Модуль юнга алюминий: Модуль упругости алюминия – aluminium-guide.com

alexxlab | 12.02.1989 | 0 | Разное

Содержание

Модуль упругости алюминия – aluminium-guide.com

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

Рисунок

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.

В таблице ниже представлены величины модулей упругости алюминия и различных металлов.

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 %.

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.

Модуль упругости Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона значения (Таблица). Таблица модуль упругости материалов таблица

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.

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

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.

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.

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
Гранит 0,49 . 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.

Физические характеристики материалов для стальных конструкций

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 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. Данные измеряются в МПа.

Модуль упругости различных материалов

Как можно заметить из представленной выше таблицы, это значение является разным для разных материалов, к тому же показателя разнятся, если учитывать тот или иной вариант вычисления этого показателя. Каждый волен выбирать именно тот вариант изучения показателей, который больше подойдёт ему. Предпочтительнее, возможно, считать модуль Юнга, так как он чаще применяется именно для характеристики того или иного материала в этом отношении.

После того как мы кратко ознакомились с данными этой характеристики других материалов, перейдём непосредственно к характеристике отдельно стали.

Для начала обратимся к сухим цифрам и выведем различные показатели этой характеристики для разных видов сталей и стальных конструкций:

  • Модуль упругости (Е) для литья, горячекатанной арматуры из сталей марок, именуемых Ст.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

Механические свойства крепежа

В этом разделе представлено краткое описание механических характеристик болтов, винтов, шпилек.

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, называется 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 усилиями. Деформации бывают упругие и пластические. При упругой деформации образец после снятия нагрузки возвращается к исходным размерам (деформация исчезает, как только исчезает её причина). 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 =ε хY, где s – напряжение, ε – упругая деформация, а Y – модуль упругости (модуль Юнга). Модули упругости ряда металлов представлены в табл. 1.

Таблица 1

 

Металл

Вольфрам

Железо (сталь)

Медь

Алюминий

Магний

Свинец

Модуль Юнга,
105 МПа

3,5

2,0

1,1

0,70

0,45

0,18

 

  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 = Y  х A  х ΔL/L = 200 000 МПа х 1 см2 х 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.

Модуль упругости, коэффициент Пуассона, модуль Юнга. Таблицы

Модуль Юнга — характеристика вещества, описывающая упругие свойства материала при деформации растяжения/сжатия.  Чаще всего указывается в ГПа (гигапаскалях).

При деформации растяжения/сжатия вдоль одной оси, в теле наблюдается изменение размеров тела вдоль оставшихся. Так, цилиндрическое тело, которое деформируют растягивая вдоль осевой линии, уменьшает диаметр основания (по сути, при неизменной массе и плотности объекта должен оставаться неизменным и его объём).
Введём:

(1)

В результате деформации растяжения, площадь основания уменьшается, также введём:

(2)

Коэффициентом Пуассона (коэффициентом поперечной деформации) называется модуль отношения относительной поперечной деформации к относительной продольной:

(3)

Модуль сдвига — характеристика вещества, описывающая упругие свойства материала при деформации сдвига.  Чаще всего указывается в ГПа (гигапаскалях).

Для быстрого поиска нажмите «ctrl+F» и в открывшейся строке поиска введите интересующее вещество.

Наименование материалаМодуль Юнга, ГПаМодуль сдвига, ГПаКоэффициент Пуассона
Алюминиевая бронза, литьё102,9741,19
Алюминиевая проволока тянутая68,65
Алюминий катаный67,6725,50-26,480,32-0,36
Бекелит1,96-2,94
Винипласт2,94
Гетинакс9,81-16,67
Гранит48,05
Дерево3,92-17,65
Дюралюминий катаный69,6326,48
Известняк41,19
Инвар137,2954,92
Каучук0,007860,47
Константан162,7960,800,33
Латунь корабельная катаная98,070,36
Латунь холоднотянутая89,24-97,0934,32-36,290,32-0,42
Лёд9,812,75-2,94
Манганин123,5646,090,33
Медь, литьё82,38
Медь прокатная107,8739,230,31-0,34
Медь холоднотянутая107,8739,230,31-0,34
Мрамор54,92
Плексиглас5,251,480,35
Свинец16,676,860,42
Сталь легированная205,9479,430,25-0,30
Сталь углеродистая196,13-205,9479,430,24-0,28
Стальное литьё171,62
Стекло49,03-78,4517,65-29,490,2-0,3
Текстолит5,89-9,81
Форсфористая бронза катаная112,7841,190,32-0,35
Целлулоид0,017-0,0190,39
Цинк катаный82,3831,380,27
Чугун белый, серый112,78-156,9144,130,23-0,27
Чугун кованый152,00

Поделиться ссылкой:

Эластичность чистого алюминия | Всё о красках

Округленно эластичный модуль или модуль Юнга, модуль Е алюминия обычно принимается за 70 кН/мм2 (или 70ГПа), в литературе имеются данные о значениях для всех степеней чистоты алюминия (в том числе и сплавов) от 60 до 78кН/мм2. Наиболее вероятным для очищенного алюминия является значение 66.6кН/мм2. Разница в значениях для отдельных сплавов, которые приводятся в литературе, обусловлена различием применяемых технологий для измерений, природой и уровнем применяемого усилия (натяжение или изгиб), а методом измерения (статический или динамический) и от вторичных факторов.
Модуль Юнга зависит от нескольких переменных. Например, особое значение имеет структура, так как соотношение модулей Юнга отдельных кристаллов в направлении составляет 1.17 к 1. На модуль Юнга оказывает также воздействие процесс холодной обработки. Как видно из таблицы , он также зависит от температуры.

Зависимость модуля Юнга от температуры (типичные значения в соответствии с Alcoa, значение приводится для температуры 24°C (297K) = 100%)

Температура

°C

195

85

29

+24

+100

+149

+204

+260

K

78

188

244

297

373

422

477

533

Относительное значение

%

112

105

102

100

98

95

90

80

Значение модуля сдвига G составляет 22-28кН/мм2, наиболее вероятным для очищенного алюминия является значение 25.0кН/мм2. Модуль сдвига зависит от состава сплава и температуры, причем зависимость аналогична зависимости модуля Юнга. В зависимости от модулей эластичности и сдвига коэффициент Пуансона составляет 0.32–0.40, причем наиболее вероятное значение для очищенного алюминия составляет 0.35.

Модуль упругости стали в кгс\см2, примеры

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 кгс\см2) 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.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 – 0 голосов

Модуль Юнга алюминиевых сплавов

Типичные значения модуля Юнга для различных алюминиевых сплавов приведены в следующей таблице. Приведенные значения являются средними значениями модулей растяжения и сжатия. Модуль сжатия на 2% больше, чем модуль растяжения.

Модуль Юнга алюминиевых сплавов
Алюминиевый сплав Модуль упругости
ГПа 10 6 фунтов на квадратный дюйм
1060 69 10.0
1100 69 10,0
1350 69 10,0
2011 70 10.2
2014 73 10.6
Алклад 2014 72 10,5
2024 73 10,6
Альклад 2024 73 10.6
2219 73 10,6
3003 69 10,0
3004 69 10,0
3105 69 10.0
5005 69 10,0
5050 69 10,0
5052 70 10.2
5154 70 10.2
6061 69 10,0
6063 69 10,0
7050 72 10,4
7075 72 10.4

Ссылка:

  • Справочник по металлам. Свойства и выбор: чугуны, стали и высокоэффективные сплавы. АСМ Интернэшнл, 1990.3

    CRC Справочник по материаловедению и инженерии, стр.46

    http://www.memsnet.org/material/aluminumalbulk/

    Янга модуль

    70 ГПа

    Тонкие твердые пленки, 270 (1995), стр. 263

    http://www.memsnet.org/material/aluminumalbulk/

    Коэффициент Пуассона

    0,33

    Микрозондовое измерение модуля Юнга и Пуассона коэффициент с помощью определения глубины вдавливания и акустической микроскопии, Comte, C.фон Стебут, Дж. Технология поверхностей и покрытий, т. 154, № 1, 1 мая 2002 г., стр. 42-8

     

    Жесткость Константы

     

     

     

    Растяжение или прочность на излом

    Чистый алюминий: 47 МПа

    Пленка в артикуле: 70 МПа

    Алюминий осаждение с помощью MOCVD на углеродных волокнах на основе пека, Suzuki, T., Материалы Общество служения науке и технике. Материалы Третьего Окинагского симпозиума по материаловедению и инженерии Служение обществу, 1998, стр. 210-13

     

    Остаток нагрузка на кремний

    от -20 до -30 МПа неотожженный от 120 до 140 МПа отожженный при 450С

    Рентген определение остаточных напряжений в тонких алюминиевых пленках, нанесенных на кремниевые подложки, Корхонен, М.А., Пашкет, К.А., Scripta Metallurgica, т. 23, № 8, август 1989 г., стр. 1449-53

     

    Удельная теплоемкость

    898,7 Дж/кг/К

    Справочник CRC по материаловедению и инженерии, стр. 260

    http://www.memsnet.org/material/aluminumalbulk/

    Термальный проводимость

    237 Вт/м/К

    CRC Справочник по материаловедению и инженерии, стр.270-274

    http://www.memsnet.org/material/aluminumalbulk/

    Диэлектрик константа

    Алюминиевый порошок 1,6–1,8

    Справочное руководство по диэлектрической проницаемости

    http://www.asiinstr.com/dc1.html#Список

    Индекс преломление

    1,44

    Справочник по химическим свойствам


    Под редакцией Yaws, C.Л. 1999; Макгроу-Хилл

     

    Электрика проводимость

    3,538×10 7 Ш/м

    Ресурсный центр по неразрушающему контролю

    http://www.ndt-ed.org/GeneralResources/MaterialProperties/ET/ET_matlprop_Aluminum.htm

    Магнитный проходимость

    мк r =1

    Восприимчивость = 6×10-7 сгс

    Базовый анализ металлоискателя Yamazaki, S.; Накане, ЧАС.; Танака, А., IEEE Сделки по инструментам и измерения, Том: 51, Выпуск: 4, Год: август 2002 г., Страниц: 810- 814

    Восприимчивость с http://www.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MEAl00

    Пьезосопротивление

    2×10-5 Ом-см

    Определение коэффициент пьезосопротивления в алюминии межблочные конструкции из сплава
    Reilly, С.Дж., Санчес, Дж. Э., младший, материалы Надежность в микроэлектронике IX. Симпозиум, 1999, стр. 213-18

     

    Пьезоэлектричество

     

     

     

    Мокрое травление метод

    85 мас.% раствор фосфорной кислоты

    Механизмы жидкостного травления алюминия электроды под низким давлением-ширина линии явления сужения
    Утияма, М.; Накамура, М. Денки Кагаку, v 56, № 7, июль 1988 г., стр. 563-8

     

    Плазменное травление метод

    Cl 2 , BCl 3 /Cl 2

    Ленгмюровские зондовые исследования плазмы с трансформаторной связью, травитель алюминия
    Малышев М.В.; Доннелли, В.М.; Корнблит, А .; Чиампа, Н.А.; Полковник, JI; Ли, JTC Источник: Journal of Vacuum Science & Technology A (Вакуум, поверхности и Фильмы), т. 17, № 2, март 1999 г., стр. 480-92

     

    Адгезия к диоксид кремния

    хорошо

    Реакция Al со стеклообразным диоксидом кремния
    Black, J.Р., 15-й Ежегодные труды по физике надежности, 1977 г., стр. 257-61

    .

     

    Биосовместимость

    нет

    Зависимость биосовместимости иономерных цементов in vitro от высвобождения ионов, A.J. Devlin,
    Journal of Materials Science: Materials in Medicine 9(12): 737-741; декабрь 1998 г.

    Ссылка на медицинское устройство — MDDI, июль 2002 г. Металлообработка: разрезы завтрашнего дня, сегодня Медицинское оборудование…
    URL: http://www.devicelink.com:80/mddi/archive/02/07/001.html

    Гидрофобность

    90 градусов ниже 120°C

    Контактный угол температурная зависимость капель воды на практических алюминиевых поверхностях
    Bernardin, J.D.; Мудавар, И.; Уолш, CB; Франсес, E.I.International Journal of Heat and Mass Transfer, т. 40, № 5, март 1997 г., стр. 1017-33

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Роль выделений в поведении модуля Юнга в алюминиевых сплавах

  • 1.

    DJ Mack: Пер. AIME, 1946, Vol. 166, стр. 68-85.

    Google Scholar

  • 2.

    F. Morestin and M. Boivin: Nuclear Eng. & Дизайн, 1996, Том. 162, стр. 107-116.

    Артикул Google Scholar

  • 3.

    Х. М. Ледбеттер, С. А. Ким: Матем. науч. англ. А, 1988, Том. 101, стр. 87-92.

    Google Scholar

  • 4.

    М. Лусена, Дж.А. Бенито, Дж. Джорба и А. Рока: Rev. Metal. Мадрид, 1998, Том. 34, стр. 310-313.

    Артикул Google Scholar

  • 5.

    Дж.А. Бенито, Дж. Калле, А. Рока и Дж. Джорба: Proceedings Propiedades Mecánicas de Solidos , ETSEIB UPC, Барселона, Испания, 1996, стр. 320–25.

  • 6.

    JA Benito, JM Manero, J. Jorba and A. Roca: Metall. Мат. Транс. А, 2005, Том. 36А, стр. 3317-3324.

    Артикул Google Scholar

  • 7.

    Ямагути К., Адачи Х., Такакура Н.: Металлы и мат., 1998, т. 1, с. 4 (3), стр. 420-425.

    Google Scholar

  • 8.

    Х.Ю. Ю: Мат. Дизайн, 2009, Вып. 30, (3), стр. 846-850.

    Артикул Google Scholar

  • 9.

    H. Yu, L. Bao, Y. Gao: J. Mech. инж., 2010, т. 1, с. 46 (18), стр. 46-51.

    Артикул Google Scholar

  • 10.

    Р. Перес, Х.А. Бенито, Дж. М. Прадо; ISIJ International, 2005, Vol. 45 (12), стр. 1925-1933.

    Артикул Google Scholar

  • 11.

    А. Гаей и Д.Е. Грин: Вычислительное материаловедение, 2010, Том. 48, (1), стр. 195-205.

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    A. Ghaei: Int. Дж. Мех. наук, 2012, т. 2, с. 65, (1), стр. 38-47.

    Артикул Google Scholar

  • 13.

    Т. Отомо, Х. Мацумото, Н. Номбра и А. Чиба: J. Japan Inst. мет., 2009, т. 1, с. 73, (2), стр. 74-80.

    Артикул Google Scholar

  • 14.

    М. Тане, Т. Накано, С. Курамото, М. Хара, М. Ниимони, Н. Такэсуэ, Т. Яно и Х. Накадзима: Acta Mater., 2011, Vol. 59 (18), стр. 6975-6988.

    Артикул Google Scholar

  • 15.

    И. Фонсека, Х.А. Бенито, Дж. Джорба и А.Рока: Преподобный Металл. Мадрид, 2002, 38, стр. 249-256.

    Артикул Google Scholar

  • 16.

    A. Villuendas, J. Jorba и A. Roca: Rev. Metal. Мадр. , 2005, том. ДОП., стр. 46–52.

  • 17.

    Е.П. Пападакис, К.А. Стикелс и Р.К. Иннес: Журнал ковриков. и мануфактур., 1995, т. 1, с. 104, стр. 830-837.

    Google Scholar

  • 18.

    Э. П. Пападакис: Дж.Прикладная физ., 1964, т. 1, с. 35, стр. 1474-1482.

    Артикул Google Scholar

  • 19.

    HG Masing, W. Veroff: Siemens-Konzern, 1929, Vol. 8, (1), стр. 142-148.

    Google Scholar

  • 20.

    L. Guillet: J. Rev. de Met., 1939, Vol. 36, стр. 497-521.

    Google Scholar

  • 21.

    W. Heyroth and E. Becker: Mat.науч. Форум, 1987, Вып. 13-14, стр. 383-388.

    Артикул Google Scholar

  • 22.

    A. Villuendas, J. Jorba и A. Roca: Symp. Propiedades Mecánicas de Sólidos , Университет Сантьяго-де-Компостела, Сантьяго-де-Компостела, Испания, 2006 г., стр. 107–111.

  • 23.

    A. Villuendas, A. Roca and J. Jorba: Mat. науч. Форум, 2007, тт. 539-543, стр. 293-298.

    Артикул Google Scholar

  • 24.

    А. Виллуэндас: доктор философии. Thesis, Universitat de Barcelona, ​​Barcelona, ​​2007.

  • 25.

    J. Krautkrämer and H. Krautkramer: Ultrasonic Testing of Materials, Springer-Verlag, Berlin, 1969.

    Book Google Scholar

  • 26.

    Б. Карлин: Ультразвук, 2-е изд., Мак. Издательская компания Graw-Hill, Inc., 1960.

    Google Scholar

  • 27.

    Ф. Дюпон, К.А. Браун и Э. Эль Батави: Практ. Мет., 1986, вып. 23, стр. 493-501.

    Google Scholar

  • 28.

    Р. К. Хэм: Фил. маг., 1961, вып. 6, с. 1183-1184.

    Артикул Google Scholar

  • 29.

    П. Ховард, Р. Пилкингтон, Г.В. Лоример и Ф.Р. Продажа: High Temp High Press., 1985, Vol. 17, стр. 123–29.

    Google Scholar

  • 30.

    А. Нин, З. Лю и С. Цзэн: Пер. Цветные металлы. соц. Китай, 2006, Том. 16, стр. 1341-1347.

    Артикул Google Scholar

  • 31.

    Н.Ф. Мотт и Ф.Р.Н. Набарро: Учеб. физ., 1940, вып. 52, с. 86.

    Артикул Google Scholar

  • 32.

    Ф.Р.Н. Набарро: респ. конф. по прочности твердых тел , Бристольский университет, Бристоль, 1948, стр. 38–45.

  • 33.

    Ф. Ёсида, Т. Уэмори и К. Фудзивара: Int. Ж. Пласт., 2002, т. 1, с. 18 (5–6), стр. 633–59.

    Артикул Google Scholar

  • 34.

    Д. Кулавински, К. Нагель, С. Хенкель, П. Хюбнер, Х. Фишер, М. Куна и Х. Бирманн: англ. Фракт. мех., 2011, т. 1, с. 78 (8), стр. 1684–95.

    Артикул Google Scholar

  • 35.

    И. Изарн: магистерская диссертация, Университет Барселоны, Барселона, 2012.

  • 36.

    Дж. Джорба, Р. Понс, Дж.А. Бенито и А. Рока: Thermec’2000-Proc. Междунар. конф. по обработке и производству передовых материалов , компакт-диск, Лас-Вегас, штат Невада, специальный выпуск: J. Mater. Процесс. Технол. , 2001, том. 117 (3).

  • Расчет модуля Юнга алюминия

    Алюминий — самый распространенный металл на Земле и наиболее широко используемый в промышленности цветной металл. Он имеет удивительно низкую плотность, отличную тепло- и электропроводность, способность противостоять коррозии за счет пассивации и повышенную прочность на растяжение при низких температурах.Алюминий почти всегда легирован, что значительно улучшает его механические свойства, особенно при отпуске. Таким образом, он жизненно важен для аэрокосмической промышленности и транспорта для производства космических кораблей, автомобилей, самолетов, грузовиков, железнодорожных вагонов, велосипедов; для производства проводниковых сплавов, двигателей, генераторов, конденсаторов и трансформаторов, а также в строительстве. Кроме того, он используется в упаковке для банок, фольги или рамок, благодаря своей нетоксичной и неадсорбционной природе.

    Вызов

    Алюминий и его сплавы играют решающую роль в различных промышленных применениях благодаря своим механическим свойствам. Следовательно, вычислительные стратегии, которые могут предсказывать и улучшать благоприятные механические свойства, могут представлять большой интерес. Здесь мы применяем моделирование молекулярной динамики (МД) для деформации алюминиевой конструкции, применяя осевое сжатие при постоянной скорости деформации, и вычисляем модуль Юнга вдоль направления деформации.

    Работа

    Моделирование молекулярной динамики было выполнено с использованием подключаемого модуля LAMMPS в MAPS.Алюминий моделировался с помощью Мишина и др. межатомный потенциал методом встроенного атома [1]. Модуль Юнга был получен из начального линейного участка кривой напряжения/деформации.

    Рис. 1: Исходная (а) и конечная (б) конформация алюминия после его механического сжатия вдоль оси x.

    Результаты

    Суперячейка 10 ´ 10 ´ 10 Å из алюминия, содержащая 4000 атомов Al, была сконструирована и уравновешена при T = 300 K и P = 0 бар в течение 20 пс в изотермическо-изобарической (NPT) динамике.Затем с помощью ансамбля НПТ и временного шага 1 фс была задана деформация с постоянной скоростью деформации 1010 с-1 в течение 20 пс по оси абсцисс. Начальная и конечная структуры этой симуляции представлены на рис. 1-а и б. Расчетная деформация была построена как функция напряжения (рис. 2). Из линейной части рисунка 2 мы получили модуль Юнга 66,3 ГПа, что очень хорошо согласуется с экспериментальным значением 69 ГПа.

     

    Рис. 2: Кривая напряжение-деформация, полученная после деформации NPT в течение 20 пс вдоль оси x.

     

    Настоящее тематическое исследование показывает, что молекулярно-динамическое моделирование с помощью подключаемого модуля LAMMPS для MAPS может точно воспроизводить экспериментальное значение модуля Юнга алюминия и, таким образом, может применяться для прогнозирования механических свойств любого интересующего материала.

    [1] Мишин Ю.В.; Фаркас, Д.; Мель, MJ; Папаконстантопулос Д.А., Phys. Rev. B, 1999, 59, 3393-3407.

    Изменение модуля Юнга холоднодеформированного алюминия AA 1050 и AA 2024 (T65): сравнительное исследование

    [1] Д.Дж. Мак: Пер. АЙМЕ Том. 166 (1946), стр. 68.

    [2] Дж.А. Бенито, Дж.М. Манеро, Дж. Джорба и А. Рока: Мет. и мат. Транс. Том. 36А (2005), стр. 3317.

    [3] ЧАС.М. Ледбеттер, С. А. Ким: Матер. науч. англ. Том. 101 (1988) стр. 87.

    [4] Ф.Морестин и М. Бойвин: Nuclear Eng. и Дизайн Том. 162 (1996), стр. 107.

    [5] К.Ямагути, Х. Адачи и Н. Такакура: Met. и мат. Том. 4, 3 (1998) стр. 420.

    [6] Дж.А. Бенито, Дж. Джорба и А. Рока: Матем. науч. Форум Том. 426-432 (2003), стр. 4435.

    [7] Дж.Джорба, Р. Понс, Дж.А. Бенито и А. Рока: специальный выпуск J. Mater. Технология обработки. Том. 117, 3, Thermec’00-Proc. Междунар. конф. Об обработке и производстве передовых материалов, Лас-Вегас, Невада, CDROM.

    [8] Дж.А. Бенито: докторская диссертация, Барселонский университет, Испания (2001).

    [9] В.Кестер и К. Розенталь: Zisch. Металлкунде Том. 30 (1938), стр. 345.

    [10] С.Шима и М. Ян: J. Soc. Мат. науч. Япония Том. 44, 500 (1995) стр. 578.

    [11] Э.П. Пападакис: J. Appl. физ. Том. 35 (1964) стр. 1474.

    [12] Справочник Smithells Metals, 7 th.Эд., Э.А. Брандес, Г.Б. Брук (ред.) 1992, стр. 15. 2.

    [13] Я.Фонсека, Х.А. Бенито, И. Мехиа, Х. Джорба и А. Рока: Rev. Metal. Мадрид Том. 38 (2002), стр. 249.

    [14] Э.П. Пападакис, К.А. Стикелс и Р.К. Иннес: SAE Trans. Коврики JNL. Производитель Том. 104 (1995), стр. 830.

    [15] М.Лусена, Дж.А. Бенито, А. Рока и Дж. Джорба: Rev. Metal. Мадрид Том. 34 (1998), стр. 310.

    [16] Дж.Калле, Дж.А. Бенито, Дж. Джорба и А. Рока: Proc. V Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos UPC Vol. 1 (1996), стр. 314.

    [17] Н.Ф. Мотт: Фил. Маг. Том 43 (1952), стр. 1151.

    [18] Дж. Фридель: Фил.Маг. Том. 44 (1953), стр. 444.

    Определение модуля Юнга сплавов алюминия, меди, железа, латуни и стали с использованием метода голографической интерферометрии с двойной экспозицией (DEHI)

    Определение модуля Юнга сплавов алюминия, меди, железа, латуни и стали с использованием голографической интерферометрии с двойной экспозицией ( DEHI) Техника

    Х.Р. Кулкарни 1 , С. Н. Шукла 2 и М. Б. Донгаре 3

    1 KJEI’s KJ College of Engineering and Management Research, Пуна, Махараштра, Индия

    2 Инженерно-исследовательский колледж Матошри, Эклахаре Насик, Махараштра, Индия

    3 Факультет физики, Университет Шиваджи Колхапур, Махараштра, Индия

     

    Автор, ответственный за переписку Электронная почта: [email protected]ком

    DOI: http://dx.doi.org/10.13005/msri/140207

    История публикации статьи
    Статья получена : 22 сентября 2017 г.
    Статья принята : 04 октября 2017 г.
    Статья опубликована : 13 октября 2017 г. РЕФЕРАТ:

    Метод голографической интерферометрии с двойной экспозицией (DEHI) имеет широкое применение в области науки и техники.DEHI можно использовать для определения очень малых изменений поверхности объекта за очень небольшой интервал времени.

    В данном случае метод DEHI используется для записи голограммы одного и того же объекта в разное время при различных нагрузках. Этот метод успешно используется для определения модуля Юнга (Y) алюминия, меди, железа, латуни и некоторых стальных сплавов. Установлено, что значения Y, полученные методом ДЭГИ, хорошо согласуются со стандартными значениями Y, доступными для соответствующих металлов и их сплавов.Этот метод также используется для установления стандартной зависимости между влиянием состава углерода и Y стальных сплавов.

    КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ДЕХИ; Голографическая интерферометрия с двойной экспозицией; Модуль для младших
    Скопируйте следующее для цитирования этой статьи:

    Кулкарни Х. Р., Шукла С. Н., Донгаре М. Б. Определение модуля Юнга сплавов алюминия, меди, железа, латуни и стали с использованием голографической интерферометрии с двойной экспозицией (DEHI) ) Техника.Mat.Sci.Res.India;14(2)


    Скопируйте следующее, чтобы процитировать этот URL-адрес:

    Кулкарни Х. Р., Шукла С. Н., Донгаре М. Б. Определение модуля Юнга сплавов алюминия, меди, железа, латуни и стали с использованием двойного воздействия Метод голографической интерферометрии (DEHI). Mat.Sci.Res.India;14(2). Доступно по адресу: http://www.materialsciencejournal.org/?p=6086

    .

    Введение

    Техника

    DEHI используется для записи голограмм одних и тех же объектов в разное время. 1  У этого метода есть некоторые преимущества перед другими методами, особенно при изучении переходных процессов. Анализ, конечно, существенно не отличается от анализа, проведенного для метода однократного воздействия, и результирующая интерференционная картина определяется разностью фаз между объектной волной в первом положении и объектной волной во втором положении. 2 Данная методика может быть использована при изучении зависимости напряжения от деформации и гидромеханики, 3 механики разрушения для неразрушающего контроля. 4   Голографическая интерферометрия также может использоваться для демонстрации изменений формы образца. 5

         Качественное определение механической деформации[6] на поверхности объекта произвольной формы методом голографической интерферометрии требует решения следующих трех основных задач.

    1. Связь между поверхностной деформацией и поверхностным смещением;
    2. Связь между выводом смещения поверхности и интерференционными полосами в плоскости изображения;
    3. Интерполяция картины интерференционных полос и количественное определение интерференционной фазы.

    Разработка практического метода получения количественной информации 7 из голограммы с двойной экспозицией до сих пор остается одной из наиболее интересных задач голографической интерферометрии. Применение методов голографической интерферометрии в неразрушающем контроле привлекло большое внимание в последние годы. Благодаря своей чрезвычайной чувствительности голографическая интерферометрия позволяет обнаруживать небольшие дефекты и аномалии в диффузных трехмерных объектах. 7-9 Описаны различные голографические методы 10-12 для измерения трехмерных перемещений объекта под нагрузкой. К ним относятся просмотр поверхности объекта через разные точки голограммы под разными углами и подсчет количества полос, проходящих через рассматриваемую точку между двумя экспозициями, очень мало или меньше одной полосы. Однако успех голографического неразрушающего контроля 13 материала зависит от принятого метода воздействия.Напряжение должно деформировать испытуемое тело таким образом, чтобы «хорошие» области отличались от «плохих» просто путем изучения интерференции, генерируемой на голографической интерферограмме.

    Измерение модуля Юнга 14

    Модуль Юнга материала можно рассчитать, используя уравнение прогиба кантилевера. Уравнение отклонения кантилевера определяется выражением

    .

    ΔZ = (WL 3 ) / (3YI)                              …..(1)

    Где,

    Вт = нагрузка в кг

    L = эффективный пролет в см

    Y = модуль Юнга в кгс/см 2

    I = момент инерции в см 4 , можно получить из физических размеров

    консольный. Его значение для прямоугольной балки шириной «a» и толщиной «b»

    — это аб 3 /12 .

    Уравнение (1) можно записать как ,

    Y = (WL 3 ) / (3 I ΔZ)……………………(2)

    Где                      ΔZ измеряется методом голографической интерферометрии.

    Пусть θ i и θ o – угол, определяющий направления освещения и наблюдения соответственно. Они измеряются по геометрии фигуры, как показано на рисунке 2. Разность хода Δ между двумя лучами, рассеянными из двух идентичных точек на объекте, определяется как

    .

    Δ = ΔZ. н. (Cos θ i + Cos θ или )………………………..(3)

    Где,                              n = показатель преломления, обычно 1 для воздуха.

    Если на длину пролета L консоли, считая от неподвижного конца, изготовлено N полос, то

    ΔZ = Nλ / (Cos θ i + Cos θ o ) …………………(4).

    Подставив значение ΔZ в уравнение 2. Затем можно рассчитать значение модуля Юнга,

    Y = WL 3 (Cos θ i + Cos θ или ) / (3 I Nλ)……………(5)

    Экспериментальные результаты Y для металлов и сплавов

    Модуль Юнга был определен для алюминия, меди, железа, латуни и некоторых стальных сплавов с использованием метода DEHI. Образцы для этой цели были получены от Mayura Steel Industries, Колхапур.Состав сплава и их состав, а также их размеры приведены в таблице 1 .

    Экспериментальная установка для записи голограммы с двойной экспозицией с загруженными объектами показана на рисунке 1.

    Рисунок 1: Экспериментальная установка для DEHI

     

    Голограммы с двойной экспозицией соответствующих объектов были записаны в двух разных ситуациях. Один в нормальном состоянии, а другой в деформированном состоянии из-за приложения нагрузки.Для приложения нагрузки использовалось расположение струны и шкива, как показано на рис. 3 .

    Рисунок 2: Измерение углов

     

    Голограммы записывались на голографическую пластину 8E75HD с использованием He-Ne лазера мощностью 2 мВт. Для записи голограмм использовался двухлучевой внеосевой метод. Голограммы обрабатывались обычным образом. Восстановленные голограммы выявили количество полос, расположенных на поверхности металлических пластин. Время экспозиции по 7 секунд было дано для обеих экспозиций.Размеры объекта были точно измерены и представлены в таблице 2. Точно подсчитано количество полос. Они показаны на фотографиях 1-7. Используя уравнение (5), был определен модуль Юнга материала объекта. Значения Y, рассчитанные этим методом, занесены в таблицу 2 вместе с размерами объекта и углом освещения и рассеяния света от поверхности объекта.

    Рисунок 3: Объект при приложении нагрузки

     

    Фото 1: Механически напряженная алюминиевая пластина

     

    Фото 2: Механически напряженная медная пластина

     

    Фото 3: Механически напряженная железная пластина

     

    Фото 4: Механически напряженная латунная пластина

     

    Фото 5: Механически нагруженный K 1 пластина

     

    Фото 6: Механически нагруженный K 2 пластина

     

    Фото 7: Механически нагруженный K 3 пластина

     

    Результаты и обсуждение

    С помощью метода DEHI рассчитанные значения Y для пластин из сплавов алюминия, меди, латуни, железа и стали приведены в таблице 2.Установлено, что рассчитанные значения Y хорошо согласуются со стандартными значениями.

    В случае стальных сплавов К 1 , К 2 и К 3 (даны общие названия) найденное значение Y выше, чем у железа. Это в основном зависит от процентного содержания углерода в этом сплаве. Этот процент углерода приведен в таблице 1. Содержание углерода в K 1 , K 2 и K 3 находится в порядке возрастания, что приводит к увеличению их модуля Юнга.Для образца К 1 она в 1,04 раза больше, чем у железа, а у К 2 наблюдается в 1,08 раза, а у К 3 в 1,19 раза больше, чем у железа. Значения, определенные для образцов К 1 , К 2 и К 3 , нигде не доступны. Значения Y, определенные для алюминия, меди, латуни и железа, полностью соответствуют имеющимся стандартным значениям. Эти результаты показывают, что метод DEHI можно использовать для определения стандартных значений модуля Юнга упругого материала.Этот результат подтверждает правильность значений Y, определенных для образцов К 1 , К 2 и К 3 .

    Таблица 1: Составные части стальных сплавов

     

    Составляющие %

    Стальные образцы

    К 1

    К 2

    К 3

    С

    0.184

    0,40

    1,17

    Мн

    0,93

    0,090

    13.15

    Си

    0,41

    0,42

    0,42

    С

    0,037

    0,039

    0.004

    Р

    0,030

    0,038

    0,066

    Кр

    0,099

    0,763

    0,23

    Ni

    3.258

    0,038

    Мо

    30.00

    0,231

     

    Таблица 2: Определенные значения Y

     

    Объектная пластина

     

    Длина L в см

     

    Ширина «а» в см

     

    Глубина ‘b’ в см

     

    Приложенная нагрузка Вт в кг

    Количество полос, расположенных на объекте

    Угол                      (в градусах)

    Модуль Юнга      Y     в кгс/см 2

    Освещение

     

    θ и

    Рассеяние

     

    θ или

    Определенные значения

    Стандартные значения

    Ал

    3.00

    3,00

    0,110

    0,007

    10

    6˚ 30’

    46˚

    0,672 x 10 6

    0,70 x 10 6

    Медь

    1,80

    3,00

    0,110

    0.650

    11

    6˚ 00’

    44˚ 30’

    1,240 x 10 6

    1,240 x 10 6

    Железо

    3,00

    3,00

    0,120

    0,140

    36

    5˚ 30’

    48˚

    2.130 х 10 6

    2,00 x 10 6

    Латунь

    3,00

    3,00

    .011

    0,015

    15

    6˚ 30’

    44˚ 30’

    0,970 x 10 6

    от 0,90 до 1    x 10 6

    К 1

    2.40

    3,00

    0,380

    3,00

    12

    4˚ 30’

    48˚

    2,230 x 10 6

    ——

    К 2

    2,40

    2,90

    0,353

    3.00

    15

    7˚ 00’

    46˚

    2,311 x 10 6

    ——

    К 3

    2,50

    3,00

    0,310

    1.800

    13

    4˚ 30’

    48˚

    2.549 x 10 6

    ——

     

    Ссылки

    1. Helfinger L. O., Brooks R. E и Wuerker R. F. J. Appl. Физ . 1966; 37:642.
    2. Tanner L. H. J. Sci. Инструм . 1967; 44:1015.
      Перекрёстная ссылка
    3. Дуддерар Т. Д. Эксп. Мех . 1969; 9:281.
      Перекрёстная ссылка
    4. Steel WH Interferometry, Cambridge University Press. 1968; 188.
    5. Дэндликер Р., Элиассон Б., Инейхен Б., Моттерер Ф. М. Инженерное использование когерентной оптики, издательство Кембриджского университета, Кембридж. 1976; 99-117.
    6. Маром Э., Фризем А. А., Авнеар В. Е. Приложения голографии и оптической обработки данных, Pergamon Press, Лондон. 1977; 225.
    7. Робертсон Э. Р. Инженерное использование когерентной оптики, издательство Кембриджского университета. 1976.
    8. Эрф Р. К. Голографический неразрушающий контроль, Academic Press, Нью-Йорк. 1974.
    9. Харихаран П.Оптическая голография, принципы, методы и приложения, издательство Кембриджского университета. 214. 1984.
    10. King III P.W.   Appl. Опция . 1974; 13:231.
      Перекрёстная ссылка
    11. Hansche B.D., Murphy G.G. Appl. Опция . 1974;13:630.
      Перекрёстная ссылка
    12. Сарма А. В. С. С. Р., Кутти Г. Т. Г. Заявл. Опция . 1978;17:3964.
      Перекрёстная ссылка
    13. Мехта П. К., Мохан Д., Бхан К., Лал П., Ридайнатх Р. Оптика и лазерные технологии. 1982; 269.
      Перекрёстная ссылка
    14. Сирохи Р.S. Курс экспериментов с гелий-неоновым лазером, Wiley Eastern Limited, Нью-Дели. 1986;67.


    Это произведение находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

    Модуль упругости — Руководство AHSS

    Модуль упругости (модуль Юнга)

    Когда пуансон впервые соприкасается с заготовкой из листового металла, создаваемые силы перемещают атомы листового металла из их нейтрального состояния, и заготовка начинает деформироваться. На атомном уровне эти силы называются упругими напряжениями, а деформация называется упругой деформацией.Силы внутри атомной клетки чрезвычайно сильны: высокие значения упругого напряжения приводят лишь к небольшим величинам упругой деформации. Если сила удаляется, вызывая только упругую деформацию, атомы возвращаются в исходное положение в решетке без остаточной или пластической деформации. Напряжения и деформации теперь на нуле.

    Кривая напряжение-деформация отображает напряжение по вертикальной оси, а деформация — по горизонтальной оси (см. рис. 2 в разделе «Механические свойства»). В начале этой кривой все металлы имеют характерную линейную зависимость между напряжением и деформацией.В этой линейной области наклон упругого напряжения в зависимости от упругой деформации называется Модуль упругости или Модуль Юнга или Модуль упругости и обычно обозначается аббревиатурой E. пропорциональная связь между напряжением и деформацией на этом участке кривой напряжения-деформации; деформация становится непропорциональной с началом пластической (остаточной) деформации (см. рис. 1).

    Рисунок 1: Модуль упругости представляет собой наклон кривой напряжения-деформации до начала пластической деформации.

     

    Наклон линии модуля зависит от атомной структуры металла. Большинство сталей имеют элементарную атомную ячейку из девяти атомов железа — по одному в каждом углу куба и один в центре куба. Это описывается как объемно-центрированная кубическая структура (BCC). Обычное значение уклона стали составляет 210 ГПа (30 миллионов фунтов на квадратный дюйм). Напротив, алюминий и многие другие цветные металлы имеют 14 атомов как часть элементарной атомной ячейки — по одному на каждом углу куба и по одному на каждой грани куба.Это называется гранецентрированной кубической (FCC) атомной структурой. Многие алюминиевые сплавы имеют модуль упругости примерно 70 ГПа (10 миллионов фунтов на квадратный дюйм).

    При полной нагрузке пресса в нижней мертвой точке деформированная форма панели является результатом сочетания упругих напряжений и деформаций и пластических напряжений и деформаций. Устранение формирующих сил позволяет упругому напряжению и деформации вернуться к нулю. Остаточная деформация заготовки из листового металла представляет собой формованную часть, выходящую из пресса, при этом снятие упругого напряжения и деформации является основной причиной явления неблагоприятной формы, известного как пружинение.Сведение к минимуму или устранение пружинения имеет решающее значение для достижения постоянной формы и размеров штамповки.

    В зависимости от конструкции панели и процесса некоторые упругие напряжения могут не устраняться при снятии вытяжной панели с вытяжного пресса. Упругое напряжение, остающееся в штамповке, называется остаточным напряжением или захваченным напряжением. Любое дополнительное изменение состояния штампованной панели (например, обрезка, пробивка отверстий, сварка скоб, изменение формы или другая пластическая деформация) может изменить величину и распределение остаточных напряжений и, следовательно, потенциально изменить форму и размеры штамповки.

    Величина пружинения обратно пропорциональна модулю упругости. Следовательно, при одном и том же пределе текучести сталь с модулем упругости, в три раза превышающим модуль алюминия, будет иметь упругую отдачу в три раза меньше.

     

    Изменение и ухудшение модуля упругости

    Аналитики часто рассматривают модуль упругости как константу. Однако модуль упругости изменяется в зависимости от ориентации относительно направления прокатки (рис. 2). Дело осложняется тем, что этот эффект меняется в зависимости от выбранной марки металла.

    Рисунок 2. Модуль упругости в зависимости от ориентации для нескольких марок стали (волокнистая сталь, DP 590, DP 980, DP 1180 и MS 1700) D-11

     

    Хорошо известно, что эффект Баушингера приводит к изменениям модуля упругости и, следовательно, влияет на пружинение. Модуль упругости, определенный в нагруженной части кривой напряжения-деформации, отличается от определенного в разгрузочной части. Кроме того, увеличение предварительной деформации снижает модуль упругости, что существенно влияет на точность моделирования деформации и пружинения.В DP780 деформация 11 % привела к снижению модуля упругости на 28 %, как показано на рис. 3. K-7

    Рисунок 3: Изменение кажущегося модуля нагрузки и разгрузки в зависимости от деформации для DP780 K-7

     

    Похожие сообщения Фильтровать по Тип сообщения Категория Моделирование Формование труб Тестирование и характеристика главная страница-избранный-вверх основной блог Отпрянуть Требования к прессе Формирование Производство добавок Промышленность 4.0 и приложения AHSS Сортировать по Заголовок Актуальность

    Формование труб

    Производство прецизионных сварных труб обычно включает непрерывную сварку

    8

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.