi. Dalam sesetengah kes, untuk kemudahan persepsi, ia diterjemahkan ke dalam peratusan.
- Pemanjangan melintang relatif dikira sama dengan perenggan di atas, tetapi bukannya panjang, diameter rod dipertimbangkan di sini. Eksperimen menunjukkan bahawa bagi kebanyakan bahan pemanjangan melintang adalah 3-4 kali kurang daripada pemanjangan membujur.
- Nisbah Punch ialah nisbah regangan membujur relatif kepada regangan melintang relatif. Parameter ini membolehkan anda menerangkan sepenuhnya perubahan bentuk di bawah pengaruh beban.
- Modulus ricih mencirikan sifat keanjalan apabila sampel tertakluk kepada tegasan tangen, iaitu, dalam kes apabila vektor daya diarahkan pada 90 darjah ke permukaan badan. Contoh beban tersebut ialah kerja rivet dalam ricih, paku dalam menghancurkan, dan sebagainya. Pada umumnya, modulus ricih dikaitkan dengan konsep seperti kelikatan bahan.
- Modulus keanjalan pukal dicirikan oleh perubahan dalam isipadu bahan untuk aplikasi beban yang seragam dan serba boleh. Ia adalah nisbah tekanan isipadu kepada terikan mampatan isipadu. Contoh kerja sedemikian ialah sampel yang diturunkan ke dalam air, yang dipengaruhi oleh tekanan cecair di seluruh kawasannya.
Sebagai tambahan kepada perkara di atas, perlu disebutkan bahawa beberapa jenis bahan mempunyai sifat mekanikal yang berbeza bergantung pada arah beban. Bahan sedemikian dicirikan sebagai anisotropik. Contoh yang jelas ialah kayu, plastik berlamina, beberapa jenis batu, fabrik, dan sebagainya.
Bahan isotropik mempunyai sifat mekanikal yang sama dan ubah bentuk elastik dalam sebarang arah. Ini termasuk logam (keluli, besi tuang, tembaga, aluminium, dll.), plastik tidak berlapis, batu asli, konkrit, getah.
Nilai modulus keanjalan
Perlu diingatkan bahawa modulus Young bukanlah nilai tetap. Walaupun untuk bahan yang sama, ia boleh berubah-ubah bergantung pada titik penggunaan daya.
Sesetengah bahan anjal-plastik mempunyai modulus keanjalan yang lebih kurang malar apabila bekerja dalam kedua-dua mampatan dan dalam tegangan: kuprum, aluminium, keluli. Dalam kes lain, keanjalan mungkin berbeza-beza berdasarkan bentuk profil.
Berikut ialah contoh nilai modulus Young (dalam jutaan kgf/cm2) untuk beberapa bahan:
- Loyang - 1.01.
- Gangsa - 1.00.
- bata batu - 0,03.
- Batu granit - 0.09.
- Konkrit - 0.02.
- Kayu di sepanjang gentian - 0.1.
- Kayu merentasi gentian - 0.005.
- Aluminium - 0.7.
Pertimbangkan perbezaan bacaan antara moduli keanjalan untuk keluli, bergantung pada gred.
Cari dalam buku panduan kejuruteraan DPVA. Masukkan permintaan anda:
Maklumat tambahan daripada Buku Panduan Kejuruteraan DPVA, iaitu subseksyen lain bahagian ini: