Алюминий модуль юнга: Механические свойства алюминия – aluminium-guide.com

alexxlab | 11.08.1989 | 0 | Разное

Содержание

Модуль юнга для стали и других материалов

ПОИСК

    Е — приведенный модуль Юнга, принятый равным модулю упругости стали  [c.71]

    Деформационные свойства. Модуль Р. (Е) при небольшом растяжении на 4—5 десятичных порядков ниже модуля Юнга для стали [соответственно 0,5— [c.158]

    МОДУЛЬ ЮНГА УГЛЕРОДИСТОЙ И ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛЕЙ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ [c.16]

    Следует отметить, что высокая эластичность каучука совершенно отлична от упругих деформаций кристаллических веществ или металлов, составляющих всего несколько процентов от исходных размеров, тогда как каучук можно растягивать в 10 раз.

Резко различаются также необходимые для деформации напряжения.

Модуль упругости (или модуль Юнга) Е, характеризующий отношение между приложенным напряжением и относительным удлинением образца, составляет для стали около 20000 кг/мм , для стекла около 6000 кг/мм , а для каучука лишь около 

[c.228]

    При конструировании важно установить распределение деформаций конструкции, возникающих в процессе эксплуатации под влиянием приложенных напряжений. Напряжения могут возникать из-за давления, создаваемого жидкостью или газом, течением жидкости или неоднородным температурным расширением при изменениях температуры. Упругие свойства часто считают не зависящими от структуры, но существуют ситуации, когда такое утверждение становится неверным. Отдельные зерна металлических кристаллов в отношении упругих свойств анизотропны. Таким образом, упругие постоянные зависят от ориентации зерна по отношению к ориентации приложенных напряжений. В процессе производства деталей может возникнуть преимущественная ориентация отдельных зерен, что и создает упругую анизотропию. Весьма вероятно, что различные степени преимущественной ориентации приводят к довольно широкому разбросу данных по упругим свойствам металлов и сплавов. Вследствие того что этот разброс может вызывать появление погрешности, достигающей в некоторых случаях при расчетах деформаций 20 %, эта тема детально рассматривается в настоящем параграфе. Таблица 3, 4.5,8 — лишь пример того типа информации, которая встречается в литературе. Можно полагать, например, что стали с 5—9 %-ным содержанием хрома должны иметь примерно те же значения модуля Юнга, что и стали, содержание хрома в которых близко к указанному. 

[c.196]

    Прочность сталей значительно изменяется при переходе к высоким температурам. Так, предел прочности при растяжении хромоникелевой стали типа 18-8 падает с 7000 до 4000 кгс/см при 700 °С до 2000 кгс/см при 800 °С. Модуль Юнга углеродистой и легированной сталей уменьшается при нагревании от 20 до 500 °С на 30%.  [c.19]

    Иногда для повышения прочности между двумя пьезоэлементами помещают металлическую пластину [318].

Собственная частота преобразователя может быть повышена расположением двух пассивных (например, стальных) пластин по обе стороны от биморфного преобразователя из двух пьезопластин.

Это объясняется тем, что модуль Юнга стали много больше, чем у пьезокерамики, а изгибная жесткость конструкции определяется в основном ее [c.70]

    Твердость вещества можно оценить при помощи модуля Юнга, представляющего собой отношение приложенного напряжения (или силы, отнесенной к единице площади) и соответствующей ему деформации или удлинения.

Типичные значения модуля Юнга для различных материалов представлены на рис. 7.1. На одном конце шкалы расположены неорганические кристаллические материалы, такие, как алмаз, кварц, сталь и т. д., модули которых [c.

131]

    Еще большее впечатление производит различие в силе, необходимой для осуществления деформации.

Для удлинения стальной проволоки диаметром 1 мм на 1% требуется нагрузка в 1600 Н (двукратный средний вес человека), а для удлинения каучуковой нити того же диаметра на ту же величину необходима нагрузка меньше Ю Н.

Так называемый модуль Юнга (отношение напряжения к удлинению) для стали в 100 000 раз больше, чем для каучука. [c.45]

    Характеристика сталей и сплавов при комнатной температуре и частоте колебаний 20 кгц (р — плотность Е — модуль Юнга Спр — скорость звука рс — волновое сопротивление  [c.115]

    Следует отметить, что для коммуникаций часто применяют титан неоправданно большой толщины, что не вызывается ни прочностными, ни коррозионными требованиями. Часто на титан как конструкционный материал переносятся представления, сложившиеся в результате многолетней работы со сталью.

Так, при замене коммуникаций из стали на титановые используют титан той же толщины, что и сталь. Большой расход титана именно на коммуникации объясняется в некоторой степени и этой причиной.

Например, коллекторы влажного хлора на заводах делают из листов титана толщиной 3—5 мм (только на двух предприятиях эти коллекторы сделаны из листов толщиной 2 мм, но и это значительная толщина). За рубежом для данных целей используют титан толщиной 0,8—1,0 мм.

В связи с тем, что модуль Юнга у титана незначителен, при расчетах следует обращать внимание на возможный прогиб труб, а при монтаже — на крепление трубопроводов. [c.156]

    Любопытные наблюдения публикует Фирс-Виккерс, утверждая, что нержавеющие аустенитовые стали (хромовые и хромоникелевые) дают падение модуля Юнга приблизительно на 1% на каждые 30° повыщения температуры. В случае особенно тяжелых условий работы лучше всего обратиться за информацией к поставщикам стали. [c.670]

    Вулканизованный каучук способен испытывать обратимые деформации на сотни процентов при весьма малом значении модуля упругости. (Модуль Юнга для стали 20 000—22 000 кг/см , для каучука [c.10]

    Следует отметить, что высокая эластичность каучука совершенно отличается от упругих деформаций кристаллических веществ или металлов, которые составляют всего несколько процентов от исходных размеров, тогда как каучук можно растягивать до десятикратных удлинений.

Резко различаются также необходимые для деформации напряжения.

Модуль упругости (или модуль Юнга) Е, характеризующий отношение между приложенным напряжением и относительным удлинением образца, составляет для стали около 20 ООО кг/мм», для стекла—около 6000 кг/мм , а для каучука—лишь около 0,1 кг/мм». Эти различия объясняются тем, что нри упругой деформации кристаллов происходят лишь небольшие изменения средних расстояний между молекулами и валентных расстояний между атомами, связанные со значительными изменениями внутренней энергии напротив, при чистой высоко-эластической деформации большие удлинения происходят без изменения валентных расстояний нри постоянстве внутренней энергии. [c.272]

    На практике все большее применение стали получать ОВ с двуслойным покрытием, в которых первый слой выполнен мягким (буферным) с низким (1—2 МПа) модулем Юнга, а второй—с высоким модулем Юнга от 0,1 до 4 ГПа [52] [c.101]

    В формуле (П1.2) за начальную деформацию 5 обычно (но не обязательно) принимается величина некоторой условно упругой деформации, которая определяет начало пластического течения материала.

Так, если известен модуль Юнга Е или условный предел текучести сг (стандартные справочные характеристики конструкционных сталей), то 0 определяется через любую из этих характеристик с помощью очевидных соотношений  [c.572]

    Относительный вклад в полную деформацию атомов, совершающих большие перемещения, увеличивается при больших напряжениях и повышенных температурах.

Зависимость упругих свойств от структуры и времени при этих условиях становится еще более очевидной.

Значения модуля Юнга стали при 600 «С могут отличаться примерно вдвое для квазистатических и иысокочастот]1ых нагрузок или для ползучестойкой и мягкой стали [1]. [c.197]

    По М.с. различают след. осн. типы материалов 1) жесткие и хрупкие (чугуны, высокоориентир. волокна, камни и др.), для них характерны модули Юнга > 10 ГПа и низкие разрывные удлинения (до неск. %) 2) твердые и пластичные (мн.

пластмассы, мягкие стали, нек-рые цветные металлы), для них характерен модуль Юнга > 2 ГПа и большие разрывные удлинения 3) эластомеры (резины)-низкомодульные в-ва (мвновесный модуль высокоэластичности порядка 0,1-2 МПа), способные к огромнььм обратимым деформациям (сотни %) 4) вязкопластичные среды, способные к неограниченным деформациям и сохраняющие приданную им форму после снятия нагрузки (глины, пластичные смазки, бетонные смеси), 5) жидкости, расплавы солей, металлов, полимеров и т п., способные к необратимым деформациям (течению) и принимающие заданную форму. Возможны также разнообразные промежут. случаи проявления М. с. 

[c.76]

    При проведении теоретических расчетов анизотропии модуля Юнга считается, что упругие свойства поликристаллических материалов определяются константами упругости монокристаллов и преимущественными ориентировками зерен в пространстве [299, 301-305, 307].

При этом обычно пренебрегают взаимодействием между соседними зернами и пользуются различными аппроксимациями.

Наиболее близкой к эксперименту является аппроксимация Хилла, который предложил брать среднее от аппроксимаций Фойгта (одинаковая деформация всех зерен) и Ройсса (одинаковое напряжение во всех зернах).

Бунге в работе [292] рассчитал зависимость величины модуля Юнга от ориентации в плоскости прокатки для холоднокатаной Си. При этом полученная зависимость аналогична по форме экспериментальным данным и ощибка не превышает 7%. Аналогичные исследования были выполнены для Fe промышленной чистоты и Nb [293], стали [294], Си [295]. 

[c.175]

    Следует отметить, что высокая эластичность каучука совершенно отлична от упругих деформаций кристаллических веществ или металлов, составляющих всего несколько процентов от исходных размеров, тогда как каучук можно растягивать в 10 раз.

Резко различаются также необходимые для деформации напряжения.

Модуль упругости (или модуль Юнга) Е, характеризующий отношение между приложенным напряжением-и относительным удлинением образца, составляет для стали около 20000 кг мм , для стекла около 6000 кгЬш , а для каучука лишь около 0,1 кг/мм .

Эти различия объясняются тем, что при упругой деформации кристаллов происходят небольшие изменения средних расстояний между молекулами и валентных расстояний между атомами, связанные со значительными изменениями внутренней энергии.

Напротив, при чистой высокоэластической деформации большие удлинения происходят без изменения валентных расстояний, при постоянстве внутренней энергии (во всяком случае, при удлинениях до 3 раз). Лишь у идеальных газов можно также осуществить большие обратимые сжатия под действием небольших напряжений без изменения внутренней энергии.

Сжатый газ в замкнутом пространстве после снятия давления вновь возвращается к первоначальному объему благодаря тому, что этот процесс соответствует переходу в наиболее вероятное состояние и происходит с увеличением энтропии. Легко видеть, что механизм упругих деформаций газа, несмотря на внешнее несходство, вполне аналогичен механизму эластической деформации каучука, причем модуль [c.228]

    Поражает разнообразие применений, которые уже придуманы для нанотрубок. Первое, это использование нанотрубок в качестве очень прочных микроскопических стержней, нитей, волокон.

Как показывают результаты экспериментов и численного моделирования, модуль Юнга однослойной нанотрубки достигает величин порядка 1-5 ТПа, что на порядок больше, че.м у стали Правда, в настоящее время максимальная длина нанотрубок составляет десятки и сотни. микронов — что, конечно, очень велико по ато.

мным масштабам, но слишком мало для широкого использования. Однако длина нанотрубок, получаемых в лаборатории, постепенно увеличивается — сейчас ученые уже подошли к миллиметровому рубежу. Поэтов есть все основания надеяться, что в скоро.м будуще.м научатся вьфащивать нанотрубки длиной в сантиметры и даже метры.

Безусловно, это сильно повлияет на будущие технологии ведь «трос» толщиной с человеческий волос, способный удерживать груз в сотни килoфa.vIм, найдет себе бесчисленное множество при.менений. [c.175]

    В стеклообразном состоянии (см. рис. 29) при малых напряжениях в полимере возникает только упругая деформация с модулем Юнга 200—600 кгс/мм (для стали модуль Юига равен 20 ООО кгс/мм—). При больших напряжениях деформационные свойства.

аморфных полимеров сложнее В стеклообразном состоянии, в котором пластмас-сы находятся при обычных, а каучуки и резины при низких температурах, растяжение аморфного полимера (рис.

33) внешне пронсходит так же, как и кристаллического, Когда условное напряжение достигает так называемого предела вынужденной эластичности (точка А), в наиболее слабом месте образца образуется шейка , в которую постепенно переходит весь образец (участок А Б). Затем тонкий образец еиде несколько растягивается до разрыва (участок ББ). [c.69]

    Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости, или модулем Юнга. Выше предела применимости закона Гука зависимость деформации от напряжения носит сложный характер.

На примере кривой для стали видно, что нри значительных деформа1(иях может возникать упрочнение деформируемого тела (уменьшение зависимости удлинения от напряжения).

В конце концов напряжение достигает критического значения, и деформируемое тело разрушается при удлинении — разрывается (рис. 73). [c.338]

    Е — модуль Юнга материала, фунт/дюйм (0,07 кГ/см ) р — плотность материала, фунт/фут (0,016 г см ) 8 = 30-106 фунт дюйм — иолуяъ Юнга для стали  [c.356]

    Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости или модулем Юнга. Выше предела применимости закона Гука зависимость деформации от напряжения носит сложный характер.

На примере кривой для стали видно, что при значительных деформациях может возникать упрочнение деформируемого тела (уменьшение зависимости удлинения от напряжения). В конце концов напряжение достигает критического значения и деформируемое тело разрушается при удлинении (рис. 1,1Х)—разрывается.

Значение критического напряжения и предельной величины удлинения — важные показатели механических свойств технических полимеров. [c.249]

    Опытные данные показывают [124], что трубные стали обладают свойством изотропии своих физико-механических свойств в достаточно хорошем приближении. Кроме того, при малых деформациях они, как и большинство конструкционных материалов, следуют закону Гука.

Поэтому, в случае физического обоснования малости ожидаемых деформаций, либо в других строго обоснованных случаях, при анализе НДС промышленной трубопроводной системы можно использовать линейно-упругую модель материала труб, не снижая точности результатов и существенно уменьшая трудоемкость и время проведения расчетов. В качестве независимых параметров упругих свойств материала удобно использовать стандартные технические характеристики модуль Юнга Е коэффициент Пуассона V (либо модуль сдвига О). Эти характеристики связаны между собой соотношением [123]  [c.278]

Источник: http://chem21.info/info/390636/

Модуль упругости Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона значения (Таблица)

Ниже приводятся справочные таблицы общеупотребительных констант; если известны две их них, то этого вполне достаточно для определения упругих свойств однородного изотропного твердого тела.

Модуль Юнга или модуль продольной упругости в дин/см2.

Модуль сдвига или модуль кручения G в дин/см2.

Модуль всестороннего сжатия или модуль объемной упругости К в дин/см2.

Объем сжимаемости k=1/K/.

Коэффициент Пуассона µ равен отношению поперечного относительного сжатия к продольному относительному растяжению.

Для однородного изотропного твердого материала имеют место следующие соотношения между этими константами:

G = E / 2(1 + μ)  —  (α)

μ = (E / 2G) — 1   —  (b) 

K = E / 3(1 — 2μ)  —  (c) 

Коэффициент Пуассона имеет положительный знак, и его значение обычно заключено в пределах от 0,25 до 0,5, но в некоторых случаях он может выходить за указанные пределы. Степень совпадения наблюдаемых значений µ и вычисленных по формуле (b) является показателем изотропности материала.

Таблицы значений Модуля упругости Юнга, Модуля сдвига и коэффициента Пуассона

Курсивом даны значения, вычисленные из соотношений (a), (b), (c).

Материал при 18°СМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.Коэффициент Пуассона µМодуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.
Алюминий7,052,620,3457,58
Висмут3,191,200,3303,13
Железо21,28,20,2916,9
Золото7,82,70,4421,7
Кадмий4,991,920,3004,16
Медь12,984,8330,34313,76
Никель20,47,90,28016,1
Платина16,86,10,37722,8
Свинец1,620,5620,4414,6
Серебро8,273,030,36710,4
Титан11,64,380,3210,7
Цинк9,03,60,256,0
Сталь (1% С) 1)21,08,100,29316,88
(мягкая)21,08,120,29116,78
Константан 2)16,36,110,32715,7
Манганин12,44,650,33412,4
1) Для стали, содержащий около 1% С, упругие константы, как известно , меняются при термообработке.2) 60% Cu, 40% Ni.

Экспериментальные результаты, приводимые ниже, относятся к обычным лабораторным материалам, главным образом проволокам. 

ВеществоМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.Коэффициент Пуассона µМодуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.
Бронза (66% Cu)-9,7-10,23,3-3,70,34-0,4011,2
Медь10,5-13,03,5-4,90,3413,8
Нейзильбер1)11,64,3-4,70,37
Стекло5,1-7,13,10,17-0,323,75
Стекло иенское крон6,5-7,82,6-3,20,20-0,274,0-5,9
Стекло иенское флинт5,0-6,02,0-2,50,22-0,263,6-3,8
Железо сварочное19-207,7-8,30,2916,9
Чугун10-133,5-5,30,23-0,319,6
Магний4,251,630,30
Бронза фосфористая2)12,04,360,38
Платиноид3)13,63,60,37
Кварцевые нити (плав.)7,33,10,173,7
Резина мягкая вулканизированная0,00015-0,00050,00005-0,000150,46-0,49
Сталь20-217,9-8,90,25-0,3316,8
Цинк8,73,80,21
1) 60% Cu, 15% Ni, 25% Zn2) 92,5% Cu, 7% Sn, 0,5% P3) Нейзильбер с небольшим количеством вольфрама.
ВеществоМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.ВеществоМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.
Цинк (чистый)9,0Дуб1,3
Иридий52,0Сосна0,9
Родий29,0Красное дерево0,88
Тантал18,6Цирконий7,4
Инвар17,6Титан10,5-11,0
Сплав 90% Pt, 10% Ir21,0Кальций2,0-2,5
Дюралюминий7,1Свинец0,7-1,6
Шелковые нити10,65Тиковое дерево1,66
Паутина20,3Серебро7,1-8,3
Кетгут0,32Пластмассы:
Лед (-20С)0,28Термопластичные0,14-0,28
Кварц7,3Термореактивные0,35-1,1
Мрамор3,0-4,0Вольфрам41,1
1) Быстро уменьшается с увеличением нагрузки2) Обнаруживает заметную упругую усталость
Температурный коэффициент (при 150С)Et=E11 (1-ɑ (t-15)), Gt=G11 (1-ɑ (t-15))Сжимаемость k, бар-1(при 7-110С)
ɑ, для Еɑ, для G
Алюминий4,8*10-45,2*10-4Алюминий1,36*10-6
Латунь3,7*10-44,6*10-4Медь0,73*10-6
Золото4,8*10-43,3*10-4Золото0,61*10-6
Железо2,3*10-42,8*10-4Свинец2,1*10-6
Сталь2,4*10-42,6*10-4Магний2,8*10-6
Платина0,98*10-41,0*10-4Платина0,36*10-6
Серебро7,5*10-44,5*10-4Стекло флинт3,0*10-6
Олово5,9*10-4Стекло немецкое2,57*10-6
Медь3,0*10-43,1*10-4Сталь0,59*10-6
Нейзильбер6,5*10-4
Фосфористая бронза3,0*10-4
Кварцевые нити-1,5*10-4-1,1*10-4

Источник: http://infotables.ru/fizika/295-uprugie-svojstva-tel

Модуль Юнга для стали

Под термином модуля Юнга или продольной упругости конструкционного материала принято понимать физическую величину, которая показывает определенное свойство материалов. Свойство это обеспечивает их сопротивление, действующим деформациям в продольном направлении. Иными словами, этот показатель говорит о степени жесткости какого-либо конкретного материала.

Свое название данный модуль получил, благодаря Томасу Юнгу, который и работал над выявлением данного феномена. Такая физическая величина выражается в Паскалях и обозначается буквой латинского алфавита – Е.

Область применения

Основной сферой применения данного показателя является испытание всевозможных материалов.

Благодаря этой величине можно судить о степени деформации материала во время его растяжения, сжатия и изгиба. В строительстве крайне важно знать модуль Юнга всех материалов, использующихся в работе.

Именно от него, в большей степени, зависит уровень прочности, долговечности и надежности возведенных зданий.

Нередко можно заметить, что при выражении этой величины, существует приставка «гига». Это делается по той причине, что у многих материалов модуль Юнга имеет достаточно высокую характеристику, доходящую до порядка 109 Па. Для облегчения выражения и добавляется эта приставка, выражающаяся на письме следующим образом «ГПА».

Существует специальная таблица, согласно которой, можно найти показатель модуля Юнга того или иного материала. Так, модуль Юнга для стали равняется 200 Е, (ГПА), что может считаться достаточно высокой цифрой. а наименьшим показателем обладает дерево — всего 10 Е, (ГПА).

Формула модуля Юнга

Если модуль Юнга нужно показать графически, то следует изобразить специальную диаграмму напряжения. На ней будут изображены кривые, которые получались при многократном испытании на прочность одного и того же вещества.

Тогда модуль Юнга можно выразить отношением нормального напряжения к показателю деформации на каком-то участке диаграммы.

Таким образом, математическое выражение можно записать следующим способом E=σ/ε=tgα.

При этом следует помнить, что этот модуль может рассматриваться в виде коэффициента пропорциональности в описании закона Гука, имеющего следующее значение σ=Eε.

Тогда, модуль продольной упругости и показатели поперечных сечений оказываются в непосредственной связи. Зависимость эта может выражаться, как ЕА и Е1.

ЕА является показателем жесткости при сжатии и растяжении материала на его поперечном сечении. Площадь сечения в этом выражении обозначается буквой «А».

Е1 означает показатель жесткости во время изгиба поперечного сечения материала. В этой формуле «1» означает осевой момент инерции, появляющийся в сечении изгибаемого материала.

Самые высокие показатели модуля Юнга имеют:

• Хром – 300 Е, (ГПА)

• Никель – 210 Е, (ГПА)

• Сталь — 200 Е, (ГПА)

• Чугун – 120 Е, (ГПА)

• Хром – 110 Е, (ГПА)

• Кремний – 110 Е, (ГПА).

Среди материалов с самым низким значением модуля Юнга можно отметить:

• Олово – 35 Е, (ГПА)

• Бетон – 20 Е, (ГПА)

• Свинец – 18 Е, (ГПА)

• Древесина – 10 Е, (ГПА).

Источник: http://specural.com/articles/5/modul-yunga-dlya-stali.html

Модуль упругости алюминия и алюминиевых сплавов

Модуль упругости = Модуль Юнга

На рисунке можно видеть, что на начальном этапе кривой напряжение-деформация увеличение деформации на единицу увеличения напряжения у алюминия и алюминиевых сплавов происходит намного быстрее, чем у стали – в три раза.

Наклон этой части кривой определяет характеристику материала — модуль упругости (модуль Юнга). Поскольку единица измерения деформации – безразмерная величина, то размерность модуля Юнга совпадает с размерностью напряжения.

Модуль Юнга алюминия составляет примерно одну треть от модуля Юнга стали и для большинства алюминиевых сплавов находится между 65500 и 72400 МПа.
См.  Модуль упругости различных алюминиевых сплавов

Ясно, что если стальную балку заменить на идентичную по форме балку из алюминиевого сплава, то вес ее будет в три раза меньше, но и ее упругий прогиб под той же нагрузкой будет приблизительно в три раза больше.

Можно отметить, что при этом алюминиевая балка тех же размеров, что и стальная балка поглощает в три раза больше энергии, но только до тех пор, пока напряжения в алюминиевом сплаве остаются ниже предела упругости.

Жесткость алюминиевых профилей

Стоит отметить, что жесткость конструкционного элемента определяется как произведение модуля упругости материала и момента инерции сечения элемента (E × I) и именно от жесткости зависит прогиб элемента под воздействием изгибающей нагрузки.

Это дает алюминию шанс в соревновании со сталью: прессованные алюминиевые профили могут иметь намного более сложные поперечные сечения и тем самым компенсировать малость модуля упругости алюминия увеличением момента инерции их поперечных сечений. Кроме жесткости на изгиб необходимо учитывать и другие факторы, например, жесткость на кручение.

В результате всего этого сложность поперечного сечения профиля возрастает и часто «съедает» часть ожидаемого выигрыша в весе, который обычно составляет около 50 % вместо возможных 33 %.

В таблицах представлены типичные прочностные характеристики популярных деформируемыхалюминиевых сплавов: предел прочности, предел текучести и удлинение при испытаниях на растяжение, а также усталостная прочность, твердость и модуль упругости – отдельно для сплавов, упрочняемых нагартовкой, и сплавов, упрочняемые термической обработкой. Как типичные свойства они годятся только для сравнительных целей, а не для инженерных расчетов. В большинстве случаев они являются средними значениями для различных размеров изделий, их форм и методов изготовления.

Источник: Aluminium and Aluminium Alloys. — ASM International, 1993.

Источник: http://uvakin.ru/modul-uprugosti-alyuminiya-i-alyuminievyx-splavov/

Модуль Юнга

модуль юнга, модуль юнга вікіпедія
L−1MT−2

Единицы измеренияСИ

Па

СГС

дин·см-2

Модуль Юнга (модуль продольной упругости) — физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению/сжатию при упругой деформации. Назван в честь английского физика XIX века Томаса Юнга.

В динамических задачах механики модуль Юнга рассматривается в более общем смысле — как функционал среды и процесса. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в ньютонах на метр в квадрате или в паскалях.

Является одним из модулей упругости.

Модуль Юнга рассчитывается следующим образом:

где:

  • F — нормальная составляющая силы,
  • S — площадь поверхности, по которой распределено действие силы,
  • l — длина деформируемого стержня,
  •  — модуль изменения длины стержня в результате упругой деформации (измеренного в тех же единицах, что и длина l).

Через модуль Юнга вычисляется скорость распространения продольной волны в тонком стержне:

где  — плотность вещества.

Содержание

  • 1 Связь с другими модулями упругости
  • 2 Значения модуля Юнга для некоторых материалов
  • 3 См. также
  • 4 Примечания
  • 5 Литература
  • 6 Ссылки

Связь с другими модулями упругости

В случае изотропного тела модуль Юнга связан с модулем сдвига и модулем объёмной упругости соотношениями

и

где — коэффициент Пуассона.

Значения модуля Юнга для некоторых материалов

Значения модуля Юнга для некоторых материалов приведены в таблице

Материалмодуль Юнга E, ГПа
Алюминий70
Бронза75-125
Вольфрам350
Германий83
Дюралюминий74
Иридий520
Кадмий50
Кобальт210
Константан163
Кремний109
Латунь95
Лёд3
Магний45
Манганин124
Медь110
Никель210
Олово35
Свинец18
Серебро80
Серый чугун110
Сталь210
Стекло70
Титан112
Фарфор59
Цинк120
Хром300

См. также

Примечания

  1. Модули упругости – Статьи в Физическом энциклопедическом словаре и Физической энциклопедии.
  2. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3т. Т. 1/В. И. Анурьев; 8-е изд., перераб и доп. Под ред. И. Н. Жестковой — М.: Машиностроение, 2001. — С. 34. ISBN 5-217-02963-3

Литература

  • Волькенштейн, В. С. Сборник задач по общему курсу физики / В. С. Волькенштейн. — СПб.: Лань, 1999. — 328 с.

Ссылки

  • Квазистатический модуль Юнга (код на Mathcad).
  • Модуль упругости I рода
п·о·р Модули упругости для гомогенных изотропных материалов

Объёмный модуль упругости () | Модуль Юнга () | Параметры Ламе () | Модуль сдвига () | Коэффициент Пуассона () | en:P-wave modulus ()

модуль юнга, модуль юнга вікіпедія, модуль юнга деформация, модуль юнга н/мм2, модуль юнга стали, модуль юнга формула, модуль юнга это

Модуль Юнга Информацию О

Модуль Юнга

Модуль Юнга
Модуль Юнга Вы просматриваете субъект
Модуль Юнга что, Модуль Юнга кто, Модуль Юнга описание

There are excerpts from wikipedia on .postlight.com»>

Источник: https://www.turkaramamotoru.com/ru/-90808.html

Модуль упругости алюминия кг см2. Перевод единиц измерения модулей упругости, модулей Юнга (E), предела прочности, модулей сдвига (G), предела текучести

Основной главной задачей инженерного проектирования служит выбор оптимального сечения профиля и материала конструкции. Нужно найти именно тот размер, который обеспечит сохранение формы системы при минимальной возможной массе под влиянием нагрузки. К примеру, какую именно сталь следует применять в качестве пролётной балки сооружения? Материал может использоваться нерационально, усложнится монтаж и утяжелится конструкция, увеличатся финансовые затраты. На этот вопрос ответит такое понятие как модуль упругости стали. Он же позволит на самой ранней стадии избежать появления этих проблем.

Общие понятия

Модуль упругости (модуль Юнга) – это показатель механического свойства материала, характеризующий его сопротивляемость деформации растяжения . Иными словами, это значение пластичности материала. Чем выше значения модуля упругости, тем меньше будет какой-либо стержень растягиваться при иных равных нагрузках (площадь сечения, величина нагрузки и другие).

Модуль Юнга в теории упругости обозначается буквой Е. Он является составляющей закона Гука (о деформации упругих тел). Эта величина связывает возникающее в образце напряжение и его деформацию.

Измеряется эта величина согласно стандартной международной системе единиц в МПа (Мегапаскалях) . Но инженеры на практике больше склоняются к применению размерности кгс/см2.

Опытным путём осуществляется определение этого показателя в научных лабораториях. Сутью этого метода является разрыв гантелеобразных образцов материала на специальном оборудовании. Узнав удлинение и натяжение, при которых образец разрушился, делят переменные данные друг на друга. Полученная величина и является модулем (Юнга) упругости.

Таким образом определяется только модуль Юнга материалов упругих: медь, сталь и прочее. А материалы хрупкие сжимают до того момента, пока не появятся трещины: бетон, чугун и им подобные.

Механические свойства

Только при работе на растяжение или сжатие модуль (Юнга) упругости помогает угадать поведение того или иного материала . А вот при изгибе, срезе, смятии и прочих нагрузках потребуется ввести дополнительные параметры:

Кроме всего вышесказанного стоит упомянуть, что у некоторых материалов в зависимости от направления нагрузки разные механические свойства . Подобные материалы называются анизотропными. Примерами подобного является ткани, некоторые виды камня, слоистые пластмассы, древесина и прочее.

У материалов изотропных механические свойства и деформация упругая в любом направлении одинаковы. К таким материалам относятся металлы: алюминий, медь, чугун, сталь и прочее, а также каучук, бетон, естественные камни, пластмассы неслоистые.

Модуль упругости

Стоит отметить, что эта величина непостоянная. Даже для одного материала она может иметь разное значение в зависимости от того, в какие точки была приложена сила. Кое-какие пластично-упругие материалы имеют практически постоянное значение модуля упругости при работе как на растяжение, так и на сжатие: сталь, алюминий, медь. А есть и такие ситуации, когда эта величина измеряется формой профиля.

Некоторые значения (величина представлена в миллионах кгс/см2) :

  1. Алюминий – 0,7.
  2. Древесина поперёк волокон – 0,005.
  3. Древесина вдоль волокон – 0,1.
  4. Бетон – 0,02.
  5. Каменная гранитная кладка – 0,09.
  6. Каменная кирпичная кладка – 0,03.
  7. Бронза – 1,00.
  8. Латунь – 1,01.
  9. Чугун серый – 1,16.
  10. Чугун белый – 1,15.

Разница в показателях модулей упругости для сталей в зависимости от их марок:

Ещё это значение изменяется в зависимости от вида проката:

  1. Трос с сердечником металлическим – 1,95.
  2. Канат плетёный – 1,9.
  3. Проволока высокой прочности – 2,1.

Как видно, отклонения в значениях модулей упругой деформации стали незначительны. Именно по этой причине большинство инженеров, проводя свои расчёты, пренебрегают погрешностями и берут значение, равное 2,00.

Физические характеристики материалов для стальных конструкций

2,06 · 10 5 (2,1 · 10 6)

0,83 · 10 5 (0,85 · 10 6)

0,98 · 10 5 (1,0 · 10 6)

1,96 · 10 5 (2,0 · 10 6)

1,67 · 10 5 (1,7 · 10 6)

1,47 · 10 5 (1,5 · 10 6)

1,27 · 10 5 (1,3 · 10 6)

0,78 · 10 5 (0,81 · 10 6)

Примечание. Значения модуля упругости даны для канатов, предварительно вытянутых усилием не менее 60 % разрывного усилия для каната в целом.

Физические характеристики проводов и проволоки

Модуль упругости – общее название нескольких физических величин, характеризующих способность твёрдого тела (материала, вещества) упруго деформироваться (то есть не постоянно) при приложении к нему силы. В области упругой деформации модуль упругости тела в общем случае зависит от напряжения и определяется производной (градиентом) зависимости напряжения от деформации, то есть тангенсом угла наклона начального линейного участка диаграммы напряжений-деформаций:

E = def d σ d ε > >

В наиболее распространенном случае зависимость напряжения и деформации линейная (закон Гука):

E = σ ε >> .

Если напряжение измеряется в паскалях, то, поскольку деформация является безразмерной величиной, единицей измерения Е также будет паскаль. Альтернативным определением является определение, что модуль упругости – это напряжение, достаточное для того, чтобы вызвать увеличение длины образца в два раза. Такое определение не является точным для большинства материалов, потому что это значение намного больше чем предел текучести материала или значения, при котором удлинение становится нелинейным, однако оно может оказаться более интуитивным.

Разнообразие способов, которыми могут быть изменены напряжения и деформации, включая различные направления действия силы, позволяют определить множество типов модулей упругости. Здесь даны три основных модуля:

Гомогенные и изотропные материалы (твердые), обладающие линейными упругими свойствами, полностью описываются двумя модулями упругости, представляющими собой пару любых модулей. Если дана пара модулей упругости, все другие модули могут быть получены по формулам, представленным в таблице ниже.

В невязких течениях не существует сдвигового напряжения, поэтому сдвиговый модуль всегда равен нулю. Это влечёт также и равенство нулю модуля Юнга.

или второй параметр Ламе

Модули упругости (Е) для некоторых веществ.

Модуль упругости для стали, а также для других материалов

Перед тем, как использовать какой-либо материал в строительных работах, следует ознакомиться с его физическими характеристиками для того, чтобы знать как с ним обращаться, какое механическое воздействие будет для него приемлемым, и так далее. Одной из важных характеристик, на которые очень часто обращают внимание, является модуль упругости.

Ниже рассмотрим само понятие, а также эту величину по отношению к одному из самых популярных в строительстве и ремонтных работах материалу – стали. Также будут рассмотрены эти показатели у других материалов, ради примера.

Модуль упругости – что это?

Модулем упругости какого-либо материала называют совокупность физических величин, которые характеризуют способность какого-либо твёрдого тела упруго деформироваться в условиях приложения к нему силы. Выражается она буквой Е. Так она будет упомянута во всех таблицах, которые будут идти далее в статье.

Невозможно утверждать, что существует только один способ выявления значения упругости. Различные подходы к изучению этой величины привели к тому, что существует сразу несколько разных подходов. Ниже будут приведены три основных способа расчёта показателей этой характеристики для разных материалов:

  • Модуль Юнга (Е) описывает сопротивление материала любому растяжению или сжатию при упругой деформации. Определяется вариант Юнга отношением напряжения к деформации сжатия. Обычно именно его называют просто модулем упругости.
  • Модуль сдвига (G), называемый также модулем жёсткости. Этот способ выявляет способность материала оказывать сопротивление любому изменению формы, но в условиях сохранения им своей нормы. Модуль сдвига выражается отношением напряжения сдвига к деформации сдвига, которая определяется в виде изменения прямого угла между имеющимися плоскостями, подвергающимися воздействию касательных напряжений. Модуль сдвига, кстати, является одной из составляющих такого явления, как вязкость.
  • Модуль объёмной упругости (К), которые также именуется модулем объёмного сжатия. Данный вариант обозначает способность объекта из какого-либо материала изменять свой объём в случае воздействия на него всестороннего нормального напряжения, являющимся одинаковым по всем своим направлениям. Выражается этот вариант отношением величины объёмного напряжения к величине относительного объёмного сжатия.
  • Существуют также и другие показатели упругости, которые измеряются в других величинах и выражаются другими отношениями. Другими ещё очень известными и популярными вариантами показателей упругости являются параметры Ламе или же коэффициент Пуассона.

Таблица показателей упругости материалов

Перед тем, как перейти непосредственно к этой характеристике стали, рассмотрим для начала, в качестве примера и дополнительной информации, таблицу, содержащую данные об этой величине по отношению к другим материалам.2 .

  • И напоследок коэффициент Пуассона для стали равен значению 0,3
  • Это общие данные, приведённые для видов стали и стальных изделий. Каждая величина была высчитано согласно всем физическим правилам и с учётом всех имеющихся отношений, которые используются для выведения величин этой характеристики.

    Ниже будет приведена вся общая информация об этой характеристике стали. Значения будут даваться как по модулю Юнга, так и по модулю сдвига, как в одних единицах измерения (МПа), так и в других (кг/см2, ньютон*м2).

    Сталь и несколько разных её марок

    Значения показателей упругости стали разнятся, так как существуют сразу несколько модулей, которые исчисляются и высчитываются по-разному. Можно заметить тот факт, что в принципе сильно показатели не разнятся, что свидетельствует в пользу разных исследований упругости различных материалов. Но сильно углубляться во все вычисления, формулы и значения не стоит, так как достаточно выбрать определённое значение упругости, чтобы уже в дальнейшем ориентироваться на него.2.

    Данная информация поможет разобраться с самим понятием модуля упругости, а также ознакомиться с основными значения данной характеристики для стали, стальных изделий, а также для нескольких других материалов.

    Следует помнить, что показатели модуля упругости разные для различных сплавов стали и для различных стальных конструкций, которые содержат в своём составе и другие соединения. Но даже в таких условиях, можно заметить тот факт, что различаются показатели ненамного. Величина модуля упругости стали практически зависит от структуры. а также от содержания углерода. Способ горячей или холодной обработки стали также не может сильно повлиять на этот показатель.

    stanok.guru

    Таблица. Значения модулей продольных упругостей Е, модулей сдвигов G и коэффициентов Пуассона µ (при температуре 20oC).

    Материал

    Модули, Мпа

    Коэффициент Пуассона

    Сталь(1,86÷2,1)*105(7,8÷8,3)*1040,25-0,33
    Чугун серый(0,78÷1,47)*1054,4*1040,23-0,27
    Чугун серый модифицированный(1,2÷1,6)*105(5÷6,9)*104
    Медь техническая(1,08÷1,3)*1054,8*104
    Бронза оловянная(0,74÷1,22)*1050,32-0,35
    Бронза безоловянная(1,02÷1,2)*105
    Латунь алюминиевая(0,98÷1,08)*105(3,6÷3,9)*1040,32-0,34
    Алюминивые сплавы(0,69÷0,705)*1052,6*1040,33
    Магнивые сплавы(0,4÷0,44)*1050,34
    Никель технический2,5*1057,35*1040,33
    Свинец технический(0,15÷0,2)*1050,7*1040,42
    Цинк технический0,78*1053,2*1040,27
    Кладка из кирпича(0,24÷0,3)*104
    Бетон (при временном сопротивлении) (1-2МПа)(1,48÷2,25)*1040,16-0,18
    Железобетон обычный: сжатые элементы(1,8÷4,2)*104
    Железобетон обычный: изгибаемые элементы(1,07÷2,64)*104
    Древесина всех пород: вдоль волокон(8,8÷15,7)*104(4,4÷6,4)*102
    Древесина всех пород: поперек волокон(3,9÷9,8)*104(4,4÷6,4)*102
    Фанера авиационная 1-го сорта: вдоль волокон12,7*103
    Фанера авиационная 1-го сорта: поперек волокон6,4*103
    Текстолит (ПТ, ПТК, ПТ-1)(5,9÷9,8)*103
    Гетинакс(9,8÷17,1)*103
    Винипласт листовой3,9*103
    Стекло(4,9÷5,9)*104(2,05÷2,25)*1030,24-0,27
    Органическое стекло(2,8÷4,9)*1030,35-0,38
    Бакелит без наполнителей(1,96÷5,9)*103(6,86÷20,5)*1020,35-0,38
    Целлулоид(1,47÷2,45)*103(6,86÷9,8)*1020,4
    Каучук0,07*1042*103
    Стеклопласт3,4*104(3,5÷3,9)*103
    Капрон(1,37÷1,96)*103
    Фторопласт Ф-4(4,6÷8,3)*102

    tehtab.ru

    Модуль упругости Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона значения (Таблица)

    Упругие свойства тел

    Ниже приводятся справочные таблицы общеупотребительных констант; если известны две их них, то этого вполне достаточно для определения упругих свойств однородного изотропного твердого тела.

    Модуль Юнга или модуль продольной упругости в дин/см2.

    Модуль сдвига или модуль кручения G в дин/см2.

    Модуль всестороннего сжатия или модуль объемной упругости К в дин/см2.

    Объем сжимаемости k=1/K/.

    Коэффициент Пуассона µ равен отношению поперечного относительного сжатия к продольному относительному растяжению.

    Для однородного изотропного твердого материала имеют место следующие соотношения между этими константами:

    G = E / 2(1 + μ) – (α)

    μ = (E / 2G) – 1 – (b)

    K = E / 3(1 – 2μ) – (c)

    Коэффициент Пуассона имеет положительный знак, и его значение обычно заключено в пределах от 0,25 до 0,5, но в некоторых случаях он может выходить за указанные пределы. Степень совпадения наблюдаемых значений µ и вычисленных по формуле (b) является показателем изотропности материала.

    Таблицы значений Модуля упругости Юнга, Модуля сдвига и коэффициента Пуассона

    Курсивом даны значения, вычисленные из соотношений (a), (b), (c).

    Материал при 18°С

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Коэффициент Пуассона µ

    Алюминий

    Сталь (1% С) 1)

    Константан 2)

    Манганин

    1) Для стали, содержащий около 1% С, упругие константы, как известно, меняются при термообработке.

    2) 60% Cu, 40% Ni.

    Экспериментальные результаты, приводимые ниже, относятся к обычным лабораторным материалам, главным образом проволокам.

    Вещество

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.

    Коэффициент Пуассона µ

    Модуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.

    Бронза (66% Cu)

    Нейзильбер1)

    Стекло иенское крон

    Стекло иенское флинт

    Железо сварочное

    Бронза фосфористая2)

    Платиноид3)

    Кварцевые нити (плав.)

    Резина мягкая вулканизированная

    1) 60% Cu, 15% Ni, 25% Zn

    2) 92,5% Cu, 7% Sn, 0,5% P

    3) Нейзильбер с небольшим количеством вольфрама.

    Вещество

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Вещество

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Цинк (чистый)

    Красное дерево

    Цирконий

    Сплав 90% Pt, 10% Ir

    Дюралюминий

    Шелковые нити1

    Тиковое дерево

    Пластмассы:

    Термопластичные

    Термореактивные

    Вольфрам

    1) Быстро уменьшается с увеличением нагрузки

    2) Обнаруживает заметную упругую усталость

    Температурный коэффициент (при 150С)

    Et=E11 (1-ɑ (t-15)), Gt=G11 (1-ɑ (t-15))

    Сжимаемость k, бар-1 (при 7-110С)

    Алюминий

    Алюминий

    Стекло флинт

    Стекло немецкое

    Нейзильбер

    Фосфористая бронза

    Кварцевые нити

    infotables.ru

    Модуль упругости (модуль Юнга) | Мир сварки

    Модуль упругости

    Модуль упругости (модуль Юнга) E – характеризует сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации, или свойство объекта деформироваться вдоль оси при воздействии силы вдоль этой оси; определяется как отношение напряжения к удлинению. Часто модуль Юнга называют просто модулем упругости.

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

    Модуль упругости (модуль Юнга)Материал Eкгс/мм2 107 Н/м2 МПа
    Металлы
    Алюминий6300-75006180-736061800-73600
    Алюминий отожженный6980685068500
    Бериллий3005029500295000
    Бронза1060010400104000
    Бронза алюминиевая, литье1050010300103000
    Бронза фосфористая катаная1152011300113000
    Ванадий1350013250132500
    Ванадий отожженный1508014800148000
    Висмут3200314031400
    Висмут литой3250319031900
    Вольфрам3810037400374000
    Вольфрам отожженный38800-4080034200-40000342000-400000
    Гафний1415013900139000
    Дюралюминий7000687068700
    Дюралюминий катаный7140700070000
    Железо кованое20000-2200019620-21580196200-215800
    Железо литое10200-1325010000-13000100000-130000
    Золото7000-85006870-834068700-83400
    Золото отожженное8200806080600
    Инвар1400013730137300
    Индий5300520052000
    Иридий5300520052000
    Кадмий5300520052000
    Кадмий литой5090499049900
    Кобальт отожженный19980-2100019600-20600196000-206000
    Константан1660016300163000
    Латунь8000-100007850-981078500-98100
    Латунь корабельная катаная10000980098000
    Латунь холоднотянутая9100-98908900-970089000-97000
    Магний4360428042800
    Манганин1260012360123600
    Медь1312012870128700
    Медь деформированная1142011200112000
    Медь литая8360820082000
    Медь прокатанная1100010800108000
    Медь холоднотянутая1295012700127000
    Молибден2915028600286000
    Нейзильбер1100010790107900
    Никель20000-2200019620-21580196200-215800
    Никель отожженный2060020200202000
    Ниобий9080891089100
    Олово4000-54003920-530039200-53000
    Олово литое4140-59804060-586040600-58600
    Осмий5657055500555000
    Палладий10000-140009810-1373098100-137300
    Палладий литой1152011300113000
    Платина1723016900169000
    Платина отожженная1498014700147000
    Родий отожженный2803027500275000
    Рутений отожженный4300042200422000
    Свинец1600157015700
    Свинец литой1650162016200
    Серебро8430827082700
    Серебро отожженное8200805080500
    Сталь инструментальная21000-2200020600-21580206000-215800
    Сталь легированная2100020600206000
    Сталь специальная22000-2400021580-23540215800-235400
    Сталь углеродистая19880-2090019500-20500195000-205000
    Стальное литье1733017000170000
    Тантал1900018640186400
    Тантал отожженный1896018600186000
    Титан1100010800108000
    Хром2500024500245000
    Цинк8000-100007850-981078500-98100
    Цинк катаный8360820082000
    Цинк литой1295012700127000
    Цирконий8950878087800
    Чугун7500-85007360-834073600-83400
    Чугун белый, серый11520-1183011300-11600113000-116000
    Чугун ковкий1529015000150000
    Пластмассы
    Плексиглас5355255250
    Целлулоид173-194170-1901700-1900
    Стекло органическое3002952950
    Резины
    Каучук0,800,797,9
    Резина мягкая вулканизированная0,15-0,510,15-0,501,5-5,0
    Дерево
    Бамбук2000196019600
    Береза1500147014700
    Бук1600163016300
    Дуб1600163016300
    Ель9008808800
    Железное дерево2400235032500
    Сосна9008808800
    Минералы
    Кварц6800667066700
    Различные материалы
    Бетон1530-41001500-400015000-40000
    Гранит3570-51003500-500035000-50000
    Известняк плотный3570350035000
    Кварцевая нить (плавленая)7440730073000
    Кетгут3002952950
    Лед (при -2 °С)3002952950
    Мрамор3570-51003500-500035000-50000
    Стекло5000-79504900-780049000-78000
    Стекло крон7200706070600
    Стекло флинт5500540070600
    Литература
    1. Краткий физико-технический справочник. Т.1 / Под общ. ред. К.П. Яковлева. М.: ФИЗМАТГИЗ. 1960. – 446 с.
    2. Справочник по сварке цветных металлов / С.М. Гуревич. Киев.: Наукова думка. 1981. 680 с.
    3. Справочник по элементарной физике / Н.Н. Кошкин, М.Г. Ширкевич. М., Наука. 1976. 256 с.
    4. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М., Атомиздат. 1976, 1008 с.

    weldworld.ru

    МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА | Энциклопедия Кругосвет

    Содержание статьи

    МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Когда на металлический образец действует сила или система сил, он реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Различные характеристики, которыми определяются поведение и конечное состояние металлического образца в зависимости от вида и интенсивности сил, называются механическими свойствами металла.

    Интенсивность силы, действующей на образец, называется напряжением и измеряется как полная сила, отнесенная к площади, на которую она действует. Под деформацией понимается относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями.

    УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, РАЗРУШЕНИЕ

    Если напряжение, приложенное к металлическому образцу, не слишком велико, то его деформация оказывается упругой – стоит снять напряжение, как его форма восстанавливается. Некоторые металлические конструкции намеренно проектируют так, чтобы они упруго деформировались. Так, от пружин обычно требуется довольно большая упругая деформация. В других случаях упругую деформацию сводят к минимуму. Мосты, балки, механизмы, приборы делают по возможности более жесткими. Упругая деформация металлического образца пропорциональна силе или сумме сил, действующих на него. Это выражается законом Гука, согласно которому напряжение равно упругой деформации, умноженной на постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости: s = eY, где s – напряжение, e – упругая деформация, а Y – модуль упругости (модуль Юнга). Модули упругости ряда металлов представлены в табл. 1.

    Пользуясь данными этой таблицы, можно вычислить, например, силу, необходимую для того, чтобы растянуть стальной стержень квадратного поперечного сечения со стороной 1 см на 0,1% его длины:

    F = YґAґDL/L = 200 000 МПа ґ 1 см2ґ0,001 = 20 000 Н (= 20 кН)

    Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, превышающие его предел упругости, они вызывают пластическую (необратимую) деформацию, приводящую к необратимому изменению его формы. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала.

    Важнейшим критерием при выборе металлического материала, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести. У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо большие упругие деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести.

    Пластические свойства металлического материала (в отличие от упругих) можно изменять путем сплавления и термообработки. Так, предел текучести железа подобными методами можно повысить в 50 раз. Чистое железо переходит в состояние текучести уже при напряжениях порядка 40 МПа, тогда как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950° С и закалки может достигать 2000 МПа.

    Когда металлический материал нагружен с превышением предела текучести, он продолжает деформироваться пластически, но в процессе деформирования становится более твердым, так что для дальнейшего увеличения деформации требуется все больше повышать напряжение. Такое явление называется деформационным или механическим упрочнением (а также наклепом). Его можно продемонстрировать, скручивая или многократно перегибая металлическую проволоку. Деформационное упрочнение металлических изделий часто осуществляется на заводах. Листовую латунь, медную проволоку, алюминиевые стержни можно холодной прокаткой или холодным волочением довести до уровня твердости, который требуется от окончательной продукции.

    Растяжение.

    Соотношение между напряжением и деформацией для материалов часто исследуют, проводя испытания на растяжение, и при этом получают диаграмму растяжения – график, по горизонтальной оси которого откладывается деформация, а по вертикальной – напряжение (рис. 1). Хотя при растяжении поперечное сечение образца уменьшается (а длина увеличивается), напряжение обычно вычисляют, относя силу к исходной площади поперечного сечения, а не к уменьшенной, которая давала бы истинное напряжение. При малых деформациях это не имеет особого значения, но при больших может приводить к заметной разнице. На рис. 1 представлены кривые деформация – напряжение для двух материалов с неодинаковой пластичностью. (Пластичность – это способность материала удлиняться без разрушения, но и без возврата к первоначальной форме после снятия нагрузки.) Начальный линейный участок как той, так и другой кривой заканчивается в точке предела текучести, где начинается пластическое течение. Для менее пластичного материала высшая точка диаграммы, его предел прочности на растяжение, соответствует разрушению. Для более пластичного материала предел прочности на растяжение достигается тогда, когда скорость уменьшения поперечного сечения при деформировании становится больше скорости деформационного упрочнения. На этой стадии в ходе испытания начинается образование «шейки» (локальное ускоренное уменьшение поперечного сечения). Хотя способность образца выдерживать нагрузку уменьшается, материал в шейке продолжает упрочняться. Испытание заканчивается разрывом шейки.

    Типичные значения величин, характеризующих прочность на растяжение ряда металлов и сплавов, представлены в табл. 2. Нетрудно видеть, что эти значения для одного и того же материала могут сильно различаться в зависимости от обработки.

    Таблица 2
    Таблица 2
    Металлы и сплавы Состояние Предел текучести, МПа Предел прочности на растяжение, МПа Удлинение, %
    Малоуглеродистая сталь (0,2% С) Горячекатанная 300 450 35
    Среднеуглеродистая сталь (0,4% С,0,5% Mn) Упрочненная и отпущенная 450 700 21
    Высокопрочная сталь (0,4% С, 1,0% Mn,1,5% Si, 2,0% Cr,0,5% Мo) Упрочненная и отпущенная 1750 2300 11
    Серый чугун После литья 175–300 0,4
    Алюминий технически чистый Отожженный 35 90 45
    Алюминий технически чистый Деформационно-упрочненный 150 170 15
    Алюминиевый сплав (4,5% Cu, 1,5% Mg,0,6% Mn) Упрочненный старением 360 500 13
    Полностью отожженная 80 300 66
    Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn) Деформационно-упрочненная 500 530 8
    Вольфрам, проволока Тянутая до диаметра 0,63 мм 2200 2300 2,5
    Свинец После литья 0,006 12 30

    Сжатие.

    Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении (рис. 2). Кривая соотношения между условным напряжением и условной деформацией при сжатии проходит выше соответствующей кривой для растяжения только потому, что при сжатии поперечное сечение образца не уменьшается, а увеличивается. Если же по осям графика откладывать истинное напряжение и истинную деформацию, то кривые практически совпадают, хотя при растяжении разрушение происходит раньше.

    Твердость.

    Твердость материала – это его способность сопротивляться пластической деформации. Поскольку испытания на растяжение требуют дорогостоящего оборудования и больших затрат времени, часто прибегают к более простым испытаниям на твердость. При испытаниях по методам Бринелля и Роквелла в поверхность металла при заданных нагрузке и скорости нагружения вдавливают «индентор» (наконечник, имеющий форму шара или пирамиды). Затем измеряют (часто это делается автоматически) размер отпечатка, и по нему определяют показатель (число) твердости. Чем меньше отпечаток, тем больше твердость. Твердость и предел текучести – это в какой-то мере сравнимые характеристики: обычно при увеличении одной из них увеличивается и другая.

    Может сложиться впечатление, что в металлических материалах всегда желательны максимальные предел текучести и твердость. На самом деле это не так, и не только по экономическим соображениям (процессы упрочнения требуют дополнительных затрат).

    Во-первых, материалам необходимо придавать форму различных изделий, а это обычно осуществляется с применением процессов (прокатки, штамповки, прессования), в которых важную роль играет пластическая деформация. Даже при обработке на металлорежущем станке очень существенна пластическая деформация. Если твердость материала слишком велика, то для придания ему нужной формы требуются слишком большие силы, вследствие чего режущие инструменты быстро изнашиваются. Такого рода трудности можно уменьшить, обрабатывая металлы при повышенной температуре, когда они становятся мягче. Если же горячая обработка невозможна, то используется отжиг металла (медленные нагрев и охлаждение).

    Во-вторых, по мере того как металлический материал становится тверже, он обычно теряет пластичность. Иначе говоря, материал становится хрупким, если его предел текучести столь велик, что пластическая деформация не происходит вплоть до тех напряжений, которые сразу же вызывают разрушение. Конструктору обычно приходится выбирать какие-то промежуточные уровни твердости и пластичности.

    Ударная вязкость и хрупкость.

    Вязкость противоположна хрупкости. Это способность материала сопротивляться разрушению, поглощая энергию удара. Например, стекло хрупкое, потому что оно не способно поглощать энергию за счет пластической деформации. При столь же резком ударе по листу мягкого алюминия не возникают большие напряжения, так как алюминий способен к пластической деформации, поглощающей энергию удара.

    Существует много разных методов испытания металлов на ударную вязкость. При использовании метода Шарпи призматический образец металла с надрезом подставляют под удар отведенного маятника. Работу, затраченную на разрушение образца, определяют по расстоянию, на которое маятник отклоняется после удара. Такие испытания показывают, что стали и многие металлы ведут себя как хрупкие при пониженных температурах, но как вязкие – при повышенных. Переход от хрупкого поведения к вязкому часто происходит в довольно узком температурном диапазоне, среднюю точку которого называют температурой хрупко-вязкого перехода. Другие испытания на ударную вязкость тоже указывают на наличие такого перехода, но измеренная температура перехода изменяется от испытания к испытанию в зависимости от глубины надреза, размеров и формы образца, а также от метода и скорости ударного нагружения. Поскольку ни в одном из видов испытаний не воспроизводится весь диапазон рабочих условий, испытания на ударную вязкость ценны лишь тем, что позволяют сравнивать разные материалы. Тем не менее они дали много важной информации о влиянии сплавления, технологии изготовления и термообработки на склонность к хрупкому разрушению. Температура перехода для сталей, измеренная по методу Шарпи с V-образным надрезом, может достигать +90° С, но соответствующими легирующими присадками и термообработкой ее можно понизить до -130° С.

    Хрупкое разрушение стали было причиной многочисленных аварий, таких, как неожиданные прорывы трубопроводов, взрывы сосудов давления и складских резервуаров, обвалы мостов. Среди самых известных примеров – большое количество морских судов типа «Либерти», обшивка которых неожиданно расходилась во время плавания. Как показало расследование, выход из строя судов «Либерти» был обусловлен, в частности, неправильной технологией сварки, оставлявшей внутренние напряжения, плохим контролем за составом сварного шва и дефектами конструкции. Сведения, полученные в результате лабораторных испытаний, позволили существенно уменьшить вероятность таких аварий. Температура хрупко-вязкого перехода некоторых материалов, например вольфрама, кремния и хрома, в обычных условиях значительно выше комнатной. Такие материалы обычно считаются хрупкими, и придавать им нужную форму за счет пластической деформации можно только при нагреве. В то же время медь, алюминий, свинец, никель, некоторые марки нержавеющих сталей и другие металлы и сплавы вообще не становятся хрупкими при понижении температуры. Хотя многое уже известно о хрупком разрушении, это явление нельзя еще считать полностью изученным.

    Усталость.

    Усталостью называется разрушение конструкции под действием циклических нагрузок. Когда деталь изгибается то в одну, то в другую сторону, ее поверхности поочередно подвергаются то сжатию, то растяжению. При достаточно большом числе циклов нагружения разрушение могут вызывать напряжения, значительно более низкие, чем те, при которых происходит разрушение в случае однократного нагружения. Знакопеременные напряжения вызывают локализованные пластическую деформацию и деформационное упрочнение материала, в результате чего с течением времени возникают малые трещины. Концентрация напряжений вблизи концов таких трещин заставляет их расти. Сначала трещины растут медленно, но по мере уменьшения поперечного сечения, на которое приходится нагрузка, напряжения у концов трещин увеличиваются. При этом трещины растут все быстрее и, наконец, мгновенно распространяются на все сечение детали. См. также РАЗРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМЫ.

    Усталость, несомненно, является самой распространенной причиной выхода конструкций из строя в условиях эксплуатации. Особенно подвержены этому детали машин, работающие в условиях циклического нагружения. В авиастроении усталость оказывается очень важной проблемой из-за вибрации. Во избежание усталостного разрушения приходится часто проверять и заменять детали самолетов и вертолетов.

    Ползучесть.

    Ползучестью (или крипом) называется медленное нарастание пластической деформации металла под действием постоянной нагрузки. С появлением воздушно-реактивных двигателей, газовых турбин и ракет стали приобретать все более важное значение свойства материалов при повышенных температурах. Во многих областях техники дальнейшее развитие сдерживается ограничениями, связанными с высокотемпературными механическими свойствами материалов.

    При нормальных температурах пластическая деформация устанавливается почти мгновенно, как только прикладывается соответствующее напряжение, и в дальнейшем мало увеличивается. При повышенных же температурах металлы не только становятся мягче, но и деформируются так, что деформация продолжает нарастать со временем. Такая зависящая от времени деформация, или ползучесть, может ограничивать срок службы конструкций, которые должны длительное время работать при повышенных температурах.

    Чем больше напряжения и чем выше температура, тем больше скорость ползучести. Типичные кривые ползучести представлены на рис. 3. После начальной стадии быстрой (неустановившейся) ползучести эта скорость уменьшается и становится почти постоянной. Перед разрушением скорость ползучести вновь увеличивается. Температура, при которой ползучесть становится критической, неодинакова для разных металлов. Предметом забот телефонных компаний является ползучесть подвесных кабелей в свинцовой оболочке, работающих при обычных температурах окружающей среды; в то же время некоторые специальные сплавы могут работать при 800° С, не обнаруживая чрезмерной ползучести.

    Срок службы деталей в условиях ползучести может определяться либо предельно допустимой деформацией, либо разрушением, и конструктор должен всегда иметь в виду эти два возможных варианта. Пригодность материалов для изготовления изделий, рассчитанных на длительную работу при повышенных температурах, например лопаток турбин, трудно оценить заранее. Испытания за время, равное предполагаемому сроку службы, зачастую практически невозможны, а результаты кратковременных (ускоренных) испытаний не так просто экстраполировать на более длительные сроки, поскольку может измениться характер разрушения. Хотя механические свойства жаропрочных сплавов постоянно улучшаются, перед металлофизиками и материаловедами всегда будет стоять задача создания материалов, способных выдерживать еще более высокие температуры. См. также МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ.

    КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

    Выше речь шла об общих закономерностях поведения металлов под действием механических нагрузок. Чтобы лучше понять соответствующие явления, нужно рассмотреть атомное строение металлов. Все твердые металлы – кристаллические вещества. Они состоят из кристаллов, или зерен, расположение атомов в которых соответствует правильной трехмерной решетке. Кристаллическую структуру металла можно представить как состоящую из атомных плоскостей, или слоев. Когда прикладывается напряжение сдвига (сила, заставляющая две соседние плоскости металлического образца скользить друг по другу в противоположных направлениях), один слой атомов может сдвинуться на целое межатомное расстояние. Такой сдвиг скажется на форме поверхности, но не на кристаллической структуре. Если один слой сдвинется на много межатомных расстояний, то на поверхности образуется «ступенька». Хотя отдельные атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть под микроскопом, ступеньки, образовавшиеся за счет скольжения, хорошо видны под микроскопом и названы линиями скольжения.

    Обычные металлические предметы, встречающиеся нам ежедневно, являются поликристаллическими, т.е. состоят из большого числа кристаллов, в каждом из которых своя ориентация атомных плоскостей. Деформация обычного поликристаллического металла имеет с деформацией монокристалла то общее, что она происходит за счет скольжения по атомным плоскостям в каждом кристалле. Заметное же скольжение целых кристаллов по их границам наблюдается только в условиях ползучести при повышенных температурах. Средний размер одного кристалла, или зерна, может составлять от нескольких тысячных до нескольких десятых долей сантиметра. Желательна более мелкая зернистость, так как механические характеристики мелкозернистого металла лучше, чем у крупнозернистого. Кроме того, мелкозернистые металлы менее хрупки.

    Скольжение и дислокации.

    Процессы скольжения удалось подробнее исследовать на монокристаллах металлов, выращенных в лаборатории. При этом выяснилось не только то, что скольжение происходит в некоторых определенных направлениях и обычно по вполне определенным плоскостям, но и то, что монокристаллы деформируются при очень малых напряжениях. Переход монокристаллов в состояние текучести начинается для алюминия при 1, а для железа – при 15–25 МПа. Теоретически же этот переход в обоих случаях должен происходить при напряжениях ок. 10 000 МПа. Такое расхождение между экспериментальными данными и теоретическими расчетами на протяжении многих лет оставалось важной проблемой. В 1934 Тейлор, Полани и Орован предложили объяснение, основанное на представлении о дефектах кристаллической структуры. Они высказали предположение, что при скольжении сначала происходит смещение в какой-то точке атомной плоскости, которое затем распространяется по кристаллу. Граница между сдвинувшейся и несдвинувшейся областями (рис. 4) представляет собой линейный дефект кристаллической структуры, названный дислокацией (на рисунке эта линия уходит в кристалл перпендикулярно плоскости рисунка). Когда к кристаллу прикладывается напряжение сдвига, дислокация движется, вызывая скольжение по плоскости, в которой она находится. После того как дислокации образовались, они очень легко движутся по кристаллу, чем и объясняется «мягкость» монокристаллов.

    В кристаллах металлов обычно имеется множество дислокаций (общая длина дислокаций в одном кубическом сантиметре отожженного металлического кристалла может составлять более 10 км). Но в 1952 научные сотрудники лабораторий корпорации «Белл телефон», испытывая на изгиб очень тонкие нитевидные кристаллы («усы») олова, обнаружили, к своему удивлению, что изгибная прочность таких кристаллов близка к теоретическому значению для совершенных кристаллов. Позднее были обнаружены чрезвычайно прочные нитевидные кристаллы и многих других металлов. Как предполагают, столь высокая прочность обусловлена тем, что в таких кристаллах либо вообще нет дислокаций, либо имеется одна, идущая по всей длине кристалла.

    Температурные эффекты.

    Влияние повышенных температур можно объяснить, исходя из представлений о дислокациях и зеренной структуре. Многочисленные дислокации в кристаллах деформационно-упрочненного металла искажают кристаллическую решетку и увеличивают энергию кристалла. Когда же металл нагревается, атомы становятся подвижными и перестраиваются в новые, более совершенные кристаллы, содержащие меньше дислокаций. С такой рекристаллизацией и связано разупрочнение, которое наблюдается при отжиге металлов.

    www.krugosvet.ru

    Таблица Модуль Юнга. Модуль упругости. Определение Модуля Юнга.

    ЗАДАЧНИК ОНЛ@ЙН БИБЛИОТЕКА 1 БИБЛИОТЕКА 2

    Примечание. Значение модуля упругости зависит от структуры, химическая состава и способа обрабртки материила. Поэтому значения E могут отличаться от средних значений, приведенных в таблице.

    Таблица модуль Юнга. Модуль упругости. Определение модуля Юнга. Коэффицент запаса прочности.

    Таблица модуль Юнга

    Материал

    Материал

    Алюминий707000Стали легированные210-22021000-22000
    Бетон3000Стали углеродистые200-21020000-2100
    Древесина (вдоль волокон)10-121000-1200Стекло565600
    Древесина (поперек волокон)0,5-1,050-100Стекло органическое2,9290
    Железо2002000Титан11211200
    Золото797900Хром240-25024000-25000
    Магний444400Цинк808000
    Медь11011000Чугун серый115-15011500-15000
    Свинец171700
    Предел прочности материала
    Допускаемое механическое напряжение в некоторых метериалах (при растяжении)
    Коэффициент запаса прочности

    Продолжение будет…

    www.kilomol.ru

    Модули упругости и коэффициенты Пуассона для некоторых материалов 013

    Мобильный бетонный завод на шасси

    На какую глубину заливать фундамент под дом

    Материал Модули упругости, МПа Коэффициент Пуассона
    Модуль ЮнгаE Модуль сдвигаG
    Чугун белый, серый Чугун ковкий (1,15…1,60)·105 1,55·105 4,5·104 – 0,23…0,27 –
    Сталь углеродистая Сталь легированная (2,0…2,1)·105 (2,1…2,2)·105 (8,0…8,1)·104 (8,0…8,1)·104 0,24…0,28 0,25…0,30
    Медь прокатная Медь холоднотянутая Медь литая 1,1·105 1,3·105 0,84·105 4,0·104 4,9·104 – 0,31…0,34 – –
    Бронза фосфористая катаная Бронза марганцовистой катаная Бронза алюминиевая литая 1,15·105 1,1·105 1,05·105 4,2·104 4,0·104 4,2·104 0,32…0,35 0,35 –
    Латунь холоднотянутая Латунь корабельная катаная (0,91…0,99)·105 1,0·105 (3,5…3,7)·104 – 0,32…0,42 0,36
    Алюминий катаный Проволока алюминиевая тянутая Дюралюминий катаный 0,69·105 0,7·105 0,71·105 (2,6…2,7)·104 – 2,7·104 0,32…0,36 – –
    Цинк катаный 0,84·105 3,2·104 0,27
    Свинец 0,17·105 0,7·104 0,42
    Лед 0,1·105 (0,28…0,3)·104
    Стекло 0,56·105 0,22·104 0,25
    Гранит 0,49·105
    Известняк 0,42·105
    Мрамор 0,56·105
    Песчаник 0,18·105
    Каменная кладка из гранита Каменная кладка из известняка Каменная кладка из кирпича (0,09…0,1)·105 0,06·105 (0,027…0,030)·105 – – – – – –
    Бетон при пределе прочности, МПа: 10 15 20 (0,146…0,196)·105 (0,164…0,214)·105 (0,182…0,232)·105 – – – 0,16…0,18 0,16…0,18 0,16…0,18
    Древесина вдоль волокон Древесина поперек волокон

    Развитие металлургии и других сопутствующих направлений по изготовлению предметов из металла обязано созданию оружия. Сначала научились выплавлять цветные металлы, но прочность изделий была относительно невысокой. Только с появлением железа и его сплавов началось изучение их свойств.

    Первые мечи для придания им твердости и прочности делали довольно тяжелыми. Воинам приходилось брать их в обе руки, чтобы управляться с ними. Со временем появились новые сплавы, разрабатывались технологии производства. Легкие сабли и шпаги пришли на замену тяжеловесному оружию. Параллельно создавались орудия труда. С повышением прочностных характеристик совершенствовались инструменты и способы производства.

    Виды нагрузок

    При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

    • Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.
    • Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

    • Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

    • Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

    • Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

    Понятие о модуле упругости

    В середине XVII века одновременно в нескольких странах начались исследования материалов. Предлагались самые разные методики по определению прочностных характеристик. Английский исследователь Роберт Гук (1660 г.) сформулировал основные положения закона по удлинению упругих тел в результате приложения нагрузки (закона Гука). Введены и понятия:

    1. Напряжения σ, которое в механике измеряется в виде нагрузки, приложенной к определенной площади (кгс/см², Н/м², Па).
    2. Модуля упругости Е, который определяет способность твердого тела деформироваться под действием нагружения (приложения силы в заданном направлении). Единицы измерения также определяются в кгс/см² (Н/м², Па).

    Формула по закону Гука записывается в виде ε = σz/E, где:

    • ε – относительное удлинение;
    • σz – нормальное напряжение.

    Демонстрация закона Гука для упругих тел:

    Из приведенной зависимости выводится значение Е для определенного материала опытным путем, Е = σz/ε.

    Модуль упругости – это постоянная величина, характеризующая сопротивление тела и его конструкционного материала при нормальной растягивающей или сжимающей нагрузке.

    В теории прочности принято понятие модуль упругости Юнга. Это английский исследователь дал более конкретное описание способам изменения прочностных показателей при нормальных нагружениях.

    Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.

    Таблица 1: Модуль упругости для металлов и сплавов

    Модуль упругости для разных марок стали

    Металлурги разработали несколько сотен марок сталей. Им свойственны разные значения прочности. В таблице 2 показаны характеристики для наиболее распространенных сталей.

    Таблица 2: Упругость сталей

    Наименование стали Значение модуля упругости, 10¹²·Па
    Сталь низкоуглеродистая165…180
    Сталь 3179…189
    Сталь 30194…205
    Сталь 45211…223
    Сталь 40Х240…260
    65Г235…275
    Х12МФ310…320
    9ХС, ХВГ275…302
    4Х5МФС305…315
    3Х3М3Ф285…310
    Р6М5305…320
    Р9320…330
    Р18325…340
    Р12МФ5297…310
    У7, У8302…315
    У9, У10320…330
    У11325…340
    У12, У13310…315

    Видео: закон Гука, модуль упругости.

    Модули прочности

    Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

    Модуль сдвига G определяет жесткость. Эта характеристика показывает предельное значение нагрузки изменению формы предмета.

    Модуль объемной упругости К определяет упругие свойства материала изменить объем. При любой деформации происходит изменение формы предмета.

    Коэффициент Пуассона μ определяет изменения отношение величины относительного сжатия к растяжению. Эта величина зависит только от свойств материала.

    Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

    Таблица 3: Модули прочности для сталей

    Наименование стали Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па Модуль сдвига G, 10¹²·Па Модуль объемной упругости, 10¹²·Па Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па
    Сталь низкоуглеродистая165…18087…9145…49154…168
    Сталь 3179…18993…10249…52164…172
    Сталь 30194…205105…10872…77182…184
    Сталь 45211…223115…13076…81192…197
    Сталь 40Х240…260118…12584…87210…218
    65Г235…275112…12481…85208…214
    Х12МФ310…320143…15094…98285…290
    9ХС, ХВГ275…302135…14587…92264…270
    4Х5МФС305…315147…16096…100291…295
    3Х3М3Ф285…310135…15092…97268…273
    Р6М5305…320147…15198…102294…300
    Р9320…330155…162104…110301…312
    Р18325…340140…149105…108308…318
    Р12МФ5297…310147…15298…102276…280
    У7, У8302…315154…160100…106286…294
    У9, У10320…330160…165104…112305…311
    У11325…340162…17098…104306…314
    У12, У13310…315155…16099…106298…304

    Для других материалов значения прочностных характеристик указывают в специальной литературе. Однако, в некоторых случаях проводят индивидуальные исследования. Особенно актуальны подобные исследования для строительных материалов. На предприятиях, где выпускают железобетонные изделия, регулярно проводят испытания по определению предельных значений.

    Основной главной задачей инженерного проектирования служит выбор оптимального сечения профиля и материала конструкции. Нужно найти именно тот размер, который обеспечит сохранение формы системы при минимальной возможной массе под влиянием нагрузки. К примеру, какую именно сталь следует применять в качестве пролётной балки сооружения? Материал может использоваться нерационально, усложнится монтаж и утяжелится конструкция, увеличатся финансовые затраты. На этот вопрос ответит такое понятие как модуль упругости стали. Он же позволит на самой ранней стадии избежать появления этих проблем.

    Общие понятия

    Модуль упругости (модуль Юнга) – это показатель механического свойства материала, характеризующий его сопротивляемость деформации растяжения . Иными словами, это значение пластичности материала. Чем выше значения модуля упругости, тем меньше будет какой-либо стержень растягиваться при иных равных нагрузках (площадь сечения, величина нагрузки и другие).

    Модуль Юнга в теории упругости обозначается буквой Е. Он является составляющей закона Гука (о деформации упругих тел). Эта величина связывает возникающее в образце напряжение и его деформацию.

    Измеряется эта величина согласно стандартной международной системе единиц в МПа (Мегапаскалях) . Но инженеры на практике больше склоняются к применению размерности кгс/см2.

    Опытным путём осуществляется определение этого показателя в научных лабораториях. Сутью этого метода является разрыв гантелеобразных образцов материала на специальном оборудовании. Узнав удлинение и натяжение, при которых образец разрушился, делят переменные данные друг на друга. Полученная величина и является модулем (Юнга) упругости.

    Таким образом определяется только модуль Юнга материалов упругих: медь, сталь и прочее. А материалы хрупкие сжимают до того момента, пока не появятся трещины: бетон, чугун и им подобные.

    Механические свойства

    Только при работе на растяжение или сжатие модуль (Юнга) упругости помогает угадать поведение того или иного материала . А вот при изгибе, срезе, смятии и прочих нагрузках потребуется ввести дополнительные параметры:

    Кроме всего вышесказанного стоит упомянуть, что у некоторых материалов в зависимости от направления нагрузки разные механические свойства . Подобные материалы называются анизотропными. Примерами подобного является ткани, некоторые виды камня, слоистые пластмассы, древесина и прочее.

    У материалов изотропных механические свойства и деформация упругая в любом направлении одинаковы. К таким материалам относятся металлы: алюминий, медь, чугун, сталь и прочее, а также каучук, бетон, естественные камни, пластмассы неслоистые.

    Модуль упругости

    Стоит отметить, что эта величина непостоянная. Даже для одного материала она может иметь разное значение в зависимости от того, в какие точки была приложена сила. Кое-какие пластично-упругие материалы имеют практически постоянное значение модуля упругости при работе как на растяжение, так и на сжатие: сталь, алюминий, медь. А есть и такие ситуации, когда эта величина измеряется формой профиля.

    Некоторые значения (величина представлена в миллионах кгс/см2) :

    1. Алюминий – 0,7.
    2. Древесина поперёк волокон – 0,005.
    3. Древесина вдоль волокон – 0,1.
    4. Бетон – 0,02.
    5. Каменная гранитная кладка – 0,09.
    6. Каменная кирпичная кладка – 0,03.
    7. Бронза – 1,00.
    8. Латунь – 1,01.
    9. Чугун серый – 1,16.
    10. Чугун белый – 1,15.

    Разница в показателях модулей упругости для сталей в зависимости от их марок:

    Ещё это значение изменяется в зависимости от вида проката:

    1. Трос с сердечником металлическим – 1,95.
    2. Канат плетёный – 1,9.
    3. Проволока высокой прочности – 2,1.

    Как видно, отклонения в значениях модулей упругой деформации стали незначительны. Именно по этой причине большинство инженеров, проводя свои расчёты, пренебрегают погрешностями и берут значение, равное 2,00.

    Перевод единиц измерения модулей упругости, модулей Юнга (E), предела прочности, модулей сдвига (G), предела текучести

    Таблица перевода единиц измерения Па; МПа; бар; кг/см 2; psf; psi
    Для того, чтобы перевести величину в единицах: В единицы:
    Па (Н/м 2) МПа bar кгс/см 2 psf psi
    Следует умножить на:
    Па (Н/м 2) — единица давления СИ 11*10 -610 -51.02*10 -50.0211.450326*10 -4
    МПа 1*10 611010.22.1*10 41.450326*10 2
    бар 10 510 -111.0197209014.50
    кгс/см 2 9.8*10 49.8*10 -20.981204914.21
    фунтов на кв. фут / pound square feet (psf) 47.84.78*10 -54.78*10 -44.88*10 -410.0069
    фунтов на кв. дюйм / pound square inches (psi) 6894.766.89476*10 -30.0690.071441

    Подробный список единиц давления (да, эти единицы совпадают с единицами измерения давления по размерности, но не совпадают по смыслу:)

    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000102 Атмосфера “метрическая” / Atmosphere (metric)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000099 Атмосфера стандартная Atmosphere (standard) = Standard atmosphere
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.00001 Бар / Bar
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Барад / Barad
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0007501 Сантиметров рт. ст. (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0101974 Сантиметров во. ст. (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Дин/квадратный сантиметр
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0003346 Футов водяного столба / Foot of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -9 Гигапаскалей
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.01 Гектопаскалей
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0002953 Дюмов рт.ст. / Inch of mercury (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0002961 Дюймов рт. ст. / Inch of mercury (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0040186 Дюмов в.ст. / Inch of water (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0040147 Дюмов в.ст. / Inch of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000102 кгс/см 2 / Kilogram force/centimetre 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0010197 кгс/дм 2 / Kilogram force/decimetre 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.101972 кгс/м 2 / Kilogram force/meter 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 кгс/мм 2 / Kilogram force/millimeter 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -3 кПа
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Килофунтов силы/ квадратный дюйм / Kilopound force/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -6 МПа
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.000102 Метров в.ст. / Meter of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Микробар / Microbar (barye, barrie)
    • 1 Па (Н/м 2) = 7.50062 Микронов рт.ст. / Micron of mercury (millitorr)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.01 Милибар / Millibar
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0075006 Миллиметров рт.ст / Millimeter of mercury (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.10207 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.10197 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) =7.5006 Миллиторр / Millitorr
    • 1 Па (Н/м 2) = 1Н/м 2 / Newton/square meter
    • 1 Па (Н/м 2) = 32.1507 Повседневных унций / кв. дюйм / Ounce force (avdp)/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0208854 Фунтов силы на кв. фут / Pound force/square foot
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.000145 Фунтов силы на кв. дюйм / Pound force/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.671969 Паундалов на кв. фут / Poundal/square foot
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0046665 Паундалов на кв. дюйм / Poundal/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000093 Длинных тонн на кв. фут / Ton (long)/foot 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Длинных тонн на кв. дюйм / Ton (long)/inch 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000104 Коротких тонн на кв. фут / Ton (short)/foot 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Тонн на кв. дюйм / Ton/inch 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0075006 Торр / Torr

    Физические характеристики материалов для стальных конструкций

    проката и стальных отливок

    отливок из чугуна

    Коэффициент линейного расширения α , ºC -1

    прокатной стали и стальных отливок

    отливок из чугуна марок:

    пучков и прядей параллельных проволок

    спиральных и закрытых несущих

    двойной свивки с неметаллическим сердечником

    Модуль сдвига прокатной стали и стальных отливок G , МПа (кгс/см 2 )

    Коэффициент поперечной деформации (Пуассона) ν

    Примечание . Значения модуля упругости даны для канатов, предварительно вытянутых усилием не менее 60 % разрывного усилия для каната в целом.

    Физические характеристики проводов и проволоки

    Марка и номинальное сечение, мм 2

    Коэффициент линейного расширения α; ºС -1

    Алюминиевые провода по ГОСТ 839-80

    При расчете строительных конструкций нужно знать расчетное сопротивление и модуль упругости для того или иного материала. Здесь представлены данные по основным строительным материалам.

    Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов

    Материал
    Модуль упругости
    Е, МПа
    Чугун белый, серый(1,15…1,60) · 10 5
    Чугун ковкий1,55 · 10 5
    Сталь углеродистая(2,0…2,1) · 10 5
    Сталь легированная(2,1…2,2) · 10 5
    Медь прокатная1,1 · 10 5
    Медь холоднотянутая1,3 · 10 3
    Медь литая0,84 · 10 5
    Бронза фосфористая катанная1,15 · 10 5
    Бронза марганцевая катанная1,1 · 10 5
    Бронза алюминиевая литая1,05 · 10 5
    Латунь холоднотянутая(0,91…0,99) · 10 5
    Латунь корабельная катанная1,0 · 10 5
    Алюминий катанный0,69 · 10 5
    Проволока алюминиевая тянутая0,7 · 10 5
    Дюралюминий катанный0,71 · 10 5
    Цинк катанный0,84 · 10 5
    Свинец0,17 · 10 5
    Лед0,1 · 10 5
    Стекло0,56 · 10 5
    Гранит0,49 · 10 5
    Известь0,42 · 10 5
    Мрамор0,56 · 10 5
    Песчаник0,18 · 10 5
    Каменная кладка из гранита(0,09…0,1) · 10 5
    Каменная кладка из кирпича(0,027…0,030) · 10 5
    Бетон (см. таблицу 2)
    Древесина вдоль волокон(0,1…0,12) · 10 5
    Древесина поперек волокон(0,005…0,01) · 10 5
    Каучук0,00008 · 10 5
    Текстолит(0,06…0,1) · 10 5
    Гетинакс(0,1…0,17) · 10 5
    Бакелит(2…3) · 10 3
    Целлулоид(14,3…27,5) · 10 2
    Нормативные данные для рассчетов железобетонных конструкций

    Таблица 2. Модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 2.1 Модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Примечания:
    1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой – в кгс/см&sup2.
    2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.
    3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Е b принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.
    4. Для напрягающего бетона значения Е b принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент
    a = 0,56 + 0,006В.

    Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4.1 Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 6.2 Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 7.1 Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7.2 Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Нормативные данные для расчетов металлических контрукций

    Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990)) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

    Примечания:
    1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).
    2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.
    3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см&sup2).

    Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    Примечания:
    1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
    2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
    3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

    Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов здесь не показаны.

    Модуль Юнга (упругости) для стали и других материалов: определение, смысл

    Характеристики упругости металлов

    Если сравнивать с модулем Юнга древесины, то средние значения этой величины для металлов и сплавов на порядок больше, что показано в следующей таблице.

    МеталлМодуль Юнга в ГПа
    Бронза120
    Медь110
    Сталь210
    Титан107
    Никель204

    Упругие свойства металлов, которые имеют кубическую сингонию, описываются тремя упругими постоянными. К таким металлам относятся медь, никель, алюминий, железо. Если металл имеет гексагональную сингонию, тогда для описания его упругих характеристик уже необходимо шесть постоянных.

    Для металлических систем модуль Юнга измеряют в пределах 0,2 % деформации, поскольку большие значения могут происходить уже в неупругой области.

    Диаграмма растяжения

    Для исследования деформации растяжения стержень из исследуемого материала при помощи специальных устройств (например, с помощью гидравлического пресса) подвергают растяжению и измеряют удлинение образца и возникающее в нем напряжение. По результатам опытов вычерчивают график зависимости напряжения σ

    от относительного удлиненияε . Этот график называют диаграммой растяжения (рис. 10).

    Рис. 10

    Многочисленные опыты показывают, что при малых деформациях напряжение σ

    прямо пропорционально относительному удлинениюε (участокОА диаграммы) – выполняется закон Гука.

    Эксперимент показывает, что малые деформации полностью исчезают после снятия нагрузки (наблюдается упругая деформация). При малых деформациях выполняется закон Гука. Максимальное напряжение, при котором еще выполняется закон Гука, называется пределом пропорциональности

    σп . Он соответствует точки А диаграммы.

    Если продолжать увеличивать нагрузку при растяжении и превзойти предел пропорциональности, то деформация становится нелинейной (линия ABCDEK

    ). Тем не менее при небольших нелинейных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются (участокАВ графика).Максимальное напряжение, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации, называется пределом упругостиσуп . Он соответствует точке В диаграммы. Предел упругости превышает предел пропорциональности не более чем на 0,33%. В большинстве случаев их можно считать равными.

    Если внешняя нагрузка такова, что в теле возникают напряжения, превышающие предел упругости, то характер деформации меняется (участок BCDEK

    ). После снятия нагрузки образец не принимает прежние размеры, а остается деформированным, хотя и с меньшим удлинением, чем при нагрузке (пластическая деформация).

    За пределом упругости при некотором значении напряжения, соответствующем точке С

    диаграммы, удлинение возрастает практически без увеличения нагрузки (участокCD диаграммы почти горизонтален). Это явление называетсятекучестью материала .

    При дальнейшем увеличении нагрузки напряжение повышается (от точки D

    ), после чего в наименее прочной части образца появляется сужение («шейка»). Из-за уменьшения площади сечения (точкаЕ ) для дальнейшего удлинения нужно меньшее напряжение, но, в конце концов, наступает разрушение образца (точкаК ).Наибольшее напряжение, которое выдерживает образец без разрушения, называется пределом прочности . Обозначим егоσ пч (оно соответствует точкеЕ диаграммы). Его значение сильно зависит от природы материала и его обработки.

    Чтобы свести к минимуму возможность разрушения сооружения, инженер должен при расчетах допускать в его элементах такие напряжения, которые будут составлять лишь часть предела прочности материала. Их называют допустимыми напряжениями. Число, показывающее, во сколько раз предел прочности больше допустимого напряжения, называют коэффициентом запаса прочности

    . Обозначив запас прочности через n, получим: \(~n = \frac{\sigma_{np}}{\sigma}\) .

    Запас прочности выбирается в зависимости от многих причин: качества материала, характера нагрузки (статическая или изменяющаяся со временем), степени опасности, возникающей при разрушении, и т.д. На практике запас прочности колеблется от 1,7 до 10. Выбрав правильно запас прочности, инженер может определить допустимое в конструкции напряжение.

    Модули прочности

    Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

    Модуль сдвига G определяет жесткость. Эта характеристика показывает предельное значение нагрузки изменению формы предмета.

    Модуль объемной упругости К определяет упругие свойства материала изменить объем. При любой деформации происходит изменение формы предмета.

    Коэффициент Пуассона μ определяет изменения отношение величины относительного сжатия к растяжению. Эта величина зависит только от свойств материала.

    Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

    Таблица 3: Модули прочности для сталей

    Наименование сталиМодуль упругости Юнга, 10¹²·Па Модуль сдвига G, 10¹²·ПаМодуль объемной упругости, 10¹²·ПаКоэффициент Пуассона, 10¹²·Па
    Сталь низкоуглеродистая165…18087…9145…49154…168
    Сталь 3179…18993…10249…52164…172
    Сталь 30194…205105…10872…77182…184
    Сталь 45211…223115…13076…81192…197
    Сталь 40Х240…260118…12584…87210…218
    65Г235…275112…12481…85208…214
    Х12МФ310…320143…15094…98285…290
    9ХС, ХВГ275…302135…14587…92264…270
    4Х5МФС305…315147…16096…100291…295
    3Х3М3Ф285…310135…15092…97268…273
    Р6М5305…320147…15198…102294…300
    Р9320…330155…162104…110301…312
    Р18325…340140…149105…108308…318
    Р12МФ5297…310147…15298…102276…280
    У7, У8302…315154…160100…106286…294
    У9, У10320…330160…165104…112305…311
    У11325…340162…17098…104306…314
    У12, У13310…315155…16099…106298…304

    Для других материалов значения прочностных характеристик указывают в специальной литературе. Однако, в некоторых случаях проводят индивидуальные исследования. Особенно актуальны подобные исследования для строительных материалов. На предприятиях, где выпускают железобетонные изделия, регулярно проводят испытания по определению предельных значений.

    Republished by Blog Post Promoter

    Допускаемое механическое напряжение в некоторых материалах при растяжении

    Из жизненного опыта известно, что разные материалы по-разному сопротивляются изменению формы. Прочностные характеристики кристаллических и других твердых тел определяются силами межатомного взаимодействия. По мере роста межатомных расстояний возрастают и силы, притягивающие атомы друг к другу. Эти силы достигают максимума при определенной величине напряжения, равной приблизительно одной десятой от модуля Юнга.

    Испытание на растяжение

    Эту величину называют теоретической прочностью, при ее превышении начинается разрушение материала. В реальности разрушение начинается при меньших значениях, поскольку строение реальных образцов неоднородно. Это вызывает неравномерное распределение напряжений, и разрушение начинается с тех участков, где напряжения максимальны.

    Значения σраст в МПа:

    Материалыσраст
    Бор57000,083
    Графит23900,023
    Сапфир14950,030
    Стальная проволока4150,01
    Стекловолокно3500,034
    Конструкционная сталь600,003
    Нейлон480,0025

    Эти цифры учитываются конструкторами при выборе материала деталей будущего изделия. С их использованием также проводятся прочностные расчеты. Так, например, тросы, используемые для подъемно- транспортных работ, должны иметь десятикратный запас по прочности. Периодически их проверяют, подвешивая груз в десять раз больше, чем паспортная грузоподъемность троса.

    Запасы прочности, закладываемые в ответственные конструкции, также многократны.

    Способы определения и контроля показателей прочности металлов

    Развитие металлургии и других сопутствующих направлений по изготовлению предметов из металла обязано созданию оружия. Сначала научились выплавлять цветные металлы, но прочность изделий была относительно невысокой. Только с появлением железа и его сплавов началось изучение их свойств.

    Первые мечи для придания им твердости и прочности делали довольно тяжелыми. Воинам приходилось брать их в обе руки, чтобы управляться с ними.

    Со временем появились новые сплавы, разрабатывались технологии производства. Легкие сабли и шпаги пришли на замену тяжеловесному оружию. Параллельно создавались орудия труда.

    С повышением прочностных характеристик совершенствовались инструменты и способы производства.

    Виды нагрузок

    При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

    Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

    Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

    Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

    Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

    Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

    В середине XVII века одновременно в нескольких странах начались исследования материалов. Предлагались самые разные методики по определению прочностных характеристик. Английский исследователь Роберт Гук (1660 г.) сформулировал основные положения закона по удлинению упругих тел в результате приложения нагрузки (закона Гука). Введены и понятия:

    1. Напряжения σ, которое в механике  измеряется в виде нагрузки, приложенной к определенной площади (кгс/см², Н/м², Па).
    2. Модуля упругости Е, который определяет способность твердого тела деформироваться под действием нагружения (приложения силы в заданном направлении). Единицы измерения также определяются в кгс/см² (Н/м², Па).

    Формула по закону Гука записывается в виде ε = σz/E, где:

    • ε – относительное удлинение;
    • σz – нормальное напряжение.

    Демонстрация закона Гука для упругих тел:

    Из приведенной зависимости выводится значение Е для определенного материала опытным путем, Е = σz/ε.

    Модуль упругости – это постоянная величина, характеризующая сопротивление тела и его конструкционного материала при нормальной растягивающей или сжимающей нагрузке.

    В теории прочности принято понятие модуль упругости Юнга. Это английский исследователь дал более конкретное описание способам изменения прочностных показателей при нормальных нагружениях.

    Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.

    Таблица 1: Модуль упругости для металлов и сплавов

    Наименование материалаЗначение модуля упругости, 10¹²·Па
    Алюминий65…72
    Дюралюминий69…76
    Железо, содержание углерода менее 0,08 %165…186
    Латунь88…99
    Медь (Cu, 99 %)107…110
    Никель200…210
    Олово32…38
    Свинец14…19
    Серебро78…84
    Серый чугун110…130
    Сталь190…210
    Стекло65…72
    Титан112…120
    Хром300…310

    Виды нагрузок

    При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

    Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

    Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

    Читать также: Чиллер своими руками для лазерного станка

    Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

    Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

    Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

    Предел прочности материала

    Это предел возникающего напряжения, после которого образец начинает разрушаться.

    Статический предел прочности измеряется при продолжительном приложении деформирующего усилия, динамический — при кратковременном, ударном характере такого усилия. Для большинства веществ динамический предел больше, чем статический.

    Инструмент для определения предела прочности

    Читать также: Как проверить работу аккумулятора автомобиля

    Кроме того, существуют пределы прочности на сжатие материала и на растяжение. Они определяются на испытательных стенда опытным путем, при растягивании или сжатии образцов мощными гидравлическим машинами, снабженными точными динамометрами и измерителями давления. В случае невозможности достижения требуемого давления гидравлическим способом иногда применяют направленный взрыв в герметичной капсуле.

    Общее понятие

    При любом внешнем воздействии на предмет, внутри его возникают встречные силы, компенсирующие внешние. Для идеальных систем, находящихся в равновесии, силы равномерно распределены и равны, что позволяет сохранить форму предмета. Реальные системы не подчиняются таким правилам, что может привести к их деформации. Оценивая прочность материалов, говорят об их упругости.

    Упругие материалы – это те, которые после прекращения внешнего воздействия, восстанавливают свою первоначальную форму.

    Внутренние силы распределены равномерно по всей площади поперечного сечения предмета, имеют свою интенсивность, которая выражается количественно, называется напряжением (р) и измеряется в Н/м 2 или по международной системе Па.

    Напряжение имеет свою пространственную направленность: перпендикулярно площади сечения предмета – нормальное напряжение (σz) и лежащая в плоскости сечения – касательное напряжение (τz).

    Модуль упругости (Е) как единицу измерения отношения материала к линейной деформации, и нормальное напряжение связывает формула закона Гука:

    где ε – относительное удлинение или деформация.

    Преобразовав формулу (1) для выражения из нее нормального напряжения, можно увидеть, что Е является постоянной при относительном удлинении, и называется коэффициентом жесткости, а его единицы измерения Па, кгс/мм 2 или Н/м 2 :

    Модуль упругости – это единица измерения отношения напряжения, создаваемого в материале, к линейной деформации, такой как, растяжение и сжатие.

    В справочных материалах размерность модуля упругости выражается в МПа, так как деформация имеет довольно малое значение. А зависимость между этими величинами обратно пропорциональная. Таким образом, Е имеет высокое значение, определяемое 107-109.

    Модуль упругости Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона значения (Таблица)

    Упругие свойства тел

    Ниже приводятся справочные таблицы общеупотребительных констант; если известны две их них, то этого вполне достаточно для определения упругих свойств однородного изотропного твердого тела.

    Модуль Юнга или модуль продольной упругости в дин/см2.

    Модуль сдвига или модуль кручения G в дин/см2.

    Модуль всестороннего сжатия или модуль объемной упругости К в дин/см2.

    Объем сжимаемости k=1/K/.

    Коэффициент Пуассона µ равен отношению поперечного относительного сжатия к продольному относительному растяжению.

    Для однородного изотропного твердого материала имеют место следующие соотношения между этими константами:

    G = E / 2(1 + μ) — (α)

    μ = (E / 2G) — 1 — (b)

    K = E / 3(1 — 2μ) — (c)

    Коэффициент Пуассона имеет положительный знак, и его значение обычно заключено в пределах от 0,25 до 0,5, но в некоторых случаях он может выходить за указанные пределы. Степень совпадения наблюдаемых значений µ и вычисленных по формуле (b) является показателем изотропности материала.

    Таблицы значений Модуля упругости Юнга, Модуля сдвига и коэффициента Пуассона

    Курсивом даны значения, вычисленные из соотношений (a), (b), (c).

    Материал при 18°С Модуль Юнга E, 1011 дин/см2. Модуль сдвига G, 1011 дин/см2. Коэффициент Пуассона µ Модуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.
    Алюминий 7,05 2,62 0,345 7,58
    Висмут 3,19 1,20 0,330 3,13
    Железо 21,2 8,2 0,29 16,9
    Золото 7,8 2,7 0,44 21,7
    Кадмий 4,99 1,92 0,300 4,16
    Медь 12,98 4,833 0,343 13,76
    Никель 20,4 7,9 0,280 16,1
    Платина 16,8 6,1 0,377 22,8
    Свинец 1,62 0,562 0,441 4,6
    Серебро 8,27 3,03 0,367 10,4
    Титан 11,6 4,38 0,32 10,7
    Цинк 9,0 3,6 0,25 6,0
    Сталь (1% С) 1) 21,0 8,10 0,293 16,88
    (мягкая) 21,0 8,12 0,291 16,78
    Константан 2) 16,3 6,11 0,327 15,7
    Манганин 12,4 4,65 0,334 12,4
    1) Для стали, содержащий около 1% С, упругие константы, как известно , меняются при термообработке.

    2) 60% Cu, 40% Ni.

    Экспериментальные результаты, приводимые ниже, относятся к обычным лабораторным материалам, главным образом проволокам.

    Вещество Модуль Юнга E, 1011 дин/см2. Модуль сдвига G, 1011 дин/см2. Коэффициент Пуассона µ Модуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.
    Бронза (66% Cu) -9,7-10,2 3,3-3,7 0,34-0,40 11,2
    Медь 10,5-13,0 3,5-4,9 0,34 13,8
    Нейзильбер1) 11,6 4,3-4,7 0,37
    Стекло 5,1-7,1 3,1 0,17-0,32 3,75
    Стекло иенское крон 6,5-7,8 2,6-3,2 0,20-0,27 4,0-5,9
    Стекло иенское флинт 5,0-6,0 2,0-2,5 0,22-0,26 3,6-3,8
    Железо сварочное 19-20 7,7-8,3 0,29 16,9
    Чугун 10-13 3,5-5,3 0,23-0,31 9,6
    Магний 4,25 1,63 0,30
    Бронза фосфористая2) 12,0 4,36 0,38
    Платиноид3) 13,6 3,6 0,37
    Кварцевые нити (плав.) 7,3 3,1 0,17 3,7
    Резина мягкая вулканизированная 0,00015-0,0005 0,00005-0,00015 0,46-0,49
    Сталь 20-21 7,9-8,9 0,25-0,33 16,8
    Цинк 8,7 3,8 0,21
    1) 60% Cu, 15% Ni, 25% Zn

    2) 92,5% Cu, 7% Sn, 0,5% P

    3) Нейзильбер с небольшим количеством вольфрама.

    Вещество Модуль Юнга E, 1011 дин/см2. Вещество Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.
    Цинк (чистый) 9,0 Дуб 1,3
    Иридий 52,0 Сосна 0,9
    Родий 29,0 Красное дерево 0,88
    Тантал 18,6 Цирконий 7,4
    Инвар 17,6 Титан 10,5-11,0
    Сплав 90% Pt, 10% Ir 21,0 Кальций 2,0-2,5
    Дюралюминий 7,1 Свинец 0,7-1,6
    Шелковые нити1 0,65 Тиковое дерево 1,66
    Паутина2 0,3 Серебро 7,1-8,3
    Кетгут 0,32 Пластмассы:
    Лед (-20С) 0,28 Термопластичные 0,14-0,28
    Кварц 7,3 Термореактивные 0,35-1,1
    Мрамор 3,0-4,0 Вольфрам 41,1
    1) Быстро уменьшается с увеличением нагрузки

    2) Обнаруживает заметную упругую усталость

    Температурный коэффициент (при 150С)

    Et=E11 (1-ɑ (t-15)), Gt=G11 (1-ɑ (t-15))

    Сжимаемость k, бар-1 (при 7-110С)
    ɑ, для Е ɑ, для G
    Алюминий 4,8*10-4 5,2*10-4 Алюминий 1,36*10-6
    Латунь 3,7*10-4 4,6*10-4 Медь 0,73*10-6
    Золото 4,8*10-4 3,3*10-4 Золото 0,61*10-6
    Железо 2,3*10-4 2,8*10-4 Свинец 2,1*10-6
    Сталь 2,4*10-4 2,6*10-4 Магний 2,8*10-6
    Платина 0,98*10-4 1,0*10-4 Платина 0,36*10-6
    Серебро 7,5*10-4 4,5*10-4 Стекло флинт 3,0*10-6
    Олово 5,9*10-4 Стекло немецкое 2,57*10-6
    Медь 3,0*10-4 3,1*10-4 Сталь 0,59*10-6
    Нейзильбер 6,5*10-4
    Фосфористая бронза 3,0*10-4
    Кварцевые нити -1,5*10-4 -1,1*10-4

    Описание и характеристики единицы измерения

    Наименование величины степени жесткости было дано по имени его создателя — английского известного физика, который проводил исследования в области сжатия и растяжения различных жестких материалов, а также в процессах, которые проходят при механическом воздействии. О модуле Юнга справедливо упомянуть следующее:

    • это такая единица измерения, которая в цифровом выражении показывает продольную упругость материала какой-либо конструкции;
    • эта величина выражает в числах свойства конкретной материи;
    • отображает характер его деформации в продольном направлении при оказываемым воздействии.

    А если совсем просто, то эта единица измерения просто показывает, насколько жесткий конкретный материал.

    Буква Е является обозначением модуля Юнга. Согласно отечественной системе расчетов, измерение этой величины происходит в Паскалях. При этом Международная система единиц высчитывает эту величину в ньютонах, умноженных на метр в квадрате (СИ).

    Модуль продольной жёсткости применяется при разного рода вычислениях во время проверки структур веществ на степень реакции при сжатии, растяжении, перегибании.

    Следует отметить, что наибольшее количество конструкционных материалов, которые используют в таких расчетах, имеет довольно высокий показатель модуля Юнга. Чаще всего его значение начинается от отметки 109 Паскалей. В связи с этим в большинстве случаев для удобства записывания вычислений и самих расчетов применяют префикс «гига» (ГПа).

    В задачах по динамике модуль Юнга воспринимается и учитывается в гораздо большем смысле, чем просто показатель жесткости. В этой области науки данное понятие рассматривается как гораздо более общий показатель — перечень возможностей стройматериалов и как среда прохождения процесса реакции их структуры на деформацию.

    https://youtube.com/watch?v=aSyofv5gY3I

    https://youtube.com/watch?v=kaZz1ABpUsc

    Модуль упругости при кручении G, кН/мм2, при температуре, °C

    Марка стали, сплава20°C100°C200°C300°C400°C500°C600°C700°C800°C
    Ст5пс81807774716762
    Ст5сп81807774716762
    Ст6пс82807774716762
    Ст6сп82807774716762
    1078777673696659
    1583787774716863
    15кп83807774716863
    2078777673696659
    2581807673706661
    3078777673696659
    40828078756863585045
    45786959
    50888784817167615449
    7578
    8576
    15К78777673696659
    20К80797874706860
    22К82807463
    50Г848381777368625550
    45Г283
    50Г283
    15Х838276747167635550
    20Х848376747167625550
    30Х83
    35Х83
    38ХА83
    40Х858381787168635550
    45Х78
    50Х78
    08ГДНФ838178736764595248
    09Н2МФБА-А82
    35ХМ82837566
    38ХС848078726865625548
    14ХГС77
    30ХГС, 30ХГСА848279757166625447
    35ХГСА848279767166625447
    18ХГТ848077756866595249
    30ХГТ837976746766615351
    15Х1М1Ф8784827976716661
    25Х1МФ (ЭИ 10)82807775716563
    34ХН1М, 34ХН1МА80797672696761
    12ХН2858076716967605550
    30ХН2МА80797672696761
    40ХН2МА (40ХНМА)848177736866
    30ХН2МФА (30ХН2ВФА)878177736864
    30ХГСН2А (30ХГСНА)77706551
    20ХН3А838076706866595351
    30ХН3А848176726765
    34ХН3М, 34ХН3МА79796959
    38ХН3МА828077767269665753
    38ХН3МФА838077736864
    25Х2М1Ф (ЭИ 723)82797274716657
    38Х2МЮА (38ХМЮА)827976757166625753
    25Х2НМФА82797674716657
    38Х2Н2МА (38ХНМА)848076716763595948
    65Г8483807770585148
    40ХФА848380777166645652
    55С27865
    60С2, 60С2А828077746968545450
    ШХ1580
    ШХ15СГ79
    08Х13 (0Х13, ЭИ 496)85808077736862
    12Х13 (1Х13)85808077736862
    20Х13 (2Х13)86848078736963
    30Х13 (3Х13)86848177746964
    03Х13Н8Д2ТМ (ЭП 699)8382
    05Х14Н5ДМ74
    12Х17 (Х17, ЭЖ17)9389858278756961
    12Х18Н9Т (Х18Н9Т)77
    12Х18Н10Т777471676359575449
    12Х18Н12Т (Х18Н12Т)77
    31Х19Н9МВБТ (ЭИ 572)786865625854
    12Х25Н16Г7АР (ЭИ 835)86
    03Н18К9М5Т71
    У8, У8А81807774716762
    У9, У9А79
    У12, У12А82807875726963
    9ХС79
    Р6М5К583
    Р983
    Р9М4К887
    Р1288
    Р1883
    20Л787673716763585045
    35Л828078756863585045
    50Л858381766965595246
    70Л78
    08ГДНФЛ838178736764595248
    08Г2ДНФЛ84
    32Х06Л848280766866635549
    40ХЛ858481787168635450
    35ХМЛ838179777469635349
    15Х1М1ФЛ8784827976716661
    35ХГСЛ848279767166625447
    15Х13Л85808077736863
    20Х13Л878482797671645553
    12Х18Н9ТЛ767368635952504742
    ХН70ВМЮТ (ЭИ 765)858481787672706766
    Н70МФВ-ВИ (ЭП 814А-ВИ)230
    ХН58ВКМТЮБЛ (ЦНК 8МП)80
    ХН65ВМТЮЛ (ЭИ 893Л)838280777471686562
    АД, АД00, АД0, АД127
    БрБ245,0
    ВТ1-039,2
    ВТ1-0039,2
    ВТ5-144,1
    ОТ441,2
    ОТ4-044,1
    ОТ4-144,1
    1. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., исправл. и доп. / Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Под ред. А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.
    2. Машиностроение. Энциклопедия. Т. II–3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. /Под общей редакцией И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. 880 с.
    3. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 480 с.
    4. Михайлов-Михеев П.Б. Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения. М.: Машгиз, 1961. 838 с.

    Источник

    Коэффициент запаса прочности

    Для количественного выражения запаса прочности при конструировании применяют коэффициент запаса прочности. Он характеризует способность изделия к перегрузкам выше номинальных. Для бытовых изделий он невелик, но для ответственных узлов и деталей, могущих при разрушении представлять опасность для жизни и здоровья человека, его делают многократным.

    Запас прочности

    Точный расчет прочностных характеристик позволяет создать достаточный для безопасности запас прочности и одновременно не перетяжелить конструкцию, ухудшая ее эксплуатационные характеристики. Для таких расчетов используются сложные математические методы и совершенное программное обеспечение. Наиболее важные конструкции обсчитывают на суперкомпьютерах.

    Модуль упругости Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона значения (Таблица)

    Упругие свойства тел 

    Ниже приводятся справочные таблицы общеупотребительных констант; если известны две их них, то этого вполне достаточно для определения упругих свойств однородного изотропного твердого тела.

    Модуль Юнга или модуль продольной упругости в дин/см2.

    Модуль сдвига или модуль кручения G в дин/см2.

    Модуль всестороннего сжатия или модуль объемной упругости К в дин/см2.

    Объем сжимаемости k=1/K/.

    Коэффициент Пуассона µ равен отношению поперечного относительного сжатия к продольному относительному растяжению.

    Для однородного изотропного твердого материала имеют место следующие соотношения между этими константами:

    G = E / 2(1 + μ)  –  (α)

    μ = (E / 2G) – 1   –  (b) 

    K = E / 3(1 – 2μ)  –  (c) 

    Коэффициент Пуассона имеет положительный знак, и его значение обычно заключено в пределах от 0,25 до 0,5, но в некоторых случаях он может выходить за указанные пределы. Степень совпадения наблюдаемых значений µ и вычисленных по формуле (b) является показателем изотропности материала.

    Таблицы значений Модуля упругости Юнга, Модуля сдвига и коэффициента Пуассона

    Курсивом даны значения, вычисленные из соотношений (a), (b), (c).

    Материал при 18°С

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.

    Коэффициент Пуассона µ

    Модуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.

    Алюминий

    7,05

    2,62

    0,345

    7,58

    Висмут

    3,19

    1,20

    0,330

    3,13

    Железо

    21,2

    8,2

    0,29

    16,9

    Золото

    7,8

    2,7

    0,44

    21,7

    Кадмий

    4,99

    1,92

    0,300

    4,16

    Медь

    12,98

    4,833

    0,343

    13,76

    Никель

    20,4

    7,9

    0,280

    16,1

    Платина

    16,8

    6,1

    0,377

    22,8

    Свинец

    1,62

    0,562

    0,441

    4,6

    Серебро

    8,27

    3,03

    0,367

    10,4

    Титан

    11,6

    4,38

    0,32

    10,7

    Цинк

    9,0

    3,6

    0,25

    6,0

    Сталь (1% С) 1)

    21,0

    8,10

    0,293

    16,88

    (мягкая)

    21,0

    8,12

    0,291

    16,78

    Константан 2)

    16,3

    6,11

    0,327

    15,7

    Манганин

    12,4

    4,65

    0,334

    12,4

     

    1) Для стали, содержащий около 1% С, упругие константы, как известно , меняются при термообработке.

    2) 60% Cu, 40% Ni.

    Экспериментальные результаты, приводимые ниже, относятся к обычным лабораторным материалам, главным образом проволокам. 

    Вещество

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.

    Коэффициент Пуассона µ

    Модуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.

    Бронза (66% Cu)

    -9,7-10,2

    3,3-3,7

    0,34-0,40

    11,2

    Медь

    10,5-13,0

    3,5-4,9

    0,34

    13,8

    Нейзильбер1)

    11,6

    4,3-4,7

    0,37

    Стекло

    5,1-7,1

    3,1

    0,17-0,32

    3,75

    Стекло иенское крон

    6,5-7,8

    2,6-3,2

    0,20-0,27

    4,0-5,9

    Стекло иенское флинт

    5,0-6,0

    2,0-2,5

    0,22-0,26

    3,6-3,8

    Железо сварочное

    19-20

    7,7-8,3

    0,29

    16,9

    Чугун

    10-13

    3,5-5,3

    0,23-0,31

    9,6

    Магний

    4,25

    1,63

    0,30

    Бронза фосфористая2)

    12,0

    4,36

    0,38

    Платиноид3)

    13,6

    3,6

    0,37

    Кварцевые нити (плав.)

    7,3

    3,1

    0,17

    3,7

    Резина мягкая вулканизированная

    0,00015-0,0005

    0,00005-0,00015

    0,46-0,49

    Сталь

    20-21

    7,9-8,9

    0,25-0,33

    16,8

    Цинк

    8,7

    3,8

    0,21

     

    1) 60% Cu, 15% Ni, 25% Zn

    2) 92,5% Cu, 7% Sn, 0,5% P

    3) Нейзильбер с небольшим количеством вольфрама.

     

    Вещество

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Вещество

    Модуль Юнга E, 1011 дин/см2.

    Цинк (чистый)

    9,0

    Дуб

    1,3

    Иридий

    52,0

    Сосна

    0,9

    Родий

    29,0

    Красное дерево

    0,88

    Тантал

    18,6

    Цирконий

    7,4

    Инвар

    17,6

    Титан

    10,5-11,0

    Сплав 90% Pt, 10% Ir

    21,0

    Кальций

    2,0-2,5

    Дюралюминий

    7,1

    Свинец

    0,7-1,6

    Шелковые нити1

    0,65

    Тиковое дерево

    1,66

    Паутина2

    0,3

    Серебро

    7,1-8,3

    Кетгут

    0,32

    Пластмассы:

     

    Лед (-20С)

    0,28

    Термопластичные

    0,14-0,28

    Кварц

    7,3

    Термореактивные

    0,35-1,1

    Мрамор

    3,0-4,0

    Вольфрам

    41,1

    1) Быстро уменьшается с увеличением нагрузки

    2) Обнаруживает заметную упругую усталость

     

    Температурный коэффициент (при 150С)

    Et=E11 (1-ɑ (t-15)), Gt=G11 (1-ɑ (t-15))

    Сжимаемость k, бар-1
    (при 7-110С)

     

    ɑ, для Е

    ɑ, для G

     

     

    Алюминий

    4,8*10-4

    5,2*10-4

    Алюминий

    1,36*10-6

    Латунь

    3,7*10-4

    4,6*10-4

    Медь

    0,73*10-6

    Золото

    4,8*10-4

    3,3*10-4

    Золото

    0,61*10-6

    Железо

    2,3*10-4

    2,8*10-4

    Свинец

    2,1*10-6

    Сталь

    2,4*10-4

    2,6*10-4

    Магний

    2,8*10-6

    Платина

    0,98*10-4

    1,0*10-4

    Платина

    0,36*10-6

    Серебро

    7,5*10-4

    4,5*10-4

    Стекло флинт

    3,0*10-6

    Олово

    5,9*10-4

    Стекло немецкое

    2,57*10-6

    Медь

    3,0*10-4

    3,1*10-4

    Сталь

    0,59*10-6

    Нейзильбер

    6,5*10-4

     

     

    Фосфористая бронза

    3,0*10-4

     

     

    Кварцевые нити

    -1,5*10-4

    -1,1*10-4

     

     



    Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network

    (* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

    {{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*

    {{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

    {{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}  

    {{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

    {{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$select.selected.display}}

    {{article.content_lang.display}}

    {{l10n_strings.AUTHOR}}  

    {{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

    {{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

    Модуль упругости алюминия кг см2. Модуль деформации стали и её упругости. Нормативные данные для расчетов железобетонных конструкций

    Основной главной задачей инженерного проектирования служит выбор оптимального сечения профиля и материала конструкции. Нужно найти именно тот размер, который обеспечит сохранение формы системы при минимальной возможной массе под влиянием нагрузки. К примеру, какую именно сталь следует применять в качестве пролётной балки сооружения? Материал может использоваться нерационально, усложнится монтаж и утяжелится конструкция, увеличатся финансовые затраты. На этот вопрос ответит такое понятие как модуль упругости стали. Он же позволит на самой ранней стадии избежать появления этих проблем.

    Общие понятия

    Модуль упругости (модуль Юнга) – это показатель механического свойства материала, характеризующий его сопротивляемость деформации растяжения . Иными словами, это значение пластичности материала. Чем выше значения модуля упругости, тем меньше будет какой-либо стержень растягиваться при иных равных нагрузках (площадь сечения, величина нагрузки и другие).

    Модуль Юнга в теории упругости обозначается буквой Е. Он является составляющей закона Гука (о деформации упругих тел). Эта величина связывает возникающее в образце напряжение и его деформацию.

    Измеряется эта величина согласно стандартной международной системе единиц в МПа (Мегапаскалях) . Но инженеры на практике больше склоняются к применению размерности кгс/см2.

    Опытным путём осуществляется определение этого показателя в научных лабораториях. Сутью этого метода является разрыв гантелеобразных образцов материала на специальном оборудовании. Узнав удлинение и натяжение, при которых образец разрушился, делят переменные данные друг на друга. Полученная величина и является модулем (Юнга) упругости.

    Таким образом определяется только модуль Юнга материалов упругих: медь, сталь и прочее. А материалы хрупкие сжимают до того момента, пока не появятся трещины: бетон, чугун и им подобные.

    Механические свойства

    Только при работе на растяжение или сжатие модуль (Юнга) упругости помогает угадать поведение того или иного материала . А вот при изгибе, срезе, смятии и прочих нагрузках потребуется ввести дополнительные параметры:

    Кроме всего вышесказанного стоит упомянуть, что у некоторых материалов в зависимости от направления нагрузки разные механические свойства . Подобные материалы называются анизотропными. Примерами подобного является ткани, некоторые виды камня, слоистые пластмассы, древесина и прочее.

    У материалов изотропных механические свойства и деформация упругая в любом направлении одинаковы. К таким материалам относятся металлы: алюминий, медь, чугун, сталь и прочее, а также каучук, бетон, естественные камни, пластмассы неслоистые.

    Модуль упругости

    Стоит отметить, что эта величина непостоянная. Даже для одного материала она может иметь разное значение в зависимости от того, в какие точки была приложена сила. Кое-какие пластично-упругие материалы имеют практически постоянное значение модуля упругости при работе как на растяжение, так и на сжатие: сталь, алюминий, медь. А есть и такие ситуации, когда эта величина измеряется формой профиля.

    Некоторые значения (величина представлена в миллионах кгс/см2) :

    1. Алюминий – 0,7.
    2. Древесина поперёк волокон – 0,005.
    3. Древесина вдоль волокон – 0,1.
    4. Бетон – 0,02.
    5. Каменная гранитная кладка – 0,09.
    6. Каменная кирпичная кладка – 0,03.
    7. Бронза – 1,00.
    8. Латунь – 1,01.
    9. Чугун серый – 1,16.
    10. Чугун белый – 1,15.

    Разница в показателях модулей упругости для сталей в зависимости от их марок:

    Ещё это значение изменяется в зависимости от вида проката:

    1. Трос с сердечником металлическим – 1,95.
    2. Канат плетёный – 1,9.
    3. Проволока высокой прочности – 2,1.

    Как видно, отклонения в значениях модулей упругой деформации стали незначительны. Именно по этой причине большинство инженеров, проводя свои расчёты, пренебрегают погрешностями и берут значение, равное 2,00.

    Физические характеристики материалов для стальных конструкций

    2,06 · 10 5 (2,1 · 10 6)

    0,83 · 10 5 (0,85 · 10 6)

    0,98 · 10 5 (1,0 · 10 6)

    1,96 · 10 5 (2,0 · 10 6)

    1,67 · 10 5 (1,7 · 10 6)

    1,47 · 10 5 (1,5 · 10 6)

    1,27 · 10 5 (1,3 · 10 6)

    0,78 · 10 5 (0,81 · 10 6)

    Примечание. Значения модуля упругости даны для канатов, предварительно вытянутых усилием не менее 60 % разрывного усилия для каната в целом.

    Физические характеристики проводов и проволоки

    Модуль упругости – общее название нескольких физических величин, характеризующих способность твёрдого тела (материала, вещества) упруго деформироваться (то есть не постоянно) при приложении к нему силы. В области упругой деформации модуль упругости тела в общем случае зависит от напряжения и определяется производной (градиентом) зависимости напряжения от деформации, то есть тангенсом угла наклона начального линейного участка диаграммы напряжений-деформаций:

    E = def d σ d ε > >

    В наиболее распространенном случае зависимость напряжения и деформации линейная (закон Гука):

    E = σ ε >> .

    Если напряжение измеряется в паскалях, то, поскольку деформация является безразмерной величиной, единицей измерения Е также будет паскаль. Альтернативным определением является определение, что модуль упругости – это напряжение, достаточное для того, чтобы вызвать увеличение длины образца в два раза. Такое определение не является точным для большинства материалов, потому что это значение намного больше чем предел текучести материала или значения, при котором удлинение становится нелинейным, однако оно может оказаться более интуитивным.

    Разнообразие способов, которыми могут быть изменены напряжения и деформации, включая различные направления действия силы, позволяют определить множество типов модулей упругости. Здесь даны три основных модуля:

    Гомогенные и изотропные материалы (твердые), обладающие линейными упругими свойствами, полностью описываются двумя модулями упругости, представляющими собой пару любых модулей. Если дана пара модулей упругости, все другие модули могут быть получены по формулам, представленным в таблице ниже.

    В невязких течениях не существует сдвигового напряжения, поэтому сдвиговый модуль всегда равен нулю. Это влечёт также и равенство нулю модуля Юнга.

    или второй параметр Ламе

    Модули упругости (Е) для некоторых веществ.

    Материал Модуль упругости Е , МПа
    Чугун белый, серый(1,15…1,60) . 10 5
    » ковкий1,55 . 10 5
    Сталь углеродистая(2,0…2,1) . 10 5
    » легированная(2,1…2,2) . 10 5
    Медь прокатная1,1 . 10 5
    » холоднотянутая1,3 . 10 3
    » литая0,84 . 10 5
    Бронза фосфористая катанная1,15 . 10 5
    Бронза марганцевая катанная1,1 . 10 5
    Бронза алюминиевая литая1,05 . 10 5
    Латунь холоднотянутая(0,91…0,99) . 10 5
    Латунь корабельная катанная1,0 . 10 5
    Алюминий катанный0,69 . 10 5
    Проволока алюминиевая тянутая0,7 . 10 5
    Дюралюминий катанный0,71 . 10 5
    Цинк катанный0,84 . 10 5
    Свинец0,17 . 10 5
    Лед0,1 . 10 5
    Стекло0,56 . 10 5
    Гранит0,49 . 10 5
    Известь0,42 . 10 5
    Мрамор0,56 . 10 5
    Песчаник0,18 . 10 5
    Каменная кладка из гранита(0,09…0,1) . 10 5
    » из кирпича(0,027…0,030) . 10 5
    Бетон (см. таблицу 2)
    Древесина вдоль волокон(0,1…0,12) . 10 5
    » поперек волокон(0,005…0,01) . 10 5
    Каучук0,00008 . 10 5
    Текстолит(0,06…0,1) . 10 5
    Гетинакс(0,1…0,17) . 10 5
    Бакелит(2…3) . 10 3
    Целлулоид(14,3…27,5) . 10 2

    Примечание : 1. Для определения модуля упругости в кгс/см 2 табличное значение умножается на 10 (более точно на 10.1937)

    2. Значения модулей упругости Е для металлов, древесины , каменной кладки следует уточнять по соответствующим СНиПам.

    Нормативные данные для расчетов железобетонных конструкций:

    Таблица 2. Начальные модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 2.1. Начальные модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Примечания : 1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой – в кгс/см 2 .

    2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.

    3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Е b принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.

    4. Для напрягающего бетона значения Е b принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент a = 0,56 + 0,006В.

    5. Приведенные в скобках марки бетона не точно соответствуют указанным классам бетона.

    Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4.1. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 6.2. Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры(согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 7.1. Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7.2. Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Нормативные данные для расчетов металлических конструкций:

    Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

    Примечания :

    1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).

    2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.

    3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см 2).

    Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    Примечания : 1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
    2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
    3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

    Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов, приводятся отдельно .

    Список использованной литературы:

    1. СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции”

    2. СП 52-101-2003

    3. СНиП II-23-81 (1990) “Стальные конструкции”

    4. Александров А.В. Сопротивление материалов. Москва: Высшая школа. – 2003.

    5. Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Будiвельник. – 1982.

    Основной главной задачей инженерного проектирования служит выбор оптимального сечения профиля и материала конструкции. Нужно найти именно тот размер, который обеспечит сохранение формы системы при минимальной возможной массе под влиянием нагрузки. К примеру, какую именно сталь следует применять в качестве пролётной балки сооружения? Материал может использоваться нерационально, усложнится монтаж и утяжелится конструкция, увеличатся финансовые затраты. На этот вопрос ответит такое понятие как модуль упругости стали. Он же позволит на самой ранней стадии избежать появления этих проблем.

    Общие понятия

    Модуль упругости (модуль Юнга) – это показатель механического свойства материала, характеризующий его сопротивляемость деформации растяжения . Иными словами, это значение пластичности материала. Чем выше значения модуля упругости, тем меньше будет какой-либо стержень растягиваться при иных равных нагрузках (площадь сечения, величина нагрузки и другие).

    Модуль Юнга в теории упругости обозначается буквой Е. Он является составляющей закона Гука (о деформации упругих тел). Эта величина связывает возникающее в образце напряжение и его деформацию.

    Измеряется эта величина согласно стандартной международной системе единиц в МПа (Мегапаскалях) . Но инженеры на практике больше склоняются к применению размерности кгс/см2.

    Опытным путём осуществляется определение этого показателя в научных лабораториях. Сутью этого метода является разрыв гантелеобразных образцов материала на специальном оборудовании. Узнав удлинение и натяжение, при которых образец разрушился, делят переменные данные друг на друга. Полученная величина и является модулем (Юнга) упругости.

    Таким образом определяется только модуль Юнга материалов упругих: медь, сталь и прочее. А материалы хрупкие сжимают до того момента, пока не появятся трещины: бетон, чугун и им подобные.

    Механические свойства

    Только при работе на растяжение или сжатие модуль (Юнга) упругости помогает угадать поведение того или иного материала . А вот при изгибе, срезе, смятии и прочих нагрузках потребуется ввести дополнительные параметры:

    Кроме всего вышесказанного стоит упомянуть, что у некоторых материалов в зависимости от направления нагрузки разные механические свойства . Подобные материалы называются анизотропными. Примерами подобного является ткани, некоторые виды камня, слоистые пластмассы, древесина и прочее.

    У материалов изотропных механические свойства и деформация упругая в любом направлении одинаковы. К таким материалам относятся металлы: алюминий, медь, чугун, сталь и прочее, а также каучук, бетон, естественные камни, пластмассы неслоистые.

    Модуль упругости

    Стоит отметить, что эта величина непостоянная. Даже для одного материала она может иметь разное значение в зависимости от того, в какие точки была приложена сила. Кое-какие пластично-упругие материалы имеют практически постоянное значение модуля упругости при работе как на растяжение, так и на сжатие: сталь, алюминий, медь. А есть и такие ситуации, когда эта величина измеряется формой профиля.

    Некоторые значения (величина представлена в миллионах кгс/см2) :

    1. Алюминий – 0,7.
    2. Древесина поперёк волокон – 0,005.
    3. Древесина вдоль волокон – 0,1.
    4. Бетон – 0,02.
    5. Каменная гранитная кладка – 0,09.
    6. Каменная кирпичная кладка – 0,03.
    7. Бронза – 1,00.
    8. Латунь – 1,01.
    9. Чугун серый – 1,16.
    10. Чугун белый – 1,15.

    Разница в показателях модулей упругости для сталей в зависимости от их марок:

    Ещё это значение изменяется в зависимости от вида проката:

    1. Трос с сердечником металлическим – 1,95.
    2. Канат плетёный – 1,9.
    3. Проволока высокой прочности – 2,1.

    Как видно, отклонения в значениях модулей упругой деформации стали незначительны. Именно по этой причине большинство инженеров, проводя свои расчёты, пренебрегают погрешностями и берут значение, равное 2,00.

    Перевод единиц измерения модулей упругости, модулей Юнга (E), предела прочности, модулей сдвига (G), предела текучести

    Таблица перевода единиц измерения Па; МПа; бар; кг/см 2; psf; psi
    Для того, чтобы перевести величину в единицах: В единицы:
    Па (Н/м 2) МПа bar кгс/см 2 psf psi
    Следует умножить на:
    Па (Н/м 2) — единица давления СИ 11*10 -610 -51.02*10 -50.0211.450326*10 -4
    МПа 1*10 611010.22.1*10 41.450326*10 2
    бар 10 510 -111.0197209014.50
    кгс/см 2 9.8*10 49.8*10 -20.981204914.21
    фунтов на кв. фут / pound square feet (psf) 47.84.78*10 -54.78*10 -44.88*10 -410.0069
    фунтов на кв. дюйм / pound square inches (psi) 6894.766.89476*10 -30.0690.071441

    Подробный список единиц давления (да, эти единицы совпадают с единицами измерения давления по размерности, но не совпадают по смыслу:)

    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000102 Атмосфера “метрическая” / Atmosphere (metric)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000099 Атмосфера стандартная Atmosphere (standard) = Standard atmosphere
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.00001 Бар / Bar
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Барад / Barad
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0007501 Сантиметров рт. ст. (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0101974 Сантиметров во. ст. (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Дин/квадратный сантиметр
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0003346 Футов водяного столба / Foot of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -9 Гигапаскалей
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.01 Гектопаскалей
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0002953 Дюмов рт.ст. / Inch of mercury (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0002961 Дюймов рт. ст. / Inch of mercury (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0040186 Дюмов в.ст. / Inch of water (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0040147 Дюмов в.ст. / Inch of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000102 кгс/см 2 / Kilogram force/centimetre 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0010197 кгс/дм 2 / Kilogram force/decimetre 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.101972 кгс/м 2 / Kilogram force/meter 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 кгс/мм 2 / Kilogram force/millimeter 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -3 кПа
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Килофунтов силы/ квадратный дюйм / Kilopound force/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -6 МПа
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.000102 Метров в.ст. / Meter of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Микробар / Microbar (barye, barrie)
    • 1 Па (Н/м 2) = 7.50062 Микронов рт.ст. / Micron of mercury (millitorr)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.01 Милибар / Millibar
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0075006 Миллиметров рт.ст / Millimeter of mercury (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.10207 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.10197 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) =7.5006 Миллиторр / Millitorr
    • 1 Па (Н/м 2) = 1Н/м 2 / Newton/square meter
    • 1 Па (Н/м 2) = 32.1507 Повседневных унций / кв. дюйм / Ounce force (avdp)/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0208854 Фунтов силы на кв. фут / Pound force/square foot
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.000145 Фунтов силы на кв. дюйм / Pound force/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.671969 Паундалов на кв. фут / Poundal/square foot
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0046665 Паундалов на кв. дюйм / Poundal/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000093 Длинных тонн на кв. фут / Ton (long)/foot 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Длинных тонн на кв. дюйм / Ton (long)/inch 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000104 Коротких тонн на кв. фут / Ton (short)/foot 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Тонн на кв. дюйм / Ton/inch 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0075006 Торр / Torr

    Физические характеристики материалов для стальных конструкций

    проката и стальных отливок

    отливок из чугуна

    Коэффициент линейного расширения α , ºC -1

    прокатной стали и стальных отливок

    отливок из чугуна марок:

    пучков и прядей параллельных проволок

    спиральных и закрытых несущих

    двойной свивки с неметаллическим сердечником

    Модуль сдвига прокатной стали и стальных отливок G , МПа (кгс/см 2 )

    Коэффициент поперечной деформации (Пуассона) ν

    Примечание . Значения модуля упругости даны для канатов, предварительно вытянутых усилием не менее 60 % разрывного усилия для каната в целом.

    Физические характеристики проводов и проволоки

    Марка и номинальное сечение, мм 2

    Коэффициент линейного расширения α; ºС -1

    Алюминиевые провода по ГОСТ 839-80

    При расчете строительных конструкций нужно знать расчетное сопротивление и модуль упругости для того или иного материала. Здесь представлены данные по основным строительным материалам.

    Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов

    Материал
    Модуль упругости
    Е, МПа
    Чугун белый, серый(1,15…1,60) · 10 5
    Чугун ковкий1,55 · 10 5
    Сталь углеродистая(2,0…2,1) · 10 5
    Сталь легированная(2,1…2,2) · 10 5
    Медь прокатная1,1 · 10 5
    Медь холоднотянутая1,3 · 10 3
    Медь литая0,84 · 10 5
    Бронза фосфористая катанная1,15 · 10 5
    Бронза марганцевая катанная1,1 · 10 5
    Бронза алюминиевая литая1,05 · 10 5
    Латунь холоднотянутая(0,91…0,99) · 10 5
    Латунь корабельная катанная1,0 · 10 5
    Алюминий катанный0,69 · 10 5
    Проволока алюминиевая тянутая0,7 · 10 5
    Дюралюминий катанный0,71 · 10 5
    Цинк катанный0,84 · 10 5
    Свинец0,17 · 10 5
    Лед0,1 · 10 5
    Стекло0,56 · 10 5
    Гранит0,49 · 10 5
    Известь0,42 · 10 5
    Мрамор0,56 · 10 5
    Песчаник0,18 · 10 5
    Каменная кладка из гранита(0,09…0,1) · 10 5
    Каменная кладка из кирпича(0,027…0,030) · 10 5
    Бетон (см. таблицу 2)
    Древесина вдоль волокон(0,1…0,12) · 10 5
    Древесина поперек волокон(0,005…0,01) · 10 5
    Каучук0,00008 · 10 5
    Текстолит(0,06…0,1) · 10 5
    Гетинакс(0,1…0,17) · 10 5
    Бакелит(2…3) · 10 3
    Целлулоид(14,3…27,5) · 10 2
    Нормативные данные для рассчетов железобетонных конструкций

    Таблица 2. Модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 2.1 Модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Примечания:
    1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой – в кгс/см&sup2.
    2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.
    3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Е b принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.
    4. Для напрягающего бетона значения Е b принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент
    a = 0,56 + 0,006В.

    Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4.1 Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 6.2 Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 7.1 Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7.2 Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Нормативные данные для расчетов металлических контрукций

    Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990)) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

    Примечания:
    1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).
    2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.
    3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см&sup2).

    Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    Примечания:
    1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
    2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
    3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

    Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов здесь не показаны.

    Модуль упругости алюминия кг см2. Расчетные сопротивления и модули упругости для различных строительных материалов

    Развитие металлургии и других сопутствующих направлений по изготовлению предметов из металла обязано созданию оружия. Сначала научились выплавлять цветные металлы, но прочность изделий была относительно невысокой. Только с появлением железа и его сплавов началось изучение их свойств.

    Первые мечи для придания им твердости и прочности делали довольно тяжелыми. Воинам приходилось брать их в обе руки, чтобы управляться с ними. Со временем появились новые сплавы, разрабатывались технологии производства. Легкие сабли и шпаги пришли на замену тяжеловесному оружию. Параллельно создавались орудия труда. С повышением прочностных характеристик совершенствовались инструменты и способы производства.

    Виды нагрузок

    При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

    • Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.
    • Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

    • Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

    • Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

    • Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

    Понятие о модуле упругости

    В середине XVII века одновременно в нескольких странах начались исследования материалов. Предлагались самые разные методики по определению прочностных характеристик. Английский исследователь Роберт Гук (1660 г.) сформулировал основные положения закона по удлинению упругих тел в результате приложения нагрузки (закона Гука). Введены и понятия:

    1. Напряжения σ, которое в механике измеряется в виде нагрузки, приложенной к определенной площади (кгс/см², Н/м², Па).
    2. Модуля упругости Е, который определяет способность твердого тела деформироваться под действием нагружения (приложения силы в заданном направлении). Единицы измерения также определяются в кгс/см² (Н/м², Па).

    Формула по закону Гука записывается в виде ε = σz/E, где:

    • ε – относительное удлинение;
    • σz – нормальное напряжение.

    Демонстрация закона Гука для упругих тел:

    Из приведенной зависимости выводится значение Е для определенного материала опытным путем, Е = σz/ε.

    Модуль упругости – это постоянная величина, характеризующая сопротивление тела и его конструкционного материала при нормальной растягивающей или сжимающей нагрузке.

    В теории прочности принято понятие модуль упругости Юнга. Это английский исследователь дал более конкретное описание способам изменения прочностных показателей при нормальных нагружениях.

    Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.

    Таблица 1: Модуль упругости для металлов и сплавов

    Модуль упругости для разных марок стали

    Металлурги разработали несколько сотен марок сталей. Им свойственны разные значения прочности. В таблице 2 показаны характеристики для наиболее распространенных сталей.

    Таблица 2: Упругость сталей

    Наименование стали Значение модуля упругости, 10¹²·Па
    Сталь низкоуглеродистая165…180
    Сталь 3179…189
    Сталь 30194…205
    Сталь 45211…223
    Сталь 40Х240…260
    65Г235…275
    Х12МФ310…320
    9ХС, ХВГ275…302
    4Х5МФС305…315
    3Х3М3Ф285…310
    Р6М5305…320
    Р9320…330
    Р18325…340
    Р12МФ5297…310
    У7, У8302…315
    У9, У10320…330
    У11325…340
    У12, У13310…315

    Видео: закон Гука, модуль упругости.

    Модули прочности

    Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

    Модуль сдвига G определяет жесткость. Эта характеристика показывает предельное значение нагрузки изменению формы предмета.

    Модуль объемной упругости К определяет упругие свойства материала изменить объем. При любой деформации происходит изменение формы предмета.

    Коэффициент Пуассона μ определяет изменения отношение величины относительного сжатия к растяжению. Эта величина зависит только от свойств материала.

    Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

    Таблица 3: Модули прочности для сталей

    Наименование стали Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па Модуль сдвига G, 10¹²·Па Модуль объемной упругости, 10¹²·Па Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па
    Сталь низкоуглеродистая165…18087…9145…49154…168
    Сталь 3179…18993…10249…52164…172
    Сталь 30194…205105…10872…77182…184
    Сталь 45211…223115…13076…81192…197
    Сталь 40Х240…260118…12584…87210…218
    65Г235…275112…12481…85208…214
    Х12МФ310…320143…15094…98285…290
    9ХС, ХВГ275…302135…14587…92264…270
    4Х5МФС305…315147…16096…100291…295
    3Х3М3Ф285…310135…15092…97268…273
    Р6М5305…320147…15198…102294…300
    Р9320…330155…162104…110301…312
    Р18325…340140…149105…108308…318
    Р12МФ5297…310147…15298…102276…280
    У7, У8302…315154…160100…106286…294
    У9, У10320…330160…165104…112305…311
    У11325…340162…17098…104306…314
    У12, У13310…315155…16099…106298…304

    Для других материалов значения прочностных характеристик указывают в специальной литературе. Однако, в некоторых случаях проводят индивидуальные исследования. Особенно актуальны подобные исследования для строительных материалов. На предприятиях, где выпускают железобетонные изделия, регулярно проводят испытания по определению предельных значений.

    Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

    Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

    Общее понятие

    Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

    В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

    Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

    Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

    Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

    Дополнительные характеристики механических свойств

    Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

    • Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
    • Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
    • Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
    • Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
    • Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
    • Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

    Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

    У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

    Значение модуля упругости

    Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

    Некоторые упруго — пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

    Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгссм2) некоторых материалов:

    • Чугун белый – 1,15.
    • Чугун серый -1,16.
    • Латунь – 1,01.
    • Бронза — 1,00.
    • Кирпичная каменная кладка – 0,03.
    • Гранитная каменная кладка – 0,09.
    • Бетон – 0,02.
    • Древесина вдоль волокон – 0,1.
    • Древесина поперек волокон – 0,005.
    • Алюминий – 0,7.

    Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки:

    • Стали конструкционные высокого качества (20, 45) – 2,01.
    • Стали обычного качества (Ст.3, Ст.6) — 2,00.
    • Стали низколегированные (30ХГСА, 40Х) – 2,05.
    • Стали нержавеющие (12Х18Н10Т) – 2,1.
    • Стали штамповые (9ХМФ) – 2,03.
    • Стали пружинные (60С2) – 2,03.
    • Стали подшипниковые (ШХ15) – 2,1.

    Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката:

    • Проволока высокой прочности – 2,1.
    • Плетенный канат – 1,9.
    • Трос с металлическим сердечником – 1,95.

    Как видим, отклонения между сталями в значениях модулей упругой деформации имеют небольшую величину. Поэтому в большинстве инженерных расчетов можно пренебречь погрешностями и брать значение Е=2,0.

    Материал Модуль упругости
    Е, МПа
    Чугун белый, серый(1,15. 1,60) · 10 5
    Чугун ковкий1,55 · 10 5
    Сталь углеродистая(2,0. 2,1) · 10 5
    Сталь легированная(2,1. 2,2) · 10 5
    Медь прокатная1,1 · 10 5
    Медь холоднотянутая1,3 · 10 3
    Медь литая0,84 · 10 5
    Бронза фосфористая катанная1,15 · 10 5
    Бронза марганцевая катанная1,1 · 10 5
    Бронза алюминиевая литая1,05 · 10 5
    Латунь холоднотянутая(0,91. 0,99) · 10 5
    Латунь корабельная катанная1,0 · 10 5
    Алюминий катанный0,69 · 10 5
    Проволока алюминиевая тянутая0,7 · 10 5
    Дюралюминий катанный0,71 · 10 5
    Цинк катанный0,84 · 10 5
    Свинец0,17 · 10 5
    Лед0,1 · 10 5
    Стекло0,56 · 10 5
    Гранит0,49 · 10 5
    Известь0,42 · 10 5
    Мрамор0,56 · 10 5
    Песчаник0,18 · 10 5
    Каменная кладка из гранита(0,09. 0,1) · 10 5
    Каменная кладка из кирпича(0,027. 0,030) · 10 5
    Бетон (см. таблицу 2)
    Древесина вдоль волокон(0,1. 0,12) · 10 5
    Древесина поперек волокон(0,005. 0,01) · 10 5
    Каучук0,00008 · 10 5
    Текстолит(0,06. 0,1) · 10 5
    Гетинакс(0,1. 0,17) · 10 5
    Бакелит(2. 3) · 10 3
    Целлулоид(14,3. 27,5) · 10 2
    Нормативные данные для рассчетов железобетонных конструкций

    Таблица 2. Модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 2.1 Модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Примечания:
    1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой — в кгс/см&sup2.
    2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.
    3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Е b принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.
    4. Для напрягающего бетона значения Е b принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент
    a = 0,56 + 0,006В.

    Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4.1 Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 6.2 Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 7.1 Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7.2 Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Нормативные данные для расчетов металлических контрукций

    Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990)) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

    Примечания:
    1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).
    2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.
    3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см&sup2).

    Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    Примечания:
    1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
    2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
    3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

    Перевод единиц измерения модулей упругости, модулей Юнга (E), предела прочности, модулей сдвига (G), предела текучести

    Таблица перевода единиц измерения Па; МПа; бар; кг/см 2; psf; psi
    Для того, чтобы перевести величину в единицах: В единицы:
    Па (Н/м 2) МПа bar кгс/см 2 psf psi
    Следует умножить на:
    Па (Н/м 2) — единица давления СИ 11*10 -610 -51.02*10 -50.0211.450326*10 -4
    МПа 1*10 611010.22.1*10 41.450326*10 2
    бар 10 510 -111.0197209014.50
    кгс/см 2 9.8*10 49.8*10 -20.981204914.21
    фунтов на кв. фут / pound square feet (psf) 47.84.78*10 -54.78*10 -44.88*10 -410.0069
    фунтов на кв. дюйм / pound square inches (psi) 6894.766.89476*10 -30.0690.071441

    Подробный список единиц давления (да, эти единицы совпадают с единицами измерения давления по размерности, но не совпадают по смыслу:)

    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000102 Атмосфера “метрическая” / Atmosphere (metric)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000099 Атмосфера стандартная Atmosphere (standard) = Standard atmosphere
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.00001 Бар / Bar
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Барад / Barad
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0007501 Сантиметров рт. ст. (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0101974 Сантиметров во. ст. (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Дин/квадратный сантиметр
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0003346 Футов водяного столба / Foot of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -9 Гигапаскалей
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.01 Гектопаскалей
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0002953 Дюмов рт.ст. / Inch of mercury (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0002961 Дюймов рт. ст. / Inch of mercury (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0040186 Дюмов в.ст. / Inch of water (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0040147 Дюмов в.ст. / Inch of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000102 кгс/см 2 / Kilogram force/centimetre 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0010197 кгс/дм 2 / Kilogram force/decimetre 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.101972 кгс/м 2 / Kilogram force/meter 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 кгс/мм 2 / Kilogram force/millimeter 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -3 кПа
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Килофунтов силы/ квадратный дюйм / Kilopound force/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -6 МПа
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.000102 Метров в.ст. / Meter of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 Микробар / Microbar (barye, barrie)
    • 1 Па (Н/м 2) = 7.50062 Микронов рт.ст. / Micron of mercury (millitorr)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.01 Милибар / Millibar
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0075006 Миллиметров рт.ст / Millimeter of mercury (0 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.10207 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (15.56 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.10197 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (4 °C)
    • 1 Па (Н/м 2) =7.5006 Миллиторр / Millitorr
    • 1 Па (Н/м 2) = 1Н/м 2 / Newton/square meter
    • 1 Па (Н/м 2) = 32.1507 Повседневных унций / кв. дюйм / Ounce force (avdp)/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0208854 Фунтов силы на кв. фут / Pound force/square foot
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.000145 Фунтов силы на кв. дюйм / Pound force/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.671969 Паундалов на кв. фут / Poundal/square foot
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0046665 Паундалов на кв. дюйм / Poundal/square inch
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000093 Длинных тонн на кв. фут / Ton (long)/foot 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Длинных тонн на кв. дюйм / Ton (long)/inch 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0000104 Коротких тонн на кв. фут / Ton (short)/foot 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 10 -7 Тонн на кв. дюйм / Ton/inch 2
    • 1 Па (Н/м 2) = 0.0075006 Торр / Torr

    Основной главной задачей инженерного проектирования служит выбор оптимального сечения профиля и материала конструкции. Нужно найти именно тот размер, который обеспечит сохранение формы системы при минимальной возможной массе под влиянием нагрузки. К примеру, какую именно сталь следует применять в качестве пролётной балки сооружения? Материал может использоваться нерационально, усложнится монтаж и утяжелится конструкция, увеличатся финансовые затраты. На этот вопрос ответит такое понятие как модуль упругости стали. Он же позволит на самой ранней стадии избежать появления этих проблем.

    Общие понятия

    Модуль упругости (модуль Юнга) – это показатель механического свойства материала, характеризующий его сопротивляемость деформации растяжения . Иными словами, это значение пластичности материала. Чем выше значения модуля упругости, тем меньше будет какой-либо стержень растягиваться при иных равных нагрузках (площадь сечения, величина нагрузки и другие).

    Модуль Юнга в теории упругости обозначается буквой Е. Он является составляющей закона Гука (о деформации упругих тел). Эта величина связывает возникающее в образце напряжение и его деформацию.

    Измеряется эта величина согласно стандартной международной системе единиц в МПа (Мегапаскалях) . Но инженеры на практике больше склоняются к применению размерности кгс/см2.

    Опытным путём осуществляется определение этого показателя в научных лабораториях. Сутью этого метода является разрыв гантелеобразных образцов материала на специальном оборудовании. Узнав удлинение и натяжение, при которых образец разрушился, делят переменные данные друг на друга. Полученная величина и является модулем (Юнга) упругости.

    Таким образом определяется только модуль Юнга материалов упругих: медь, сталь и прочее. А материалы хрупкие сжимают до того момента, пока не появятся трещины: бетон, чугун и им подобные.

    Механические свойства

    Только при работе на растяжение или сжатие модуль (Юнга) упругости помогает угадать поведение того или иного материала . А вот при изгибе, срезе, смятии и прочих нагрузках потребуется ввести дополнительные параметры:

    Кроме всего вышесказанного стоит упомянуть, что у некоторых материалов в зависимости от направления нагрузки разные механические свойства . Подобные материалы называются анизотропными. Примерами подобного является ткани, некоторые виды камня, слоистые пластмассы, древесина и прочее.

    У материалов изотропных механические свойства и деформация упругая в любом направлении одинаковы. К таким материалам относятся металлы: алюминий, медь, чугун, сталь и прочее, а также каучук, бетон, естественные камни, пластмассы неслоистые.

    Модуль упругости

    Стоит отметить, что эта величина непостоянная. Даже для одного материала она может иметь разное значение в зависимости от того, в какие точки была приложена сила. Кое-какие пластично-упругие материалы имеют практически постоянное значение модуля упругости при работе как на растяжение, так и на сжатие: сталь, алюминий, медь. А есть и такие ситуации, когда эта величина измеряется формой профиля.

    Некоторые значения (величина представлена в миллионах кгс/см2) :

    1. Алюминий – 0,7.
    2. Древесина поперёк волокон – 0,005.
    3. Древесина вдоль волокон – 0,1.
    4. Бетон – 0,02.
    5. Каменная гранитная кладка – 0,09.
    6. Каменная кирпичная кладка – 0,03.
    7. Бронза – 1,00.
    8. Латунь – 1,01.
    9. Чугун серый – 1,16.
    10. Чугун белый – 1,15.

    Разница в показателях модулей упругости для сталей в зависимости от их марок:

    Ещё это значение изменяется в зависимости от вида проката:

    1. Трос с сердечником металлическим – 1,95.
    2. Канат плетёный – 1,9.
    3. Проволока высокой прочности – 2,1.

    Как видно, отклонения в значениях модулей упругой деформации стали незначительны. Именно по этой причине большинство инженеров, проводя свои расчёты, пренебрегают погрешностями и берут значение, равное 2,00.

    Физические характеристики материалов для стальных конструкций

    2,06 · 10 5 (2,1 · 10 6)

    0,83 · 10 5 (0,85 · 10 6)

    0,98 · 10 5 (1,0 · 10 6)

    1,96 · 10 5 (2,0 · 10 6)

    1,67 · 10 5 (1,7 · 10 6)

    1,47 · 10 5 (1,5 · 10 6)

    1,27 · 10 5 (1,3 · 10 6)

    0,78 · 10 5 (0,81 · 10 6)

    Примечание. Значения модуля упругости даны для канатов, предварительно вытянутых усилием не менее 60 % разрывного усилия для каната в целом.

    Физические характеристики проводов и проволоки

    Модуль упругости – общее название нескольких физических величин, характеризующих способность твёрдого тела (материала, вещества) упруго деформироваться (то есть не постоянно) при приложении к нему силы. В области упругой деформации модуль упругости тела в общем случае зависит от напряжения и определяется производной (градиентом) зависимости напряжения от деформации, то есть тангенсом угла наклона начального линейного участка диаграммы напряжений-деформаций:

    E = def d σ d ε > >

    В наиболее распространенном случае зависимость напряжения и деформации линейная (закон Гука):

    E = σ ε >> .

    Если напряжение измеряется в паскалях, то, поскольку деформация является безразмерной величиной, единицей измерения Е также будет паскаль. Альтернативным определением является определение, что модуль упругости – это напряжение, достаточное для того, чтобы вызвать увеличение длины образца в два раза. Такое определение не является точным для большинства материалов, потому что это значение намного больше чем предел текучести материала или значения, при котором удлинение становится нелинейным, однако оно может оказаться более интуитивным.

    Разнообразие способов, которыми могут быть изменены напряжения и деформации, включая различные направления действия силы, позволяют определить множество типов модулей упругости. Здесь даны три основных модуля:

    Гомогенные и изотропные материалы (твердые), обладающие линейными упругими свойствами, полностью описываются двумя модулями упругости, представляющими собой пару любых модулей. Если дана пара модулей упругости, все другие модули могут быть получены по формулам, представленным в таблице ниже.

    В невязких течениях не существует сдвигового напряжения, поэтому сдвиговый модуль всегда равен нулю. Это влечёт также и равенство нулю модуля Юнга.

    или второй параметр Ламе

    Модули упругости (Е) для некоторых веществ.

    Материал Модуль упругости Е , МПа
    Чугун белый, серый(1,15…1,60) . 10 5
    » ковкий1,55 . 10 5
    Сталь углеродистая(2,0…2,1) . 10 5
    » легированная(2,1…2,2) . 10 5
    Медь прокатная1,1 . 10 5
    » холоднотянутая1,3 . 10 3
    » литая0,84 . 10 5
    Бронза фосфористая катанная1,15 . 10 5
    Бронза марганцевая катанная1,1 . 10 5
    Бронза алюминиевая литая1,05 . 10 5
    Латунь холоднотянутая(0,91…0,99) . 10 5
    Латунь корабельная катанная1,0 . 10 5
    Алюминий катанный0,69 . 10 5
    Проволока алюминиевая тянутая0,7 . 10 5
    Дюралюминий катанный0,71 . 10 5
    Цинк катанный0,84 . 10 5
    Свинец0,17 . 10 5
    Лед0,1 . 10 5
    Стекло0,56 . 10 5
    Гранит0,49 . 10 5
    Известь0,42 . 10 5
    Мрамор0,56 . 10 5
    Песчаник0,18 . 10 5
    Каменная кладка из гранита(0,09…0,1) . 10 5
    » из кирпича(0,027…0,030) . 10 5
    Бетон (см. таблицу 2)
    Древесина вдоль волокон(0,1…0,12) . 10 5
    » поперек волокон(0,005…0,01) . 10 5
    Каучук0,00008 . 10 5
    Текстолит(0,06…0,1) . 10 5
    Гетинакс(0,1…0,17) . 10 5
    Бакелит(2…3) . 10 3
    Целлулоид(14,3…27,5) . 10 2

    Примечание : 1. Для определения модуля упругости в кгс/см 2 табличное значение умножается на 10 (более точно на 10.1937)

    2. Значения модулей упругости Е для металлов, древесины , каменной кладки следует уточнять по соответствующим СНиПам.

    Нормативные данные для расчетов железобетонных конструкций:

    Таблица 2. Начальные модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 2.1. Начальные модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Примечания : 1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой – в кгс/см 2 .

    2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.

    3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Е b принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8.

    4. Для напрягающего бетона значения Е b принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент a = 0,56 + 0,006В.

    5. Приведенные в скобках марки бетона не точно соответствуют указанным классам бетона.

    Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 4.1. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)

    Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 6.2. Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры(согласно СП 52-101-2003)

    Таблица 7.1. Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Таблица 7.2. Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)

    Нормативные данные для расчетов металлических конструкций:

    Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений

    Примечания :

    1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм).

    2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88.

    3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см 2).

    Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))

    Примечания : 1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*.
    2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице.
    3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.

    Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов, приводятся отдельно .

    Список использованной литературы:

    1. СНиП 2.03.01-84 “Бетонные и железобетонные конструкции”

    2. СП 52-101-2003

    3. СНиП II-23-81 (1990) “Стальные конструкции”

    4. Александров А.В. Сопротивление материалов. Москва: Высшая школа. – 2003.

    5. Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Будiвельник. – 1982.

    Металлы | Бесплатный полнотекстовый | Повышение модуля Юнга с помощью инфракрасной термообработки: исследование микроструктуры и массового эффекта реальных алюминиевых поковок 6082

    Рисунок 1. Фотография алюминиевых поковок 6082: ( a ) Большие поковки (L), ( b ) Маленькие поковки (S).

    Рисунок 2. Схема микроструктуры и образцов для испытаний на твердость: ( a ) L, ( b ) S.

    Рисунок 3. Положение отбора проб и геометрия образца для испытания на растяжение: ( a ) L, ( b ) S.

    Рисунок 4. Твердость различных термообработанных образцов.

    Рисунок 5. Металлографические изображения различных термообработанных образцов: ( a ) LAir, ( b ) L180-6H, ( c ) L190-1H, ( d ) L190-2H.

    Рисунок 6. Металлографические изображения различных термообработанных образцов: ( a ) SAir, ( b ) S180-6H, ( c ) S190-1H, ( d ) S190-2H.

    Рисунок 7. Результаты наблюдения СЭМ для различных термообработанных L-поковок: ( a ) LAir, ( b ) L180-6H, ( c ) L190-1H, ( d ) L190-2H.

    Рисунок 8. Результаты наблюдения СЭМ для различных термообработанных поковок S: ( a ) SAir, ( b ) S180-6H, ( c ) S190-1H, ( d ) S190-2H.

    Рисунок 9. Рентгенограммы поковок L для различных состояний термообработки.

    Рисунок 10. Рентгенограммы поковок S для различных состояний термической обработки.

    Рисунок 11. Кривые деформации при ковке для различных режимов термообработки.

    Рисунок 12. Конкретные свойства рисунка 11 и таблицы 4 (* 1 (предел прочности при растяжении, UTS), * 2 предел текучести, YS): данные из Ref. [19], * 3 (Полное удлинение, TE): данные из работы. [20]).

    Рисунок 13. Поверхность разрушения L-поковок после испытания на растяжение: ( а ) LAir, ( b ) L180-6H, ( c ) L190-1H, ( d ) L190-2H.

    Рисунок 14. Поверхность излома поковок S после испытания на растяжение: ( а ) SAir, ( b ) S180-6H, ( c ) S190-1H, ( d ) S190-2H.

    Рисунок 15. Схематическая диаграмма механических свойств и микроструктур в различных процессах термообработки.

    Таблица 1. Химический состав (мас. %) алюминиевого сплава 6082.

    Element MG SI CU MN CR Fe Al
    Wt.% 0,97 1,2 0,06 0,86 0,16 0,18 Бал.

    Таблица 2. Экспериментальные параметры и коды образцов.

    90 ° C, 2 H
    Образец условия Решение процедуры Iteafial Aging код
    Air, 540 ° C, 2 ч воздух, 175 ° C, 2 ч Lair
    ИК, 560 °С, 30 мин. ИК, 180 °C, 6 ч L180-6H
    ИК, 560 °C, 30 мин. ИК, 190 °C, 1 ч L190-1H
    ИК, 560 °C, 30 мин. IR, 190 ° C, 2 H L190-2H
    Ковка S Air, 525 ° C, 1 H Air, 175 ° C, 6 H Sair
    IR 560 °С, 30 мин. ИК, 180 °C, 6 ч S180-6H
    ИК, 560 °C, 30 мин. ИК, 190 °C, 1 ч S190-1H
    ИК, 560 °C, 30 мин. ИК, 190 °C, 2 ч S190-2H

    Таблица 3. Результаты анализа с помощью энергодисперсионного спектрометра (ЭДС) исследуемого образца.

    7 6,01 9014 3 Таблица 4. Значения удельной прочности на растяжение и относительного удлинения на рисунке 11 (L: L-поковки, S: S-поковки).
    Поковки L Поковки S Поковки
    Элемент at. % 9 B C D E F G H H
    Fe 2.52 4,67 5,86 5,76 4,79 7,01 6,62 8,17
    Си 0,47 0,68 0,38 0,49 1,14 1,42 1,37 1.63
    MG 1.60 0,88 0.55 0.55 1.01 1.01 1.18 1.18 0.91 1.31 1.31
    Al 81.18 74,49 73,23 70,52 82,67 75,35 77,06 73,26
    Си 6,53 9,55 11,24 9,65 5,65 7,91 7,86 8.46
    CR CR 2.42 2.66 2.66 1.98 3.43 0,43 0,75 0.87 0,70148 0,70148 1.16
    млн. Долл. 5.28 7,07 6,76 9,14 3,29 6,25 5,48
    Образец Прочность доходности (MPA) Предельная прочность на растяжение (МПа) Универсальное удлинение (%) Всего удлинения (%)
    LAIR 380 430 430 7 17
    L180-6H 380 425 7 16
    L190-1H 340 419 12 21
    L190-2H 400 438 12 24
    SAir 405 440 8 20
    S180-6H 350 405 8 20
    S190-1H 350 400 400 6 18 18
    S190-2х 320 431 12 12 21

    Таблица 5. Модуль Юнга поковок после термической обработки. (↑: прошел мимо).

    Образец Модуль молодой Σ / ε (GPA) Сравнение с спецификацией Теплообработки воздуха
    LAIR 22.0
    L180-6H 32.4 ↑ 45,3%
    L190-1H 29,0 ↑30,0%
    L190-2H 32.2 ↑ 44.4%
    SAir 21,9
    S180-6H 31,3 ↑ 42,9%
    S190-1H 29,1 ↑ 32.6%
    S190-2H 29,7 ↑35,6%

    Модуль упругости: сталь, бетон и алюминий — видео и стенограмма урока

    Модуль упругости Пример

    Две нагрузки одинаковой величины и направления приложены к двум балкам одинакового поперечного сечения.Одна балка стальная, а другая алюминиевая. Обе балки имеют длину 10 футов. Так как обе балки находятся под одинаковой величиной напряжения, мы получаем:

    Замена сигмы на in дает нам:

    А так как балки имеют разный модуль упругости, то и значения деформаций должны быть разными.

    Поскольку напряжение равно силе, деленной на площадь сечения:

    Sigma = F / A

    Деформация равна разнице между разностью длин и исходной длиной:

    Epsilon = delta / L

    Используя эти формулы, мы можем переписать формулу Sigma = E * Epsilon следующим образом:

    Когда мы подставляем значения для сигмы и эпсилон в уравнение, мы получаем:

    Железобетон Пример

    Например, в железобетоне, когда к секции прилагается нагрузка, стальные стержни деформируются так же, как и бетон.Но поскольку оба материала имеют разный модуль упругости, стальные стержни выдерживают большее напряжение, чем бетон. Это одна из причин, почему в строительстве бетон армируют стальными стержнями. Поскольку бетон очень слаб на растяжение, арматурные стальные стержни несут большую часть растягивающего напряжения.

    Пример

    В железобетонной балке размером 12 дюймов на 6 дюймов прямоугольное поперечное сечение подвергается общему осевому напряжению, равному 50 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Имеются четыре стальных арматурных стержня общей площадью 1 дюйм2.(Помните, что модуль упругости стали равен 29 x 106 фунтов на квадратный дюйм, а модуль упругости бетона равен 4,35 x 106 фунтов на квадратный дюйм. Мы можем оставить их в фунтах на квадратный дюйм, поскольку единицы измерения сокращаются). за стальными прутьями?

    Когда мы найдем эпсилон в нашем исходном соотношении между напряжением и деформацией и заменим, мы получим:

    Суммарное напряжение равно сумме напряжения на стали и бетона, которое записывается как:

    Нам известно общее напряжение, поэтому мы подставляем его в уравнение и находим напряжение бетона.

    Теперь мы можем подставить это в наше уравнение:

    Затем нам дан модуль упругости бетона и стали, поэтому мы подставляем их в уравнение:

    Перекрестное умножение:

    У нас есть ответ (в тысячах фунтов на квадратный дюйм):

    Резюме урока

    Модуль упругости — это свойство материала, представляющее собой отношение напряжения к деформации.Чем больше модуль упругости, тем большее напряжение необходимо для его удлинения. Помните, отношение записывается следующим образом:

    В этом уравнении:

    Sigma = напряжение, вызванное внешней силой, которое измеряется в Н/м2 или Па для системы СИ и в фунтах на квадратный дюйм для английской системы.

    E = модуль упругости материала, который также измеряется в Н/м2 или Па для системы СИ и в фунтах на квадратный дюйм для английской системы.

    Эпсилон = деформация, вызванная напряжением, измеряется не в единицах, а в степени изменения или дельта.

    Кроме того, напряжение = F/A.

    Величина модуля упругости каждого материала уникальна, а это означает, что при сжатии или растяжении различных материалов с одинаковой площадью поперечного сечения, но изготовленных из разных материалов, потребуется разная сила.

    Важность этого свойства заключается в том, что в армированном конструктивном элементе один материал выдерживает большее напряжение, чем другой, из-за различия их модулей упругости.Например, модуль упругости стали составляет около 200 ГПа или 29 000 000 фунтов на квадратный дюйм, а модуль упругости бетона составляет около 30 ГПа или 4 350 000 фунтов на квадратный дюйм. Модуль упругости алюминия составляет 69 ГПа или 10 000 000 фунтов на квадратный дюйм.

    Материал: алюминий (Al), пленка

    Для приобретения материалов, расходных материалов, оборудования, пластин, и т. д., пожалуйста, посетите раздел ссылок сайте MEMSNet.

    Свойство↑↓ Значение↑↓ Условия↑↓ Ссылка↑↓
    Коэффициент статического трения 9.13 Используется в качестве движителя, минимальное напряжение для перемещения движителя = 1050 В, дно движителя представляет собой стеклянную пластину, состояние пленки: 0,1976 мкм и нанесено методом вакуумного испарения на стеклянную подложку. Семинар по микроэлектромеханическим системам IEEE, январь-февраль 1991 г., Нара, Япония, стр. 151
    Коэффициент статического трения 0,26 движитель представляет собой кремниевую подложку, состояние пленки: 0,1976 мкм и нанесено методом вакуумного испарения на стеклянную подложку. Семинар по микроэлектромеханическим системам IEEE, январь-февраль 1991 г., Нара, Япония, стр. 151
    Статическая сила трения (макс.) 0,000448 Н V, нижняя часть двигателя представляет собой стеклянную пластину, состояние пленки: 0,1976 мкм, нанесенная методом вакуумного испарения на стеклянную подложку. Семинар IEEE по микроэлектромеханическим системам, январь-февраль 1991 г., Нара, Япония, стр. 151
    Статическая сила трения (макс.) 0.000687 N Используется в качестве движителя, минимальное напряжение для снятия движителя = 1300 В, нижняя часть движителя – кремниевая подложка, состояние пленки: 0,1976 мкм, нанесено методом вакуумного испарения на стеклянную подложку. Семинар по микроэлектромеханическим системам IEEE, январь-февраль 1991 г., Нара, Япония, стр. 151
    Деформация, ограничение 0,002 Тонкая пленка, используемая в производстве полупроводников. IEEE, Семинар по микроэлектромеханическим системам, февраль 1990 г., Напа-Валли, Калифорния, с.174
    Предел прочности 176 МПа Электронно-лучевое напыление на кремниевой пластине, выдержанной при комнатной температуре. Толщина = 2 микрометра. На самом деле пленка представляет собой трехслойную пленку с «барьерными» слоями титана с обеих сторон. «Механическое поведение тонких алюминиевых и медных пленок», Дэвид Т. Рид и Джеймс В. Далли, в книге «Механика и материалы для электронных корпусов: Том 2, Термическое и механическое поведение и моделирование», под редакцией М. Шена, Х. Абэ и Э. Сухир, Американское общество инженеров-механиков, AMD-Vol, 1994, с.187
    Предел текучести 124 МПа Электронно-лучевое напыление на кремниевой пластине, выдержанной при комнатной температуре. Толщина = 2 микрометра. На самом деле пленка представляет собой трехслойную пленку с «барьерными» слоями титана с обеих сторон. «Механическое поведение тонких алюминиевых и медных пленок», Дэвид Т. Рид и Джеймс В. Далли, в книге «Механика и материалы для электронных корпусов: Том 2, Термическое и механическое поведение и моделирование», под редакцией М. Шена, Х. Абэ и Э. Сухир, Американское общество инженеров-механиков, AMD-Vol, 1994, с.187
    Модуль Юнга 74,14 ГПа Один слой, нанесенный планарным магнетронным напылением постоянным током на 2-дюймовые окисленные Si-пластины при температуре окружающей среды, с использованием Ar в качестве распыляющего газа, давление Ar=2 мТл, для толщины пленки от 0,1- 2,0 мкм. Thin Solid Films, 270 (1995), стр. 263
    Модуль Юнга 47,24 ГПа Один слой, нанесенный планарным магнетронным напылением постоянного тока на 2-дюймовые пластины из окисленного кремния при температуре окружающей среды. газ, давление Ar=5 мТл, для толщины пленки от 0.1-2 мкм. Тонкие твердые пленки, 270 (1995), стр. 263
    Модуль Юнга 59,26 ГПа Один слой, нанесенный планарным магнетронным напылением постоянного тока на 2-дюймовые пластины из окисленного кремния, с использованием Ar в качестве напыляемого газа 10 мТл для толщины пленки от 0,1 до 2 мкм. Тонкие твердые пленки, 270 (1995), стр. 263
    Модуль Юнга 69 ГПа Используется для электротермических биморфов Семинар IEEE Micro Electro Mechanical Systems, 3 февраля, стр. 199.25
    Модуль Юнга 70 ГПа Тонкая пленка, используемая в производстве полупроводников. IEEE, Семинар по микроэлектромеханическим системам, февраль 1990 г., Напа-Валли, Калифорния, стр. 174

    Материаловедение. Почему модуль Юнга не изменяется при упрочнении сплава?

    При рассмотрении напряженно-деформированного состояния металлов важно различать два очень разных режима: (1) упругий режим и (2) режим пластической деформации.Когда к металлам приложены относительно небольшие напряжения, они склонны вести себя упруго. Если вы приложите усилие, оно немного прогнется, а если вы затем уберете напряжение, оно вернется в исходное положение. Упругие свойства металлов зависят от элементного состава металла, но они, как правило, нечувствительны к деталям микроструктуры металла. Такие вещи, как дислокации (возникающие при деформационном упрочнении металла) или мелкие выделения (которые могут образовываться при старении металла), не сильно влияют на упругие свойства металлов, такие как модуль Юнга, поскольку они, как правило, составляют относительно небольшую объемную долю общий объем металла.

    Итак, вопрос в том, почему эти микроструктурные детали становятся настолько важными, когда металл начинает пластически деформироваться? Когда напряжение в металле становится достаточно большим, чтобы пластически окрашивать его, мы вступаем в совершенно иной режим, при котором материал испытывает большую деформацию, которая обеспечивается движением через него дислокаций. Когда это начинает происходить, все эти мелкие микроструктурные детали в металле, такие как границы зерен, ранее существовавшие дислокации и мелкие выделения, становятся очень важными, поскольку все они блокируют плавный поток дислокаций через металл.В результате к металлу необходимо приложить большее напряжение, чтобы преодолеть дислокационные барьеры и заставить металл пластически течь. Вот почему деформационное упрочнение и дисперсионное твердение (то есть «упрочнение старением») настолько эффективны для увеличения предела текучести, который является мерой напряжения, необходимого для пластической деформации металла.

    Итог:

    Упругие свойства (например, модуль Юнга, объемный модуль, коэффициент Пуассона) зависят от элементного состава металла, но нечувствительны к деталям микроструктуры металла.

    Пластические свойства (например, предел текучести, предел прочности при растяжении, относительное удлинение при максимальном пределе текучести) являются чувствительными к деталям микроструктуры металла (например, границам зерен, существовавшим ранее пучкам дислокаций, мелким выделениям), поскольку эти микроструктурные особенности могут блокируют движение дислокаций в металле, что приводит к пластической деформации металла.

    Углеродное волокно против алюминия | DragonPlate

    Углеродное волокно заменяет алюминий во все большем числе областей применения, и это происходит в течение последних нескольких десятилетий.Эти волокна известны своей исключительной прочностью и жесткостью, а также чрезвычайно легким весом. Нити углеродного волокна комбинируются с различными смолами для создания композитных материалов. Эти композиционные материалы используют свойства как волокна, так и смолы. В этой статье приводится сравнение свойств углеродного волокна и алюминия, а также некоторые плюсы и минусы каждого материала.

    Углеродное волокно по сравнению с алюминием Измерено

    Ниже приведены определения различных свойств, используемых для сравнения двух материалов:

    • Модуль упругости = «жесткость» материала.Отношение напряжения к деформации материала. Наклон кривой зависимости напряжения от деформации материала в его упругой области.
    • Предел прочности при растяжении = максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрыва.
    • Плотность = масса материала на единицу объема.
    • Удельная жесткость = Модуль упругости, деленный на плотность материала. Используется для сравнения материалов с разной плотностью.
    • Удельная прочность на растяжение = Прочность на растяжение, деленная на плотность материала.

    Имея в виду эту информацию, в следующей таблице сравниваются углеродное волокно и алюминий.

    • Примечание: На эти цифры могут влиять многие факторы. Это обобщения; не абсолютные измерения. Например, доступны различные материалы из углеродного волокна с более высокой жесткостью или прочностью, часто за счет снижения других свойств.
      Измерение Углеродное волокно Алюминий Алюминий
      Модуль упругости (E) GPA 70 68.9 100% 100%
      Прочность на растяжение (Σ) MPA 1035 1035 450% 230% 230%
      плотность (ρ) G / CM3 1.6 2,7 59%
      Специальная жесткость (E / ρ) 43,8 25.6 171% 171%
      Начальная прочность на растяжение (Σ / ρ) 647 166 389%

      На этой диаграмме показано, что удельная прочность на растяжение углеродного волокна составляет приблизительно 3.В 8 раз больше, чем у алюминия, а удельная жесткость в 1,71 раза больше, чем у алюминия.

    Сравнение тепловых свойств углеродного волокна и алюминия

    Еще два свойства, которые показывают различия между углеродным волокном и алюминием, — это тепловое расширение и теплопроводность.

    • Тепловое расширение описывает, как изменяются размеры материала при изменении температуры.
    9 алюминий / углерода
    Измерение Углеродное волокно алюминий
    Thermal Expansion 2 в / в / ° F 13 /дюйм/°F 6.5


    Тепловое расширение алюминия примерно в шесть раз больше, чем у углеродного волокна.

    Плюсы и минусы

    При разработке передовых материалов и систем инженеры должны определить, какие свойства материалов наиболее важны для конкретных приложений. Когда важны высокая прочность по отношению к весу или высокая жесткость по отношению к весу, углеродное волокно является очевидным выбором. С точки зрения структурного дизайна, когда дополнительный вес может сократить жизненный цикл или привести к снижению производительности, дизайнеры должны рассматривать углеродное волокно как лучший строительный материал.Когда важна прочность, углеродное волокно легко комбинируется с другими материалами для получения необходимых характеристик.

    Низкие характеристики теплового расширения углеродного волокна являются значительным преимуществом при создании изделий, требующих высокой степени точности и стабильности размеров в условиях колебаний температуры: оптические устройства, 3D-сканеры, телескопы и т. д.

    Есть и несколько недостатков к использованию углеродного волокна. Углеродное волокно не уступает. Под нагрузкой углеродное волокно будет изгибаться, но не будет постоянно соответствовать новой форме (эластичность).Как только предел прочности на растяжение материала из углеродного волокна превышен, углеродное волокно внезапно выходит из строя. Инженеры должны понимать это поведение и учитывать факторы безопасности при проектировании продуктов. Детали из углеродного волокна также значительно дороже, чем алюминиевые, из-за высокой стоимости производства углеродного волокна и больших навыков и опыта, необходимых для создания высококачественных композитных деталей.

    У вас есть вопрос об использовании углеродного волокна в вашем приложении? КОНТАКТЫ

    Купить Трубки из углеродного волокна

    Алюминий – Прочность – Твердость – Эластичность

    Об алюминии

    Алюминий — серебристо-белый, мягкий, немагнитный, пластичный металл группы бора.По массе алюминий составляет около 8% земной коры; это третий по распространенности элемент после кислорода и кремния и самый распространенный металл в земной коре, хотя он менее распространен в нижней мантии.

    Прочность алюминия

    В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала.При проектировании конструкций и машин важно учитывать эти факторы, чтобы выбранный материал имел достаточную прочность, чтобы противостоять приложенным нагрузкам или силам и сохранять свою первоначальную форму. Прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

    В отношении напряжения растяжения способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, имеющие тенденцию к удлинению, известна как предел прочности при растяжении (UTS). Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация.

    Предельная прочность алюминия на растяжение

    Предел прочности при растяжении алюминия 90 МПа (чистый), 600 МПа (сплавы).

    Предел текучести алюминия

    Предел текучести алюминия составляет 11 МПа (чистый), 400 МПа (сплавы).

    Модуль упругости алюминия

    Модуль упругости Юнга алюминия 11 МПа (чистый), 400 МПа (сплавы).

    Модуль упругости при сдвиге алюминия 26 ГПа.

    Объемный модуль упругости алюминия составляет 76 ГПа.

    Твердость алюминия

    В материаловедении твердость  – это способность выдерживать вмятины на поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапание . Испытание на твердость по Бринеллю В испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор под действием определенной нагрузки вдавливается в поверхность испытуемого металла.

    Твердость алюминия по Бринеллю составляет примерно 240 МПа.

    Метод измерения твердости по Виккерсу был разработан Робертом Л. Смитом и Джорджем Э. Сандландом из Vickers Ltd в качестве альтернативы методу Бринелля для измерения твердости материалов. Метод определения твердости по Виккерсу можно также использовать в качестве метода определения микротвердости , который в основном используется для небольших деталей, тонких срезов или работы по глубине корпуса.

    Твердость алюминия по Виккерсу

    составляет примерно 167 МПа.

    Твердость к царапанию — это мера устойчивости образца к остаточной пластической деформации из-за трения об острый предмет.Наиболее распространенной шкалой для этого качественного теста является шкала Мооса , которая используется в минералогии. Шкала твердости минералов Мооса основана на способности одного природного образца минерала заметно царапать другой минерал.

    Алюминий

    имеет твердость примерно 2,8.

    Алюминий – кристаллическая структура

    Возможная кристаллическая структура алюминия представляет собой гранецентрированную кубическую структуру .

    В металлах и во многих других твердых телах атомы расположены в виде правильных рядов, называемых кристаллами.Кристаллическая решетка — это повторяющийся узор из математических точек, простирающийся по всему пространству. Силы химической связи вызывают это повторение. Именно этот повторяющийся узор определяет такие свойства, как прочность, пластичность, плотность, проводимость (свойство проводить или передавать тепло, электричество и т. д.) и форму. Существует 14 основных типов таких паттернов, известных как решетки Браве.

    Кристаллическая структура алюминия


    Сила стихий

    Эластичность элементов

    Твердость элементов

     

    О силе

    В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов  в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками,  приложенными к материалу, и результирующей деформацией  или изменением размеров материала. При проектировании конструкций и машин важно учитывать эти факторы, чтобы выбранный материал имел достаточную прочность, чтобы противостоять приложенным нагрузкам или силам и сохранять свою первоначальную форму. Прочность материала  – это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

    Схематическая диаграмма кривой напряжения-деформации для низкоуглеродистой стали при комнатной температуре показана на рисунке. Есть несколько стадий, демонстрирующих различное поведение, что предполагает разные механические свойства. Чтобы уточнить, материалы могут пропускать одну или несколько стадий, показанных на рисунке, или иметь совершенно разные стадии. В этом случае приходится различать напряженно-деформированные характеристики пластичных и хрупких материалов. Следующие пункты описывают различные области кривой напряжения-деформации и важность нескольких конкретных мест.

    • Предел пропорциональности . Пропорциональный предел соответствует расположению напряжения в конце линейной области , поэтому график напряжения-деформации представляет собой прямую линию, а градиент будет равен модулю упругости материала. Для напряжения растяжения и сжатия наклон участка кривой, на котором напряжение пропорционально деформации, называется модулем Юнга , а применяется закон Гука . Между пределом пропорциональности и пределом текучести закон Гука становится сомнительным, и деформация увеличивается быстрее.
    • Предел текучести . Предел текучести — это точка на кривой напряжения-деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. До предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей первоначальной форме, когда приложенное напряжение будет снято.Как только предел текучести пройден, некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют явление, называемое явлением предела текучести. Пределы текучести варьируются от 35 МПа для низкопрочного алюминия до более 1400 МПа для очень высокопрочных сталей.
    • Предел прочности при растяжении . Предел прочности на растяжение является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении.Предельная прочность на растяжение часто сокращается до «предельной прочности» или даже до «предельной». Если это напряжение применяется и поддерживается, произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 % превышает предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает сужение, когда площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжение-деформация не содержит более высокого напряжения, чем предел прочности.Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности при растяжении варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.
    • Точка разрушения : Точка разрушения — это точка деформации, в которой материал физически разделяется. В этот момент деформация достигает своего максимального значения, и материал фактически разрушается, хотя соответствующее напряжение может быть меньше предела прочности в этот момент. Пластичные материалы имеют предел прочности при разрушении ниже, чем предел прочности при растяжении (UTS), тогда как в хрупких материалах предел прочности эквивалентен пределу прочности при растяжении (UTS). Если пластичный материал достигает своего предела прочности при растяжении в ситуации с регулируемой нагрузкой, он будет продолжать деформироваться без приложения дополнительной нагрузки, пока не разорвется.Однако, если нагрузка контролируется по смещению, деформация материала может уменьшить нагрузку, предотвращая разрыв.

    О модуле упругости

    В случае растягивающего напряжения однородного стержня (кривая напряжения-деформации) Закон Гука описывает поведение стержня в упругой области. В этой области удлинение стержня прямо пропорционально силе растяжения и длине стержня и обратно пропорционально площади поперечного сечения и модулю упругости .Вплоть до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из своего положения равновесия. Все атомы смещены на одинаковую величину и сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не возникает. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга .

    Мы можем расширить ту же идею связи напряжения с деформацией с приложениями сдвига в линейной области, связав напряжение сдвига с деформацией сдвига, чтобы создать закон Гука для напряжения сдвига :

    Для изотропных материалов в области упругости можно соотнести коэффициент Пуассона (ν), модуль упругости Юнга (E) и модуль упругости сдвига (G):

    Модули упругости, относящиеся к поликристаллическим материалам:

    • Модуль упругости Юнга. Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости при растяжении и сжатии в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается испытаниями на растяжение.
    • Модуль упругости при сдвиге. Модуль сдвига или модуль жесткости получают при кручении цилиндрического образца. Он описывает реакцию материала на напряжение сдвига. Его символ — G. Модуль сдвига — одна из нескольких величин для измерения жесткости материалов, возникающая в обобщенном законе Гука.
    • Объемный модуль упругости. Объемный модуль упругости описывает объемную упругость или тенденцию объекта деформироваться во всех направлениях при равномерной нагрузке во всех направлениях. Например, он описывает упругую реакцию на гидростатическое давление и равностороннее растяжение (как давление на дне океана или в глубоком бассейне). Это также свойство материала, определяющее упругую реакцию на приложение напряжения. Для жидкости имеет значение только объемный модуль.

    О твердости

    В материаловедении твердость — это способность выдерживать вдавливание поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапание . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку она может указывать на стойкость к царапанию, стойкость к истиранию, стойкость к вдавливанию или даже стойкость к формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу при трении или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

    Существует три основных типа измерения твердости :

    • Устойчивость к царапинам . Твердость к царапанию — это мера устойчивости образца к остаточной пластической деформации из-за трения об острый предмет. Наиболее распространенной шкалой для этого качественного теста является шкала Мооса , которая используется в минералогии. Шкала твердости минералов Мооса основана на способности одного природного образца минерала заметно царапать другой минерал.Твердость материала измеряется по шкале путем нахождения самого твердого материала, который данный материал может поцарапать, или самого мягкого материала, который может поцарапать данный материал. Например, если какой-то материал поцарапать топазом, а не кварцем, его твердость по шкале Мооса будет находиться между 7 и 8.
    • Твердость при вдавливании . Твердость при вдавливании измеряет способность выдерживать поверхностное вдавливание (локальную пластическую деформацию) и сопротивление образца деформации материала из-за постоянной сжимающей нагрузки от острого предмета.Испытания на твердость при вдавливании в основном используются в машиностроении и металлургии. Традиционные методы основаны на четко определенных испытаниях на физическую твердость при вдавливании. Очень твердые инденторы определенной геометрии и размеров непрерывно вдавливаются в материал с определенной силой. Параметры деформации, такие как глубина вдавливания по методу Роквелла, записываются для измерения твердости. Обычными шкалами твердости при вдавливании являются по Бринеллю , по Роквеллу и по Виккерсу .
    • Твердость по отскоку . Твердость отскока, также известная как динамическая твердость, измеряет высоту «отскока» молотка с алмазным наконечником, падающего с фиксированной высоты на материал. Одно из устройств, используемых для этого измерения, известно как склероскоп . Он состоит из стального шара, сброшенного с фиксированной высоты. Этот тип твердости связан с эластичностью.

    О кристаллической структуре

    Три наиболее распространенных базовых узора кристаллов:

    • до н.э. В ОЦК (ОЦК) расположении атомов элементарная ячейка состоит из восьми атомов в углах куба и одного атома в центре тела куба. В ОЦК элементарная ячейка содержит (8 угловых атомов × ⅛) + (1 центральный атом × 1) = 2 атома. Упаковка более эффективна (68%), чем простая кубическая, а структура обычная для щелочных металлов и ранних переходных металлов. Металлы, содержащие структуры ОЦК, включают феррит, хром, ванадий, молибден и вольфрам. Эти металлы обладают высокой прочностью и низкой пластичностью.
    • ФЦК. В ГЦК (ГЦК) расположении атомов элементарная ячейка состоит из восьми атомов в углах куба и одного атома в центре каждой из граней куба. В ГЦК-системе элементарная ячейка содержит (8 угловых атомов × ⅛) + (6 атомов на гранях × ½) = 4 атома. Эта структура, наряду со своим гексагональным родственником (ГПУ), имеет наиболее эффективную упаковку (74%). Металлы, содержащие структуры FCC, включают аустенит, алюминий, медь, свинец, серебро, золото, никель, платину и торий.Эти металлы обладают низкой прочностью и высокой пластичностью.
    • ГПУ. В ГПУ (ГПУ) расположении атомов элементарная ячейка состоит из трех слоев атомов. Верхний и нижний слои содержат по шесть атомов в углах шестиугольника и по одному атому в центре каждого шестиугольника. Средний слой содержит три атома, расположенные между атомами верхнего и нижнего слоев, отсюда и название плотная упаковка. Гексагональная плотная упаковка (ГПУ) — это один из двух простых типов атомной упаковки с самой высокой плотностью, второй — гранецентрированная кубическая (ГЦК).Однако, в отличие от ГЦК, это не решетка Браве, поскольку есть два неэквивалентных набора точек решетки. Металлы, содержащие структуры ГПУ, включают бериллий, магний, цинк, кадмий, кобальт, таллий и цирконий. Металлы HCP не такие пластичные, как металлы FCC.

    Резюме

    Элемент Алюминий
    Предел прочности при растяжении 90 МПа (чистые), 600 МПа (сплавы)
    Предел текучести 11 МПа (чистые), 400 МПа (сплавы)
    Модуль упругости Юнга 70 ГПа
    Модуль упругости при сдвиге 26 ГПа
    Объемный модуль упругости 76 ГПа
    Шкала Мооса 2.8
    Твердость по Бринеллю 240 МПа
    Твердость по Виккерсу 167 МПа

    Источник: www.luciteria.com

     

    Свойства других элементов

    Другие свойства алюминия

     

    Алюминий 6061, свойства сплава Al 6061-T6, плотность, предел прочности при растяжении и текучести, теплопроводность, модуль упругости, сварка

    Алюминиевый сплав 6061 (Al 6061-T6, 6061-T651, 6061-T4)

    Алюминиевый сплав

    Al-6061 представляет собой конструкционный сплав общего назначения, разработанный компанией Alcoa в 1935 году.Обозначения отпуска в основном имеют 6061-Т4, Т451, Al 6061-Т6, 6061-Т651 и др. Это один из наиболее широко используемых сплавов. Основными легирующими элементами являются магний (Mg) и кремний (Si). Содержание кремния и магния в этом сплаве близко к форме силицида магния (Mg2Si), поэтому это термообработанный деформируемый сплав.

    Поскольку алюминиевый сплав 6061 легко поддается экструзии, он может обеспечивать различные формы изделий, такие как лист, полоса, пластина, прут, поковка, трубы, проволока, экструдированные детали и конструкционные формы.

    Алюминий 6061 обладает хорошей коррозионной стойкостью, механическими свойствами, формуемостью, свариваемостью и обрабатываемостью. Обычно подходит для требований к средней и высокой прочности и имеет хорошую ударную вязкость. Области применения варьируются от упаковки продуктов питания и напитков, электронных продуктов и бытовой техники, архитектурных украшений, транспорта до аэрокосмических компонентов.

    Аббревиатуры Al-6061 и AA6061 в этой статье обозначают один и тот же материал. Аль-алюминий; AA-Алюминиевый сплав или Алюминиевая ассоциация.

    Алюминиевый сплав 6061 Свойства, технический паспорт и спецификации.

    Следующие таблицы и списки обобщают свойства алюминия 6061, технические данные и спецификации, включая химический состав, физические свойства и механические свойства, сварку, твердость, обрабатываемость, термообработку и т. д.

    Химический состав

    Химический состав алюминия

    6061 указан в следующей таблице.

    AA-6061 Химический состав, %
    ASTM, SAE АМС ANSI, сплав (UNS) Си Fe, ≤ Медь Мн, ≤ мг Кр Zn, ≤ Ти, ≤ Другие элементы, каждый (всего), ≤ Ал
    ASTM B209;
    ASTM B211;
    ASTM B221;
    ASTM B210;
    АСТМ Б308/Б308М;
    АСТМ Б308/Б308М;
    АСТМ Б308/Б308М;
    ASTM B241/B241M;
    SAE АМС 4025;
    SAE АМС 4026;
    SAE АМС 4027;
    САЕ АМС 4117
    6061 (УНС А96061) 0.4-0,8 0,7 0,15-0,40 0,15 0,8-1,2 0,04-0,35 0,25 0,15 0,05 (0,15) Остаток

    Примечания (различные стандарты алюминия 6061):

    • ASTM B209: листы и плиты из алюминия и алюминиевых сплавов.
    • ASTM B211: Катаный или холоднокатаный пруток, стержень и проволока.
    • ASTM B221: Прессованные стержни, стержни, проволока, профили и трубы.
    • ASTM B210: Тянутые бесшовные трубы из алюминия и алюминиевых сплавов.
    • ASTM B308/B308M: Алюминиевые конструкционные профили AL 6061-T6.
    • ASTM B241/B241M: бесшовные трубы и бесшовные экструдированные трубы.
    • SAE AMS 4025: листы и плиты; Темперамент О; Отожженный.
    • SAE AMS 4026: листы и плиты; Закалка T4, T42, T451 (лист -T4, -T451), термообработка раствором и естественное старение.
    • SAE AMS 4027: листы и плиты; Закалка T6 Алюминий, T62, T651 (лист AL 6061-T6, пластина 6061T651) Термическая обработка раствором и осаждением.
    • SAE AMS 4117: прокатные или холоднокатаные прутки, стержни, проволочные и сварные кольца оплавлением; (AL 6061-T6 Алюминий, 6061-T651).

    6061 Физические свойства алюминия

    Физические свойства алюминия

    6061 приведены в следующих списках, включая плотность, температуру плавления, коэффициент теплового расширения, модуль упругости, теплопроводность, удельную теплоемкость, электропроводность и электрическое сопротивление.

    Примечания:

    • 10 -6 ·K -1 = 10 -6 /K = 1 мкм/м·°C
    • 1 Ом·мм²/м = 1 мкОм·м
    • 1 г/см3 = 1 кг/дм3 = 1000 кг/м3
    • 1 ГПа = 1 кН/мм2
    • 1 МПа = 1 Н/мм2

    Указанный диапазон плавления относится к кованым изделиям толщиной 6.35 мм (1/4 дюйма) или больше.

    Удельный вес: 2,7

    Физические свойства алюминия Al-6061
    АСТМ Сплав и закалка Плотность, г/см3 (фунт/дюйм3) Температура плавления, °С (°F) Удельная теплоемкость, Дж/кг·К (БТЕ/фунт·°F) Коэффициент теплового расширения, 10 -6 /K (мкдюйм/дюйм ·°F) Температуропроводность, мм2/с Теплопроводность, Вт/м·°C (БТЕ∙дюйм/ч∙фут²∙°F) Электропроводность, равный объем (равный вес) % IACS Удельное электрическое сопротивление, Ом·мм2/м (Ом·окр. мил/фут)
    ASTM B209;
    ASTM B210;
    ASTM B221;
    ASTM B241;
    ASTM B308;
    SAE АМС 4027;
    SAE АМС 4117;
    SAE АМС 4025;
    SAE АМС 4026
    6061-ТО 2.70 (0,098) 580-650 (1080-1205) 896 (0,214) при 20 °C (68 °F) 23,6 (13,1) при 20–100 °C (68–212 °F) 66 180 (1250) при 25 °C (77 °F) 47 (155) при 20 °C (68 °F) 0,0365 (22) при 20 °C (68 °F)
    6061-Т4 154 (1070) при 25 °C (77 °F) 40 (132) при 20 °C (68 °F) 0,043 (26) при 20 °C (68 °F)
    6061-Т6 167 (1160) при 25 °C (77 °F) 43 (142) при 20 °C (68 °F) 0.040 (24) при 20 °C (68 °F)

    Механические свойства

    Механические свойства алюминия 6061-T6 перечислены в следующих таблицах, включая предел текучести (предел текучести), предел прочности при растяжении, прочность на сдвиг, модуль упругости, модуль Юнга и т. д.

    Следующие механические свойства являются средними значениями различных размеров, форм продукта и методов производства, поэтому свойства не могут быть гарантированы. Они используются только в качестве основы для сравнения сплавов и отпуска и не должны указываться в качестве технических требований или использоваться для целей проектирования.

    Алюминий 6061 Механические свойства, часть 1
    Алюминиевый сплав и закалка Предел прочности при растяжении, МПа (ksi) Предел текучести, МПа (ksi) Удлинение на 50 мм (2 дюйма), % Твердость по Бринеллю, HB (нагрузка 500 кгс на шарик 10 мм)
    Образец толщиной 1,6 мм (1/16 дюйма) Образец толщиной 12,5 мм (1/2 дюйма)
    6061-О 125 (18) 55 (8) 25 27 30
    6061-Т4, Т451 240 (35) 145 (21) 22 22 65
    6061-Т6, Т651 310 (45) 275 (40) 12 15 95
    Алклад 6061-О 115 (17) 50 (7) 25
    Альклад 6061-T4, T451 230 (33) 130 (19) 22
    Альклад 6061-T6, T651 290 (42) 255 (37) 12
    Алюминий 6061 Механические свойства, часть 2
    Алюминиевый сплав и закалка Предел прочности при сдвиге, МПа (ksi) Модуль упругости, ГПа (10 6 psi) Предел усталостной выносливости, МПа (ksi)
    6061-О 85 (12) 69 (10) 60 (9)
    6061-Т4, Т451 165 (24) 69 (10) 95 (14)
    Ал 6061-Т6, Т651 205 (30) 69 (10) 95 (14)
    Алклад 6061-О 75 (11) 69 (10)
    Альклад 6061-T4, T451 150 (22) 69 (10)
    Альклад 6061-T6, 6061-T651 185 (27) 69 (10)

    Примечания к модулю упругости: Среднее значение модулей растяжения (модуль Юнга) и модулей сжатия.Модуль сжатия примерно на 2% выше, чем модуль растяжения (модуль Юнга).

    Алюминий 6061 Типичные механические свойства при различных температурах
    Сплав и отпуск Температура, °С (°F) Предел прочности при растяжении, МПа (ksi) Предел текучести при смещении 0,2 % Удлинение на 50 мм (2 дюйма), %,
    6061-Т6,
    6061-Т651
    -195 (-320) 415 (60) 325 (47) 22
    -80 (-112) 338 (49) 290 (42) 18
    0 (-18) 325 (47) 283 (41) 17
    24 (75) 310 (45) 275 (40) 17
    100 (212) 290 (42) 262 (38) 18
    150 (300) 235 (34) 215 (31) 20
    205 (400) 130 (19) 103 (15) 28
    250 (500) 52 (7.5) 35 (5) 60
    315 (600) 32 (4,6) 19 (2,7) 85
    370 (700) 21 (3) 12 (1,8) 95

    Механические свойства алюминия 6061-T6 в стандарте SAE AMS и ASTM

    Алюминий 6061 Механические свойства – прессованные стержни, стержни, проволока, профили и трубы
    Стандартный Алюминиевый сплав и закалка Указанный диаметр или толщина, дюймы Площадь, дюйм2 Прочность на растяжение, тыс.фунтов/кв.дюйм, ≥ (если не указано иное) Предел текучести (смещение 0,2 %), тыс. фунтов на кв. дюйм, ≥ (если не указано иное) Удлинение в 2 дюймах или 4xD, ≤, %
    ASTM B221 6061-О все все 22, ≤ 16, ≤ 10
    6061-Т1 ≤ 0,625 все 26,0 14,0 16
    6061-Т4, Т4510, Т4511 все все 26.0 16 16
    6061-Т42 все все 26,0 12 16
    6061-Т51 ≤ 0,625 все 35,0 30 8
    6061-Т6, Т62, Т6510, Т6511 ≤ 0,249 все 38 35 8
    ≥0,250 все 38 35 10
    Алюминий 6061 Механические свойства – тянутые бесшовные трубы Удлинение в 2 дюймаили 4xДиаметр, ≤, %
    Стандартный Алюминиевый сплав и закалка Указанный диаметр или толщина, дюймы Прочность на растяжение, тыс.фунтов/кв.дюйм, ≥ (если не указано иное) Предел текучести (смещение 0,2 %), тыс. фунтов на кв. дюйм, ≥ (если не указано иное) Образец полного сечения Вырезанный образец
    ASTM B210;
    АМССВТ700/6
    6061-О 0,018-0,500 22, ≤ 14, ≤ 15 15
    6061-Т6, Т62 0.025-0,049 30,0 16,0 16 14
    0,050-0,259 30,0 16,0 18 16
    0,260-0,500 30,0 16,0 20 18
    6061-Т42 0,025-0,049 30,0 14,0 16 14
    0,050-0,259 30,0 14.0 18 16
    0,260-0,500 30,0 14,0 20 18
    6061-Т6, Т62 0,025-0,049 42,0 35,0 10 8
    0,050-0,259 42,0 35,0 12 10
    0,260-0,500 42,0 35,0 14 12
    Алюминий 6061 Механические свойства – катаный или холоднокатаный пруток, стержень и проволока
    Стандартный Алюминиевый сплав и закалка Указанный диаметр или толщина, дюймы Прочность на растяжение, тыс.фунтов/кв.дюйм, ≥ (если не указано иное) Предел текучести (смещение 0,2 %), тыс. фунтов на кв. дюйм, ≥ (если не указано иное) Удлинение в 2 дюймах или 4xD, ≤, %
    ASTM B211 6061-О ≤0,124 20, ≤
    0,125-8,000 18
    6061-Т4, Т451 ≤ 0,124 30
    0.125-8.000 30 16 18
    6061-Т42 0,125-8,000 30 14 18
    6061-Т6, Т62, Т651 ≤ 0,124 42
    0,125-8,000 42 35 10
    6061-Т89, Т94 ≤ 0,374 54 47
    Алюминий 6061 Механические свойства – пластины и листы
    Стандартный Алюминиевый сплав и закалка Указанная толщина, дюйм. Прочность на растяжение, тыс.фунтов/кв.дюйм, ≥ (если не указано иное) Предел текучести (смещение 0,2 %), тыс. фунтов на кв. дюйм, ≥ (если не указано иное) Удлинение в 2 дюймах или 4xD, ≤, % Фактор диаметра изгиба, N
    ASTM B209 6061-О 0,006-0,007 ≤22 12,0 10 0
    0,008-0,009 12 0
    0,010-0.020 14 0
    0,021-0,128 16
    0,129-0,249 18 1
    0,250-0,499 18 2
    0,500-1,000 18 3
    1,001-3,000 16
    6061-Т4 0,006-0,007 30,0 16,0 10 2
    0.008-0.009 12 2
    0,010-0,020 14 2
    0,021-0,249 16 3
    6061-Т451 0,250-0,499 30,0 16,0 18 4
    0,500-1,000 18
    1,001-3,000 16
    6061-Т42 0.006-0.007 31,0 14,0 10 2
    0,008-0,009 12 2
    0,010-0,020 14 2
    0,021-0,249 16 3
    0,250-0,499 18 4
    0,500-1,000 18
    1,001-3,000 16
    6061-Т6, Т62 0.006-0.007 42,0 35,0 4 2
    0,008-0,009 6,0 2
    0,010-0,020 8,0 2
    0,021-0,036 10,0 3
    0,037-0,064 10,0 4
    0,065-0,128 10,0 5
    0,129-0,249 10.0 6
    6061-Т62, Т651 0,250-0,499 42,0 35,0 10 7
    0,500-1,000 42,0 9
    1,001-2,000 42,0 8
    2.001-4.000 42,0 6
    4.001-6.000 40,0 6
    6061 Ф 0.250-3.000
    Алклад 6061-О 0,010-0,020 ≤20 12,0 14
    0,021-0,128 ≤20 12,0 16
    0,129-0,499 ≤20 12,0 18
    0,500-1,000 ≤22 18
    1.001-3.000 ≤22 16
    Альклад 6061-T4 0,010-0,020 27,0 14,0 14
    0,021-0,249 27,0 14,0 16
    Альклад 6061-T451 0,250-0,499 27,0 14,0 18
    0,500-1.000 30,0 16,0 18
    1,001-3,000 30,0 16,0 16
    Альклад 6061-T42 0,010-0,020 27,0 12,0 14
    0,021-0,249 27,0 12,0 16
    0,250-0,499 27,0 12.0 18
    0,500-1,000 30,0 14,0 18
    1,001-3,000 30,0 14,0 16
    Альклад 6061-T6, T62 0,010-0,020 38,0 32,0 8
    0,021-0,249 38,0 32,0 10
    Альклад 6061-T6, T62 0.250-0,499 38,0 32,0 10
    0,500-1,000 42,0 35,0 9
    1,001-2,000 42,0 35,0 8
    2.001-4.000 42,0 35,0 6
    4.001-5.000 40,0 35,0 6
    Альклад 6061 F 0.250-3.000

    Сварка алюминиевого сплава 6061

    Сплав

    Al-6061 легко сваривается и соединяется различными способами. Обычно сваривается с ER4043; Для получения наилучшего соответствия цветов рекомендуется использовать ER5356.

    В следующей таблице приведены общие сварные соединения аналогичных металлов, выполненные с использованием инерционного привода FRW.

    Примечания:

    • Потеря металла: общее укорачивание заготовки в процессе сварки.
    • Общее время: сумма времени нагрева и времени сварки.
    Параметры инерционной сварки трением двух стержней диаметром 25 мм (1 дюйм), изготовленных из одинаковых металлов.
    Рабочий металл Скорость вращения шпинделя, об/мин 5700
    Алюминиевый сплав 6061 Осевое усилие, кН (lbf x 10 3 ) 31 (7)
    Размер маховика, кг·м2 (фунт·фут2) 0.13 (3)
    Энергия сварки, кДж (ft·lbf x 10 3 ) 23 (17)
    Потери металла, мм (дюймы) 3,8 (0,15)
    Общее время, с 1

    В следующей таблице приведены параметры, используемые для инерционной сварки нескольких распространенных комбинаций разнородных материалов.

    Примечание по осевой нагрузке: сила 22 кН (5000 фунтов силы) прикладывается на этапе нагрева сварки; усилие в конце сварного шва впоследствии увеличивается до 67 кН (15000 фунтов силы).

    Параметры инерционной сварки трением двух стержней диаметром 25 мм (1 дюйм), изготовленных из разнородных металлов.
    Рабочий металл Скорость вращения шпинделя, об/мин 5500
    Алюминий 6061 – нержавеющая сталь типа 302 Осевое усилие, кН (lbf x 10 3 ) 22 (5)
    67 (15)
    Размер маховика, кг·м2 (фунт·фут2) 0,16 (3,9)
    Энергия сварки, кДж (ft·lbf x 10 3 ) 27 (20)
    Потери металла, мм (дюймы)) 5,1 (0,2)
    Общее время, с 3
    Влияние условий сварки на прочность сварки сплава АЛ-6061
    Сплав основного металла и отпуск Толщина, мм (дюймы) Процесс и условия сварки После сварки Только старение после сварки Термическая обработка и старение на раствор после сварки
    Прочность на растяжение, МПа (ksi) 0.2%, Предел текучести, МПа (ksi) Удлинение в 51 мм (2 дюйма), % Прочность на растяжение, МПа (ksi) 0,2%, Предел текучести, МПа (ksi) Удлинение в 51 мм (2 дюйма), % Прочность на растяжение, МПа (ksi) 0,2%, Предел текучести, МПа (ksi) Удлинение в 51 мм (2 дюйма), %
    6061-T6 (наполнитель 4043) 3,2 (1/8) DCEN GTAW, 15 мм/с (35 дюймов/мин) 248 (36) 165 (24) 6 303 (44) 276 (40) 5
    6061-T4 (наполнитель 4043) 3.2 (1/8) DCEN GTAW, 8,5 мм/с (20 дюймов/мин) 234 (34) 145 (21) 8 283 (41) 179 (26) 3 303 (44) 276 (40) 5
    6061-T6 (наполнитель 4043) 6,4 (1/4) Автоматическая GMAW, один проход с каждой стороны 17 мм/с (40 дюймов/мин) 255 (37) 138 (20) 6 296 (43) 276 (40) 5
    6061-T4 (наполнитель 4043) 76 (3) Автоматическая GMAW, многоходовая, двухконтурная 172 (25) 90 (13) 10 234 (34) 4
    6061-T6 (наполнитель 4643) 76 (3) Автоматическая GMAW, многоходовая, двухконтурная 186 (27) 97 (14) 13 310 (45) 276 (40) 4
    Типичные механические свойства стыковых соединений дуговой сваркой в ​​среде защитного газа избранных термически обработанных алюминиевых сплавов.
    Основной сплав и отпуск Присадочный сплав После сварки Термическая обработка и старение на раствор после сварки
    Прочность на растяжение 0,2 % Предел текучести, 50,8 мм (2 дюйма) Удлинение Прочность на растяжение 0,2 % Предел текучести, 50,8 мм (2 дюйма) Удлинение
    МПа (фунтов на кв. дюйм) МПа (фунтов на квадратный дюйм) Прочность на растяжение, % в 50,8 мм (2 дюйма) Свободный изгиб, % МПа (фунтов на квадратный дюйм) МПа (фунтов на квадратный дюйм) Растяжение, % в 50.8 мм (2 дюйма) Свободный изгиб, %
    АА-6061-Т4 4043 186 (27) 124 (18) 8 16 241 (35) ① 165 (24) ① 3 ①
    АА-6061-Т6 4043 186 (27) 124 (18) 8 16 303 (44) ② 276 (40) ② 5 ② 11 ②
    АА-6061-Т6 5356 207 (30) 131 (19) 11 25

    Примечания:

    • ① Только искусственное старение после сварки.
    • ② Для толщины более 19 мм (3/4 дюйма) требуется наполнитель 4643.

    Термическая обработка алюминия 6061

    Типичная термическая обработка изделий из алюминиевого сплава 6061
    Алюминиевый сплав Продукт Термообработка раствором Термическая обработка осаждением Обозначение состояния
    Температура металла, °С (°F) Обозначение состояния Температура металла, °C (°F) Прибл.время при температуре, ч
    АА6061 Лист 530 (985) Т4 160 (320) 18 Т6
    Т42 Т62
    Плита 530 (985) T4 (только протектор),
    T451
    160 (320) 18 T6 (только протектор),
    T651
    Т42 160 (320) 18 Т62
    Катаная или холоднокатаная проволока, пруток и пруток 530 (985) Т4,
    Т3,
    Т4,
    Т4,
    Т451
    160 (320). Также можно использовать альтернативное лечение, состоящее из 8 часов при температуре 170 (340). 18 Т6,
    Т89,
    Т913,
    Т94,
    Т651
    Т42 Т62
    Прессованные стержни, стержни, профили и трубы Закалка непосредственно на экструзионном прессе. Т1 175 8 Т51
    530 (985) Т4,
    Т4510,
    Т4511
    175 8 Т6,
    Т6510,
    Т6511
    530 (985) Т42 175 8 Т62
    Несущие профили 530 (985) Т4 175 8 Т6
    Труба 530 (985) Т4 175 8 Т6
    Труба тянутая 530 (985) Т4 160 18 Т6
    Т42 160 18 Т62
    Штамповая и ручная поковка 530 (985) Т4 175 8 Т6
    Катаные кольца 530 (985) Т4 175 8 Т6
    Т452 175 8 Т652

    AA-6061 Отжиг

    Типичный полный отжиг (условие O): процесс отжига является средним процессом.Нагревать до 415 °C (775 °F) в течение 2–3 часов, затем медленно охлаждать (28 °C/час) до 260 °C (500 °F). Промежуточный отжиг для снятия нагартовки следует проводить при температуре 343 °C (650 °F). Время и скорость охлаждения не являются критическими.

    6061 Старение алюминия

    Листы из алюминиевого сплава 6061

    , плиты, катаная или холоднокатаная проволока, стержни, прутки и тянутые трубы состариваются до температуры металла 160 ° C (320 ° F) и выдерживаются при ней в течение 18 часов. Прессованные стержни, стержни, фасонные изделия и трубы; штампы и ручная поковка, катаные кольца состариваются до температуры металла 175 °C (345 °F) и выдерживаются в течение 8 часов.

    Ал 6061 Коррозионная стойкость сплава

    Сплав

    Al 6061 обладает отличной коррозионной стойкостью к атмосферным условиям и хорошей коррозионной стойкостью к морской воде. Этот сплав также имеет хорошую отделку и хорошую реакцию на анодное окисление. Однако там, где внешний вид имеет решающее значение, рассмотрите возможность использования сплава 6063.

    Типичные области применения алюминиевого сплава 6061

    Примеры применения алюминиевого сплава 6061 включают аэрокосмическую и электрическую арматуру, а также средства связи.Они также широко используются в деталях автоматизированного оборудования, прецизионной обработке, производстве пресс-форм, электронике и прецизионных инструментах, SMT, носителях для пайки печатных плат и т. д.

    • Аэрокосмическая промышленность: алюминиевый сплав 6061 может использоваться для изготовления обшивки самолетов, каркасов фюзеляжа, балок, несущих винтов, винтов, топливных баков, боковых стоек и стоек шасси, а также кованых колец ракет, боковых стенок космических кораблей и т. д.
    • Транспорт: алюминиевый сплав 6061 также используется для автомобилей, вагонов метро, ​​железнодорожных пассажирских вагонов, конструкционных материалов кузова высокоскоростных легковых автомобилей, дверей и окон, полок, деталей автомобильных двигателей, кондиционеров, радиаторов, панелей кузова, колес и судовых материалов.
    • Упаковка: алюминиевый сплав 6061 также используется в качестве металлических упаковочных материалов в виде тонких пластин и фольги, из которых изготавливаются банки, крышки, бутылки, бочки, упаковочная фольга, которые широко используются для упаковки напитков, продуктов питания, косметики, лекарств, сигареты, промышленные товары и т.д.
    • Печать: В основном используется для изготовления полистирольных пластин. Пластины PS на алюминиевой основе — это новый тип материала для полиграфической промышленности. Они используются для автоматического изготовления пластин и печати.
    • Архитектурное украшение: сплав 6061 в основном используется в каркасах зданий, дверях и окнах, подвесных потолках, металлических шторах, перфорированных металлических листах, декоративных поверхностях и т. д.Например, различные архитектурные двери и окна, алюминиевые профили для навесных стен, алюминиевые панели для навесных стен, профилированные панели, клетчатые панели, алюминиевые панели с цветным покрытием и т. д.
    • Электронные бытовые приборы: 6061 также используется в различных шинах, проводах, проводниках, электрических компонентах, холодильниках, кондиционерах, кабелях и других областях.

    6061 Алюминиевый сплав Эквивалент

    Алюминий 6061, эквивалентный европейскому стандарту EN (немецкий DIN EN, британский BSI EN, французский NF EN), ISO, японскому JIS и китайскому стандарту GB (для справки).

    Примечания: DIN 1725-1 заменен на DIN EN 573-3.

    AA-6061 Материал, эквивалентный алюминию
    США Европейский Союз Германия Китай Япония ИСО
    Стандартный Марка (УНС) Стандартный Класс Стандартный Числовой (химические символы) Норма Наименование алюминия (номер материала) Стандартный Класс Стандартный Класс Стандартный Класс
    АА;
    ASTM B209;
    ASTM B211;
    ASTM B221;
    ASTM B210;
    АСТМ Б308/Б308М;
    АСТМ Б241/Б241М
    6061 (УНС А96061) SAE АМС 4025;
    SAE АМС 4026;
    SAE АМС 4027;
    САЕ АМС 4117
    6061 ЕН 573-3 EN AW-6061 (EN AW-AlMg1SiCu) DIN 1725-1 AlMgSi1Cu (3.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.