Предел текучести материала: Предел текучести, соотношение пределов текучести, условный предел текучести

alexxlab | 12.04.1982 | 0 | Разное

Содержание

Материалы предел текучести – Справочник химика 21

    Тт — предел текучести материала  [c.76]

    Определенный по этим формулам натяг увеличивают на величину 2,4/ , получая значение наименьшего табличного натяга. По таблицам стандарта подбирается по наименьшему допустимому натягу посадка. Величина наибольшего допустимого натяга для выбранной посадки создает на сопрягаемых поверхностях в поверхностных слоях напряжение, величина которого не должна быть больше предела текучести для материала сопрягаемых деталей. Методика расчета этого напряжения следующая. [c.124]


    Для снятия реологических кривых 6 ( ) (где е — относительная деформация, I — время) разработан ряд приборов [8]. По кривым 8 ( ) определяются независимые характеристики материала предел текучести начальный условно-мгновенный модуль упругости N модуль эластичности равновесный модуль сдвига истинная релаксационная вязкость вязкость эластично( ти М”. Все эти характеристики инвариантны и не зависят от типа приборов, величины приложенных напряжений или скорости деформации, если структура материала не разрушена. 
[c.144]

    В процессе трения, как известно, важна специфика образования и разрушения фрикционных связей. Образование фрикционных связей характерно в основном для сухого трения, однако в той или иной мере оно реализуется и при гранич.ной смазке в условиях неоднородности микрорельефа поверхности и неравномерности распределения нагрузки на фактической площади контакта. Согласно теории И. В. Крагельского [255], различают пять видов фрикционных связей упругое оттеснение (деформация) материала, пластическое оттеснение (деформация) материала, микрорезание, адгезионное нарушение фрикционных связей, когезионный отрыв. Упругое оттеснение материала наблюдается в случае, когда действующая нагрузка не приводит к возникновению в зоне контакта напряжений, превышающих предел текучести. В этом случае такой важный трибологический параметр, как износ, возможен лишь в результате фрикционной усталости. Пластическое оттеснение происходит при контактных напряжениях, превышающих предел текучести (при этом износ определяется малоцикловой фрикционной усталостью). Мпкрорезание наблюдается при – напряжениях или деформациях, достигающих разрушающих значений (разрушение происходит при первых же актах взаимодействия). Адгезионное нарушение фрикционной связи непоередственно не приводит к разрушениям, но вносит определенный вклад в величину напряжений, действующих на контакт. Когезионный отрыв возникает в случае, если прочность фрикционной связи выше прочности нижележащего материала. 

[c.240]

    Модуль упругости указывает жесткость материала, т. е. его способность выдерживать нагрузку без изменения размеров. Предел текучести указывает на эластичность материала, т. е. способность его выдерживать нагрузку без нарушения целостности. Он также является точкой, в которой упругая деформация сменяется пластическим течением. При пластическом течении кристаллиты, находящиеся внутри материала, скользят относительно друг друга, способствуя непрерывной деформации. Предел прочности является крайней нагрузкой растяжения и характеризует способность выдерживать постоянную нагрузку. Площадь под кривой пределов упругости материала является мерой упругости, т. е. способности поглощать энергию без остаточной деформации, а площадь под всей кривой — способности поглощать энергию и выдерживать большие деформации без разрыва. 

[c.73]


    В связи с этим появилась возможность создания ряда относительно простых методик расчета критических значений трещин (несплошностей) с использованием в качестве характеристик материала предела текучести или комбинации . [c.98]

    Условия испытаний (среда, температура, длительность) Материал предел текучести т Прочность при разрыве р Относи- тельное удлине- ние при разрыве е 

[c.34]

    Аналогично указанному выше (п. 4) в случае отсутствия значения предела длительной прочности о л можно для расчетов принимать за прочность материала предел текучести при заданной температуре с учетом величины коэффициента запаса прочности 2—3. Эту рекомендацию можно обосновать следующими соображениями предел текучести — величина вполне определенная при эксплуатации химических аппаратов в подавляющем большинстве случаев действие максимальной расчетной силы кратковременно стенка аппарата не подвержена коррозии, так как материал ее выбран химически стойким к рабочей среде и температуре. Приведем ряд формул для расчетов основных частей аппарата  [c.179]

    Из этого неравенства видно, что внешнее трение будет тем более устойчивым, чем меньше тангенциальная прочность мостика адгезии или чем больше предел текучести деформируемого материала. Например, при нулевой прочности мостика (х = О, идеальная [c.203]

    Механические свойства материала листа обечайки отличны от механических свойств прямой заготовки. В результате проведения предварительных операций (подгибка кромки, круговой гибки листа, сварки продольного шва) происходит упрочнение материала и пределы текучести и прочности приобретают повышенные значения против их величин в листе в состоянии поставки. [c.53]

    Гибкий элемент — основная деталь компенсатора — получает в рабочих условиях наибольшие по сравнению с другими деталями деформации и соответствующие им напряжения. Материал гибких элементов выбирают особенно тщательно в зависимости от температуры среды, транспортируемой по трубопроводу или теплообменному аппарату, и характера воздействия среды на металл волн, находящихся в напряженном состоянии при эксплуатации компенсатора. Кроме того, механические свойства материала гибкого элемента (пластичность в холодном или горячем состоянии, предел текучести и т. п.) должны обеспечивать возможность гофрирования при принятом технологическом процессе без ухудшения его исходных показателей. 

[c.109]

    Давление разрушения Рр > Рт и зависит от отношения предела текучести к пределу прочности ст материала стенки [9]  [c.60]

    Удельное давление на прокладку зависит от конструкции и материала прокладки (предела текучести). Величину принимают ( таким расчетом, чтобы в результате смятия контактных поверхностей прокладки получить герметичное соединение. [c.84]

    Допускаемые напряжения для сечения толщиной 5 1 [О]) нормальной температуре т — коэффициент, учитывающий свойства среды (для взрывоопасных и токсичных сред 1 -= 0,85 4-0,90). [c.101]

    Явление потери устойчивости формы цилиндрической стенки в сжатой зоне аналогично ио своей сущности продольному изгибу сжатых стержней. Нарушение формы — вмятие (см. рис. 82) может произойти ири напряжениях меньше предела текучести материала стенки. 

[c.114]

    Любая деформация сыпучего материала сопровождается сдвигом, т. с. скольжением частиц одна относительно другой. В отличие от жидкостей сыпучие материалы в состоянии выдерживать определенные усилия сдвига. Деформация в них не наступает до тех пор, пока не преодолено некоторое напряжение сдвига т , которое называют предельным сопротивлением сдвигу или пределом текучести сыпучего материала. [c.152]

    Котачество ферритной фазы в швах составляет 15-60% и зависит не только от применяемых сварочных материалов, но и от доли уча-СТИ51 свариваемого материала в металле шва, от колебаний химического состава в пределах марки. Самый высокий процент ферритной фазы в швах наблюдается при автоматической сварке под флюсом встык без разделки кромок проволокой Св-06Х21Н7БТ. Благодаря высокому содержанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против образования горячих трещин. Изменение содержания ферритной фазы в шве за счет легирования или термообработки приводит к существенному изменению его механических свойств. Пределы текучести и прочности при достаточно высокой пластичности и вязкости шва достигают максимума при равном процентном содержании в нем аустенитной и ферритной фаз. 

[c.260]

    Термомеханический метод правки заключается в том, что до начала нагрева выпуклого участка в вале создают напряжение с помощью механического нажима. При нагреве вал стремится еще больше разогнуться. Выпрямление же вала имеет место только при его охлаждении. Встречая сопротивление со стороны устройства для предварительного нажима, материал в месте нагрева переходит предел текучести раньше, чем при чисто термической правке, и этим самым процесс правки ускоряется. Деформация вала при предварительном нажиме и после правки контролируется индикаторами, устанавливаемыми на концах вала. После полного охлаждения вал освобождается от нажимного устройства для контроля. Нагрев может осуществляться несколько раз. Этот метод позволяет устранять большой прогиб, но в материале вала из-за одностороннего нагрева возникают значительные остаточные напряжения, вызывающие возврат прогиба при отжиге. 

[c.160]


    Независимо от того, какой критерий положен в основу оценки условия неустойчивости моделей с трещинами, общим ограничением их применимости для оценки прочности деталей и конструкций является уровень средних напряжений (в нетто-сечении), который не должен превышать предела текучести металла. В противном случае асимптотическая оценка напряженно-деформационного состояния будет не справедливой. Однако при этом сами критерии (Кс, 5с, 1с, Тт) не теряют физического смысла и, естественно, могут быть использованы для оценки качества материала любой прочности и пластичности. Приведенные данные свидетельствуют о том, что в случае маломасштабной текучести в области трещины силовые, деформационные и энергетические критерии дают практически одинаковый результат. Более перспективным из отмеченных критериев следует считать параметр Л, поскольку он включает в себя компоненты напряжений и деформаций и его можно распространить на случай вязкого разрушения. 
[c.126]

    В области сравнительно низких скоростей роста трещин/V области высоких скоростей роста трещин (V > 10 м/цикл) кривая трещиностойкости асимптотически приближается к прямой Ктах = Кгс При Ктах = Кгс наступает долом конструктивного элемента. Критические значения КИН Кс и Кгс не однозначны, однако в ориентировочных расчетах можно принимать Кгс Кс. Значение Кгс имеет больщое практическое значение, поскольку оно позволяет устанавливать безопасные характеристики циклического нагружения и размеры трещин. Параметр К1ь зависит от исходных механических характеристик материала, внещней среды и др. При отнулевом (пульсирующем) цикле нагружения величина Ксн связана с пределом текучести СТт от следующей эмпирической зависимости [13]  [c.140]

    НЫХ свойств материала. Распределение напряжений и смещений в этой области отличается от упругого распределения. В схеме квазихрупкого разрушения принимается, что область нелинейных эффектов мала сравнительно с длиной трещины. Это позволяет считать, что размер этой области и интенсивность пластических деформаций в ней целиком контролируются коэффициентом интенсивности К и пределом текучести оо,2. Эта область мала настолько, что поле напряжений вокруг нее все еще описывается асимптотическими формулами. [c.188]

    От- предел текучести для материала опор, а т = 200 МПа. [c.69]

    Первые цифры каждой графы дают значения Е и ат при комнатной температуре, вторые при I = 200°. Цифры, набранные курсивом,— приближенные, так как предел текучести этих материа–лов имеет весьма неопределенный характер. [c.227]

    УДАРНАЯ ПРОЧНОСТЬ – прочность материала при кратковременной нагрузке ударного характера вид динамической прочности. Определяет сопротивление деформированию (разрушению) при кратковременных (порядка 10 сек) нагрузках высокой интенсивности. Действие таких нагрузок характеризуется волновым характером их распространения и вследствие этого нестационарным распределением по объему материала, а также его высокоскоростным деформированием, к-рое связано с повышением прочностных характеристик материала (предела текучести, предела прочности). Пластичность элемента конструкции при ударном пагружении вследствие неравномерного распределепия напряжений и их концентрации в отдельных областях ниже, чем при статическом (см. Конструкционная прочностъ). У. п. элемента копструкции повышают рациональным копструи-рованием, обеспечивающим более равномерное распределение напряжений по объему материала. [c.611]

    При переходе через предел текучести происходят недопустимо большиё деформации материала. Предел текучести определяет то напряжение, до ко-торого возможна работа полимера в конструкциях. Для полиэтилена НД оно составляет 220—260 кГ/см . Относительное удлинение, наблюдаемое при достижении предела текучести, не превышает 15—30%. [c.24]

    Явление потери устойчивости формы происходит при расчетных напряжениях меньше предела текучести металла стенки, но когда вненшее давление достигает определенной критической величины. Величина критического давления зависит от геометрической формы, размеров аппарата, механических свойств материала его стеиок. Явление потери устойчивости формы цилиндра аналогично явлению потери устойчивости ири продольном изгибе стержней. Цилиндр идеальной формы, выполненный нз однородного материала, теряет форму, если вненшее давление достигает критического значения. Первоначальные отклонения от цилиндрической формы, являющиеся следствием неточности изготовления, могут оказать влияние на прочность и устойчивость формы аппарата. Это необходимо учитывать при выборе коэффициентов запаса прочности и устойчивости. [c.51]

    Механические свойства обратнооомотичеоких и ульграфильтраци.оиных мембран при сжатии представляют особый интерес, так как они соответствуют условиям, в которых находятся мембраны при работе. Изучение текучести при сжатии должно связывать предел текучести с уменьшением проницаемости в процессе разделения. Предел текучести характеризует способность материала выдерживать сжимающие напряжения без остаточной деформации. Кроме того, это также точка, в которой упругая деформация сжатия сменяется пластическим течением. Ее можно определить графически на кривой давление—деформация, проведя касательную к участку З-образиой кривой с наименьшим наклоном и найдя точку касания кривой и касательной (рис. П-13). [c.73]

    Параме1р а определяется методами сопротивления материалов, теории упругости, механики трещин и др. и включает в себя компоненты тензора напряжений, зависящие от геометрических характеристик конструкции, внешних силовых нагрузок, упругих свойств материала и др. Коэффициент запаса прочности характеризует уровень напряжений при эксплуатации изделия и устанавливается в зависимости от условий работы на основании статистических данных о работоспособности подобных конструкций. Параметр п косвенно оценивает качество технологии изготовления, расчетов на прочность, материала и др. За предельное напряжение а р принимается одно из значений компонентов тензора напряжений или их определенное сочетание, при котором наступает текучесть, разрушение или нарушение первоначальной формы изделия. Обычно в условиях статического нагруж ения за величину стпр принимают либо предел текучести СТт, либо временное [c.98]

    По мере роста а , а следовательно, величины К1 в вершине трещины образуется пластическая зона (рис.4.14,6). Для идеальнопластического материала осевые напряжения на участке пластической зоны равны пределу текучести металла а . [c.260]

    Эта формула применима для значении Л 0.046г. При больших значениях б устойчивость обычно теряется при напряжениях, близких к пределу текучести материала. В расчет вводят модуль утругости Е материа.ча цилиндра при рабочей температуре. [c.225]


Предел текучести материала – Libtime

  1. Главная
  2. Наука
  3. Предел текучести материала
Елена Голец 8759 Различные материалы по-разному сопротивляются пластической деформации, то есть изменению своей формы и размеров. Предел текучести материала — напряжения, при котором начинается пластическая деформация. Речь идет о силе, приходящейся на единицу площади. Измеряется это напряжение в Н/м2 или других единицах, имеющих размерность силы, деленной на площадь.

Изучение предела текучести материалов

Изучению предела текучести материалов уделяется пристальное внимание. В реальных конструкциях нагружать материал выше предела текучести нельзя, иначе вся конструкция изменит форму, размеры и потеряет работоспособность. Предел текучести — это граница, переход через которую напряжениям, действующим в материале, запрещен. Естественно, что чем выше находится эта граница, тем большие нагрузки сможет выдержать конструкция. Вопрос о том, как управлять пределом текучести материалов — очень важен с технической точки зрения. Практически — это вопрос о работоспособности материала под нагрузкой. Поэтому материаловеды издавна добросовестно испытывали различные материалы, вносили в справочники значения их пределов текучести после различных видов термической обработки и пластической деформации, а конструкторы использовали эти значения при расчетах несущей способности машин, самолетов, зданий, плотин. Считалось, что определить предел текучести можно только экспериментально. А вопрос, почему предел текучести данного материала 100 МПа, а не 200 МПа, звучал странно. Что значит почему? Да потому, что природой так заложено.

Расчет величины предела текучести

Но вот в 1924 году известный советский ученый Яков Ильич Френкель решил рассчитать величину предела текучести теоретически. Идея расчета, как и все идеи Я. И. Френкеля в области физики, для которой он очень много сделал, была проста и понятна. Он рассматривал процесс деформирования материала под действием сдвиговых напряжений. Чтобы вызвать пластическую деформацию, достаточно сдвинуть верхнюю половину образца относительно нижней так, чтобы возвращение в исходное состояние само по себе было невозможно. Как показано на рисунке. Пусть рассматриваемый материал имеет кристаллическое строение (такое строение характерно для подавляющего большинства металлов, керамических, тугоплавких соединений, некоторых полимеров). Это означает, что его атомы расположены в определенном порядке, и если мысленно соединить их прямыми линиями, то получится пространственная решетка, которая полностью определит расположение атомов в кристалле. Каждое вещество имеет характерные для него размеры и форму кристаллической решетки. Чтобы произвести пластический сдвиг в кристалле, нужно разорвать все связи между атомами, расположенными выше и ниже плоскости скольжения (ее след на рисунке — лини АВ). При определенном напряжении равном пределу текучести кристалла при сдвиге, связи 1—2 разрушатся и тогда можно будет беспрепятственно сместить ряд атомов 1 относительно ряда 2 на одно межатомное расстояние. Такой сдвиг будет уже необратимым, то есть после снятия внешних нагрузок кристалл сам не вернется в прежнее состояние. Точно такое же напряжение понадобится, чтобы произвести сдвиг еще на одно межатомное расстояние. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока все атомы 1 не придут в крайнее левое, а атомы 2 — в крайнее правое положение. После этого кристалл будет разделен на две части, то есть разрушится.

Величина предела текучести материала

Если прочность межатомной связи известна, то не составляет большого труда оценить величину напряжения, необходимую для того, чтобы пластически деформировать материал описанным способом. Я. И. Френкель проделал эти расчеты и получил простую формулу для оценки величины предела текучести материала τт: τт=G/2π. В этой формуле G — модуль сдвига материала, связанный с прочностью межатомных связей. Значения модуля сдвига всех материалов, представляющих интерес для техники, имеются в справочниках. Например, для железа G = 81 ГПа, для никеля — 73,6 ГПа, для меди — 45,5 ГПа, для алюминия — 26,7 ГПа. Следовательно, предел текучести при сдвиге должен составлять для железа ~ 13 ГПа, для никеля ~12 ГПа, для меди ~ 7 ГПа, для алюминия ~ 4 ГПа.

Противоречия между теорией и практикой

Теперь остается сравнить эти результаты с экспериментом. Нужно вырезать образцы металла и подвергнуть их испытаниям на сдвиг по схеме, изображенной на том же рисунке. Интересно, насколько ошибся Я. И. Френкель в своих расчетах. Если даже в два-три раза, результат следует признать хорошим, учитывая приближенный, оценочный характер модели. Но оказалось, что реальные значения τт для железа и никеля вместо 12 000—13 000 МПа, предсказываемых теорией, составляют 50—100 МПа; меди — вместо 7000 МПа — 20— 30 МПа; алюминия — вместо 4000 МПа — 10—20 МПа. Проверяем другие материалы. Та же картина. Теоретические значения предела текучести в сотни раз больше реальных. В чем же дело? Сомневаться в эксперименте у нас нет оснований. Значит, не верна теория. Но идея расчета так проста и естественна, что подозревать в ней какую-то ущербность не хочется. Может возникнуть вопрос — зачем вообще говорить о теории, если она не соответствует практике? Есть экспериментально определенные значения предела текучести, их и следует использовать для нужд техники, а теория здесь ни к чему, тем более такая далекая от реальности. И все-таки нельзя пройти мимо полученных результатов. Причин тому несколько. Вот две из них.
  1. До тех пор, пока не обнаружены принципиальные ошибки в теории, нет оснований ее отвергать. А раз теоретически возможно получение таких высоких показателей, то не исключено, что при определенных условиях они могут быть реализованы и на практике. Может быть, в материалах имеются еще неиспользованные резервы, о которых мы пока не знаем.
  2. Без теории человек вообще не в состоянии осмыслить какой-либо экспериментально полученный результат. Альберту Эйнштейну принадлежат слова о том, что только теория решает, каково содержание наших наблюдений. Достаточно вспомнить, что повседневный опыт говорит нам: Земля стоит на месте, а Солнце всходит и заходит. А вот действительно ли это так или только кажется, выяснилось после того, как Коперник разработал свою теорию строения Солнечной системы. Если нет надежной теории, которой можно руководствоваться, нет продвижения вперед.
Но вернемся к противоречию между теорией и практикой. Итак, как же было разрешено противоречие? Френкель оказался не прав. Материалы деформируются не так, как он себе представлял. Но его неправильные представления оказались для науки намного важнее и полезнее, чем многие заведомо правильные, но никуда не ведущие и никому не интересные. Они заставили искать истину, и этот поиск привел к успеху. То, что Френкель был не прав, не совсем так. Его теория верна, но не для реальных, а для идеальных кристаллов, то есть таких, какими себе представляли металлы в двадцатые годы двадцатого века, когда ученый выполнял расчеты. Предполагалось, что кристаллическая решетка состоит из совершенно правильных рядов атомов и порядок их незыблем. А на самом деле это не так. В кристалле имеются дефекты, и именно в них все дело. Такие разбежности в теоретических расчетах пределов текучести материалов и экспериментальных данных заключаются в дефектах кристаллических решеток. Чтобы объяснить разногласия между теорией и экспериментом, дефекты пришлось придумать. Сделал это в 1934 году английский физик Г. Тейлор.

Рейтинг: 5/5 – 1 голосов

Механические свойства металлов. Механические свойства сталей. Механические свойства сплавов.

Основными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе. Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

  1. Статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.
  2. Динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.
  3. Повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Прочность.

Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.

Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца Δl (мм) от действующей нагрузки Р, то есть Δl = f(P). Но для получения данных по механическим свойствам перестраивают: зависимость относительного удлинения Δl от напряжения δ.

Диаграмма растяжения материала

Рис 1: а – абсолютная, б – относительная; в – схема определения условного предела текучести

Проанализируем процессы, которые происходят в материале образца при увеличении нагрузки: участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Напряжение, соответствующее упругой предельной деформации в точке а, называется пределом пропорциональности.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел пропорциональности.

Предел пропорциональностипц) – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением.

При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения). Каждому напряжению соответствует остаточное удлинение, которое получаем проведением из соответствующей точки диаграммы растяжения линии параллельной оа.

Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости, – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию. Считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (0,005…0,05%). В обозначении указывается значение остаточной деформации (σ0.05).

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел текучести.

Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям. В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести.

Физический предел текучести σm – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов.

Но основная часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести.

Условный предел текучести σ0.2 – это напряжение вызывающее остаточную деформацию δ = 0.20%.

Физический или условный предел текучести являются важными расчетными характеристиками материала. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести. Равномерная по всему объему пластическая деформация продолжается до значения предела прочности. В точке в в наиболее слабом месте начинает образовываться шейка – сильное местное утомление образца.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел прочности.

Предел прочности σв напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).

Образование шейки характерно для пластичных материалов, которые имеют диаграмму растяжения с максимумом. Предел прочности характеризует прочность как сопротивления значительной равномерной пластичной деформации. За точкой В, вследствие развития шейки, нагрузка падает и в точке С происходит разрушение.

Истинное сопротивление разрушению – это максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца (рисунок 2).

Истинное сопротивление разрушению значительно больше предела прочности, так как оно определяется относительно конечной площади поперечного сечения образца.

Истинная диаграмма растяжения

Рис. 2

Fк – конечная площадь поперечного сечения образца.

Истинные напряжения Si определяют как отношение нагрузки к площади поперечного сечения в данный момент времени.

При испытании на растяжение определяются и характеристики пластичности.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Пластичность.

Пластичностьспособность материала к пластической деформации, то есть способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.

Характеристики:

  • относительное удлинение:

lо и lк – начальная и конечная длина образца;

Δlост – абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

  • относительное сужение:

Fо – начальная площадь поперечного сечения;

Fк – площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, так как для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

Истинный предел – текучесть – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Истинный предел – текучесть

Cтраница 1

Истинный предел текучести совпадает с пределом упругости системы и является тем минимальным напряжением сдвига, при котором еще не обнаруживается течения. Условный предел текучести определяется таким касательным напряжением, при котором еще наблюдается течение типа ползучести с практически неразрушенной структурой, выше него происходит лавинообразное разрушение структуры, что вызывает уменьшение эффективной вязкости на несколько порядков.  [1]

Истинный предел текучести PR совпадает с истинным пределом упругости.  [2]

Сть – истинный предел текучести материала; еь – деформация, соответсвующая напряжению сть, В и ai опытные коэффициенты.  [3]

Предельное напряжение должно быть в раз выше местного истинного предела текучести ( от) гт.  [4]

Для мягких сталей отношение истинного разрывного напряжения к истинному пределу текучести имеет большую величину, в то время как для упрочненных сталей оно значительно меньше. При испытаниях, а также и в ряде практических случаев эксплуатации оборудования величина приложенной нагрузки соизмерима с пределом текучести. Таким образом, напряжения, возникающие в упрочненных сталях, значительно ближе к разрывному напряжению, чем у более мягких материалов. Помимо этого, высокопрочные стали характеризуются большими остаточными напряжениями.  [6]

Независимо от коэффициента межслойного трения при одинаковых или близких истинных пределах текучести и малом внешнем трении будет происходить равномерное истечение слоев. Однако и в этом случае схватывание металлов при нагреве способствует равномерной деформации и повышению прочности сварки слоев.  [7]

Исследования, проведенные фирмой Сумитомо, показали, что истинный предел текучести, определяемый на кольцевых образцах, в среднем на 4 кгс / мм2 выше уровня, обнаруживаемого при испытании плоских кольцевых образцов. Этот разрыв сохраняется для труб, изготовленных с помощью прессовой и валковой формовки. Такой химический состав характерен Для труб, применяемых в настоящее время для строительства магистральных трубопроводов.  [8]

В наших исследованиях пластовых нефтей не установлено существование в них истинного предела текучести или того напряжения сдвига ( часто называемого статическим), ниже которого никакого течения не обнаруживается. С увеличением чувствительности аппаратуры могут быть получены и иные результаты в определении истинного предела текучести нефти.  [9]

По кривой 5тах / ( е) при допуске на е0 2 % находят истинный предел текучести при изгибе, значение которого, как показал эксперимент [6], совпадает с пределом текучести при растяжении, что указывает на отсутствие влияния неоднородности распределения напряжений ( имеющейся при изгибе и отсутствующей при растяжении) на реальный предел текучести.  [10]

По мнению большинства исследователей, имеющиеся опытные данные по удельным силам трения в достаточной мере согласуются условием ( 125), если в последнее ввести истинный предел текучести приконтактного слоя металла атк.  [12]

При 30 наблюдается перегиб кривой, соответствующий примерно 30 % удлинения; с понижением температуры этот перегиб становится более резко выраженным и при – 15 появляется горизонтальная площадка, характеризующая истинный предел текучести. При температуре – 30 и ниже участок текучести сопровождается резким уменьшением напряжения и появлением двух точек перегиба, отвечающим максимальному и минимальному значениям предела текучести. На максимальное значение предела текучести значительное влияние оказывают скорость растяжения и форма образца.  [13]

В целом, результаты проведенных коррозионно-механических испытаний труб с надрезом позволяют утверждать, что разрушающее давление достаточно точно определяется по описанной выше модифицированной методике Баттелля, если использовать в расчетах истинный предел текучести металла труб, транспортирующих сероводород содержащие среды. При использовании нормативного предела текучести получаем занижение в 1 38 раза величины расчетного разрушающего давления относительно истинного разрушающего давления.  [14]

Поскольку величина коэффициента вязкости в инженерной практике не применяется, при расчетах по формулам ( 35) и ( 34) параметр А можно в первом приближении принять равным отношению истинных пределов текучести или удельных давлений составляющих биметалла при аналогичных температурно-скоро-стных условиях деформации.  [15]

Страницы:      1    2

Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

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

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

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

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR}}  

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

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

Прочность | Материаловедение

Прочность – свойство материалов сопротивляться разрушению или пластической деформации под действием внешней нагрузки. Наиболее простым и распространенным методом определения прочности материала является испытание его на растяжение (рисунок 1). Концы образца металла круглого сечения зажимают в разрывной машине и подвергают действию растягивающей нагрузки Р.


Рисунок 1 – Метод определения прочности на растяжение. ιо – начальная длина; F0– начальная площадь поперечного сечения; Δι – удлинение; ιк – конечная длина образца в момент разрыва; Fк – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва

Диаграмму растяжения можно построить в координатах «нагрузка Р -удлинение Δι» или в координатах «напряжение σ – относительная деформация ε». σ= Р/F0 а ε= Δι/ι0 ×100% (рисунок 2).
Под действием нагрузки в материале возникают деформации. Деформацией называется изменение размеров и формы тела, она может быть упругой и пластической. Упругой называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешней силы Р. На рисунке 2 упругая деформация характеризуется прямолинейным участком ОА. При упругой деформации изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. При снятии нагрузки атомы становятся на прежние места и деформация исчезает.


Рисунок 2 – Диаграмма растяжения

Оценить свойства материала в пределах упругих деформаций можно с помощью коэффициента, получившим название модуля упругости Е (Гука). Это отношение напряжения к вызванной им деформации:
Значение модуля упругости определяется силами межатомного взаимодействия, оно постоянно и характеризует жесткость материала. Чем меньшую деформацию вызывает напряжение, тем выше жесткость. Угол а на диаграмме есть геометрическое выражение жесткости и модуля упругости. Чем угол больше, тем выше жесткость материала. Пластическая деформация наступает, когда напряжение превышает предел упругости (выше точки А) и после снятия нагрузки форма, структура и свойства тела не восстанавливаются полностью, т.е. имеет место остаточная деформация.
На практике напряжение, при котором начинается пластическая деформация, оценивается пределом текучести σT . Его легко определить, если на диаграмме растяжения имеется площадка текучести (горизонтальный участок). Однако, многие материалы имеют диаграмму растяжения без площадки текучести (медь, латуни, алюминий и др.), тогда за предел текучести принимают напряжение, которое вызывает остаточное удлинение 0,2 % и обозначают σ0,2. σT называют физическим, а σ0.2 условным пределом текучести. Предел текучести используют в качестве одного из показателей прочности материала.
Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению, называется временным сопротивлениемB) или чаще пределом прочности, оно измеряется в МПа. На рисунке 2 это максимальная точка на кривой σ-ε.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! На нашем сайте Вы можете заказать любые решения по всем разделам материаловедение. Решение предоставляется в печатном виде (в Word) с детальными комментариями.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ МЕТАЛЛА ПО КИНЕТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЕ ВДАВЛИВАНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО ИНДЕНТОРА | Матюнин

1. Марковец М. П. Построение диаграммы истинных напряжений по твердости и технологической пробе / Журнал технической физики. 1949. Т. XIX. Вып. 3. С. 371 – 382.

2. Марковец М. П. Определение механических свойств металлов по твердости. – М.: Машиностроение, 1979. – 191 с.

3. Дегтярев В. И. Исследование диаграмм твердости и их связи с механическими свойствами металлов. Автореф. дис.. канд. техн. наук. – М., 1974. – 24 с.

4. Шабанов В. М. Разработка и внедрение метода определения комплекса физико-механических свойств материалов непрерывным вдавливанием. Автореф. дис.. канд. техн. наук. – М., 1988. – 18 с.

5. Бакиров М. Б. Разработка методов и средств контроля механических свойств металла корпуса ВВЭР в процессе эксплуатации по твердости. Автореф. дис.. канд. техн. наук. – М., 1990. – 28 с.

6. Бакиров М. Б., Потапов В. В. Феноменологическая методика определения механических свойств корпусных сталей ВВЭР по диаграмме вдавливания шарового индентора / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2000. Т. 66. № 12. С. 35 – 44.

7. Матюнин В. М. Индентирование в диагностике механических свойств материалов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – 288 с.

8. Шабанов В. М. Сопротивление металлов начальной пластической деформации при вдавливании сферического индентора / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 6. С. 63 – 69.

9. Martens A., Heyn E. Vorrichtung zur vereinfachten Prüfung der kugeldruckharte / Z. VDI. 1908. Bd. 52. N43. S. 1719.

10. Дрозд М. С. Шариковая проба, не зависящая от условий испытаний / Заводская лаборатория. 1958. Т. 24. № 1. С. 74 – 82.

11. Дрозд М. С., Матлин М. М., Сидякин Ю. И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. – М.: Машиностроение, 1986. – 224 с.

12. Пилипчук Б. И. Обзор теорий твердости. – М. – Л.: Стандартгиз, 1962. – 112 с.

13. Матюнин В. М. Методика определения напряжения в области перехода упругой деформации в упругопластическую при растяжении образцов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. №5. С. 54-57.

14. Матюнин В. М. Критические нагрузки и параметры отпечатка в начальной стадии пластического контакта шара с плоской поверхностью металла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 4. С. 62 – 65.

15. Матлин М. М. Методика оперативного контроля модуля нормальной упругости / Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Физико-механические свойства материалов и их экспрессная оценка неразрушающим методом и портативными средствами». – Волгоград: ВГТУ, 1995. С. 27 – 29.

Напряжение текучести материала – обзор

11.7.2.5 Обрушение трубы

Во время операций HWO трубы с закрытым концом спускаются в среду высокого давления, заполненную жидкостью. В результате НКТ подвергается сжатию. Рейтинг разрушения зависит от диаметра трубы, толщины стенки и других свойств, которые сложнее определить, например овальности. API определяет четыре возможных режима обрушения: упругий, переходный, пластический и текучесть, где режим, используемый для расчета обрушения, определяется коэффициентом гибкости, т.е.е. отношение наружного диаметра трубы к толщине стенки трубы.

(11,7) Коэффициент гибкости = D / t

, где D – внешний диаметр НКТ, а t – толщина стенки.

Например, трубка P110 2⅞ ″ 8,60 фунт / фут с толщиной стенки 0,308 ″ имеет коэффициент гибкости 2,875 / 0,308 = 9,33. Американский институт нефти 5C3 4 содержит таблицы, полученные эмпирическим путем, с подробным описанием того, какой режим схлопывания следует использовать для ряда выходов материалов и коэффициентов гибкости. После выбора режима, основанного на коэффициенте гибкости, соответствующая формула используется для получения значения коллапса.

Продолжая пример, таблица 11.1 показывает, что для НКТ с коэффициентом гибкости 9,33 и выходом 110 тыс. Фунтов на квадратный дюйм следует использовать формулу падения текучести.

Таблица 11.1. Режимы обрушения (согласно API 5C3)

Класс (тыс. Фунтов на кв. Дюйм) Упругое обрушение ( D / т ) Переходное обрушение ( D / т ) Пластическое обрушение ( D / т ) Падение урожайности ( D / т )
55 & gt; 37.21 25,01–37,21 14,81–25,01 & lt; 14,81
80 & gt; 31,02 22,47–31,02 13,38–22,47 & lt; 13,38
95 & gt; 28,36 21,33–28,36 12,85–21,33 & lt; 12,85
110 & gt; 26,22 20,41–26,22 12,44–20,41 & lt; 12,44
с:

(11.8) Py = 2Yp [(D / t) −1 (D / t) 2]

, где

P y = Давление разрушения текучести (psi)

Y p = текучесть трубы (фунт / кв. дюйм).

Py = 2 × 110 000 × [(2,875 / 0,304) -1 (2,875 / 0,304) 2] = 21 043 фунтов на квадратный дюйм.

НКТ с толстыми стенками, которые обычно используются для демпфирования рабочих колонн, имеют низкие значения коэффициента гибкости, и, следовательно, значение обрушения обычно рассчитывается с использованием режима обрушения текучести. Однако при спуске труб для заканчивания могут применяться другие режимы.Например, обсадная труба L-80 размером 5½ дюймов 17 фунтов / фут имеет внутренний диаметр 4,892, что дает толщину стенки 0,304. Коэффициент гибкости ( D / t ) составляет 5,5 / 0,304 = 18,09. Из таблицы 11.1 режим схлопывания пластический. Пластическое сжатие рассчитывается по формуле:

(11,9) Pp = Yp⌈AD / t − B⌉ − C

Значения для A , B и C получены из таблиц в API 5C3, а для Материал 80 000 фунтов на квадратный дюйм, значения составляют 3,071, 0,0667 и 1955 соответственно. Помещая эти значения в уравнение, давление обрушения 5½ ″ 17 фунтов / фут НКТ L-80 составляет:

Pp = 80,000⌈3.07118.09−0.0667⌉ − 1955 = 6290psi.

Труба, имеющая высокие значения гибкости (большой диаметр / тонкая стенка), вряд ли будет использоваться во время операции шумоподавления в действующей скважине, так как риск смятия и коробления будет слишком велик. Формула переходного обрушения:

(11,10) Pt = Yp (FD / t − G)

Значения для F и G получены из таблиц в API 5C3.

Упругое схлопывание:

(11,11) Pe = 46,95 × 106 (D / t) [(D / t) −1] 2

Значения коллапса, опубликованные в различных руководствах и справочниках, таких как «Baker Tech Facts» или «Красная книга Halliburton» основана на уравнениях и расчетах, приведенных в бюллетене API 5C3 и более позднем техническом отчете 5C3 (2008). 5 Это было впоследствии пересмотрено в 2015 году. 6

Расчетное значение разрушения предполагает отсутствие осевого напряжения или внутреннего давления. Однако во время эксплуатации необходимо делать поправки на внутреннее давление и осевую нагрузку. Сопротивление разрушению трубы уменьшается с осевым растяжением и может быть рассчитано путем корректировки предела текучести материала трубы до уровня, эквивалентного осевому напряжению, используя:

(11,12) Ypa = {[1−0,75 (σaYp) 2] 1 / 2−0,5 σaYp} Yp

, где:

Y pa = эквивалентный предел текучести при приложенной осевой нагрузке

σ a = осевое напряжение

p Y 9 минимум предел текучести.

На значения разрушения также влияет внутреннее давление. Влияние внутреннего давления определяется путем вычисления эквивалентного внешнего давления; P c

(11,13) Pc = Po− (1−2D / t) Pi

где:

P o = внешнее давление

P 6 i i = внутреннее давление в трубе.

Эффект эквивалентного внешнего давления вызван внешним давлением, действующим на большую поверхность, чем внутреннее давление.

Например, с той же самой трубкой P110 2⅞ ″ 8,60 фунт / фут (стенка 0,304) в скважине выполняется испытание кольцевого пространства 7000 фунтов на квадратный дюйм с приложением давления 2000 фунтов на квадратный дюйм к рабочей колонне. В то время как перепад давления составляет 5000 фунтов на квадратный дюйм, эквивалентное внешнее давление составляет:

Pc = 7000– (1-22,875 / 0,304) 5000 = 5928 фунтов на квадратный дюйм

Механические свойства материалов | MechaniCalc

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта страница использует JavaScript для форматирования уравнений для правильного отображения. Пожалуйста, включите JavaScript.


Механические свойства материала влияют на его поведение при нагрузке.Модуль упругости материала влияет на то, насколько он прогибается под нагрузкой, а прочность материала определяет напряжения, которые он может выдержать до разрушения. Пластичность материала также играет важную роль в определении того, когда материал сломается, когда он будет загружен за пределы его предела упругости. Поскольку каждая механическая система подвергается нагрузкам во время работы, важно понимать, как ведут себя материалы, из которых состоят эти механические системы.

На этой странице описаны механические свойства материалов, которые имеют отношение к проектированию и анализу механических систем.

Состав

Напряжение и деформация

Взаимосвязь между напряжением и деформацией в материале определяется путем испытания образца материала на растяжение или сжатие. В этом испытании к испытательному образцу прикладывают постоянно увеличивающуюся осевую силу и измеряют прогиб при увеличении нагрузки. Эти значения могут быть нанесены на график в виде кривой нагрузки-прогиба. Прогиб испытуемого образца зависит как от модуля упругости материала, так и от геометрии образца (площади и длины).Поскольку нас интересует поведение материала безотносительно к геометрии, полезно обобщить данные, чтобы устранить влияние геометрии. Это делается путем преобразования значений нагрузки в значения напряжения и преобразования значений прогиба в значения деформации:

Напряжение:
Штамм:

В уравнении для напряжения P – нагрузка, а A 0 – исходная площадь поперечного сечения испытуемого образца.В уравнении деформации L – текущая длина образца, а L 0 – исходная длина.

Кривая напряжения-деформации

Значения напряжения и деформации, определенные в результате испытания на растяжение, могут быть построены в виде кривой напряжение-деформация , как показано ниже:



На диаграмме выше есть несколько интересных мест:

  • P: Это предел пропорциональности , который представляет максимальное значение напряжения, при котором кривая напряжения-деформации является линейной.
  • E: Это предел упругости , который представляет собой максимальное значение напряжения, при котором нет постоянного сужения. Несмотря на то, что кривая не является линейной между пределом пропорциональности и пределом упругости, материал все еще остается эластичным в этой области, и если нагрузка снимается в этой точке или ниже, образец вернется к своей исходной длине.
  • Y: это предел текучести , который представляет значение напряжения, выше которого деформация начнет быстро увеличиваться.Напряжение в пределе текучести называется пределом текучести , S ty . Для материалов без четко определенного предела текучести он обычно определяется с использованием метода смещения 0,2% , в котором проводится линия, параллельная линейному участку кривой, которая пересекает ось x при значении деформации 0,002. Точка, в которой линия пересекает кривую напряжения-деформации, обозначается как предел текучести.
  • U: Эта точка соответствует пределу прочности , S tu , что является максимальным значением напряжения на диаграмме “напряжение-деформация”.Предел прочности также называют пределом прочности на разрыв . После достижения предельного напряжения образцы из пластичных материалов будут иметь перемычку , при которой площадь поперечного сечения в локализованной области образца значительно уменьшается.
  • F: Это точка излома или точка излома , которая является точкой, в которой материал разрушается и разделяется на две части.

Кривые “напряжение-деформация” обычно необходимы при анализе сконструированного компонента.Однако данные «напряжение-деформация» не всегда могут быть легко доступны. В этом случае довольно просто аппроксимировать кривую деформации материала, используя уравнение Рамберга-Осгуда.

Истинное напряжение и деформация

Инженеры обычно работают с инженерным напряжением , которое представляет собой силу, деленную на исходную площадь образца перед нагрузкой: σ = P / A 0 . Однако по мере загрузки материала площадь уменьшается. Истинное напряжение , ,, – это значение напряжения в материале с учетом фактической площади образца.Поскольку площадь уменьшается по мере нагружения материала, истинное напряжение выше, чем инженерное напряжение.

На рисунке ниже показана инженерная кривая напряжения-деформации в сравнении с истинной кривой напряжения-деформации. Поскольку инженерное напряжение рассчитывается как сила, деленная на исходную площадь (которая является константой), инженерная кривая напряжения-деформации имеет ту же форму, что и кривая нагрузки-прогиба. Инженерная кривая напряжения-деформации падает после достижения предела прочности, потому что сила, которую может выдержать материал, падает, когда он начинает сужаться.Однако значение напряжения на истинной кривой напряжения-деформации всегда увеличивается по мере увеличения деформации. Это связано с тем, что при расчете истинного напряжения используется мгновенное значение площади. Даже когда сила, поддерживаемая материалом, падает, уменьшение площади образца перевешивает уменьшение силы, и напряжение продолжает расти.


Следует отметить, что инженерное напряжение и истинное напряжение практически одинаковы в линейно-упругой области кривой напряжения-деформации.Поскольку инженеры обычно работают в этой линейно-упругой области (редко проектируют конструкцию, которая предназначена для работы за пределами предела упругости), допустимо работать с инженерным напряжением, а не с истинным напряжением.

Техническая деформация – это изменение длины, деленное на исходную длину: ε = ΔL / L 0 . Вместо того, чтобы просто рассчитывать одно значение ΔL, примите во внимание, что изменение длины делится на множество небольших приращений, ΔL j .Деформация также рассчитывается с небольшими приращениями: ε j = ΔL j / L j , где ΔL j – изменение длины на приращение, а L j – длина в начале приращение. Когда эти приращения становятся бесконечно малыми, сумма деформаций приближается к истинной деформации:

Если предположить, что объем постоянный на протяжении всего прогиба, то истинное напряжение и деформацию можно рассчитать как:

Истинное напряжение:
Истинная деформация:

где и – истинные напряжения и деформации, а σ и ε – инженерные напряжения и деформации.

Закон Гука

Ниже предела пропорциональности кривой напряжение-деформация зависимость между напряжением и деформацией является линейной. Наклон этого линейного участка кривой зависимости напряжения от деформации равен модулю упругости , E, также называемому модулем Юнга и модулем упругости . Закон Гука выражает взаимосвязь между модулем упругости, напряжением и деформацией в материале в линейной области:

σ = E ε

где σ – величина напряжения, а ε – величина деформации.

Закон Гука при сдвиге

Закон Гука также имеет форму, касающуюся касательных напряжений и деформаций:

τ = G γ

где τ – значение напряжения сдвига, γ – значение деформации сдвига, G – модуль упругости при сдвиге. Модуль упругости и модуль сдвига связаны соотношением:

где ν – коэффициент Пуассона.

Более подробную информацию о законе Гука можно найти здесь.

Коэффициент Пуассона

Когда к материалу прилагается нагрузка, он удлиняется, и площадь поперечного сечения уменьшается.Это уменьшение площади поперечного сечения называется поперечной деформацией , и оно связано с осевой деформацией коэффициентом Пуассона , ν. Для круглого образца это уменьшение площади реализуется как уменьшение диаметра, а коэффициент Пуассона рассчитывается как:

Коэффициент Пуассона

применяется только в упругой области кривой зависимости напряжения от деформации и обычно составляет около 0,3 для большинства металлов. Теоретический максимальный предел коэффициента Пуассона составляет 0,5.



Деформационное упрочнение

После того, как материал поддается пластической деформации, он начинает подвергаться высокой скорости пластической деформации.Как только материал поддается, он начинает деформироваться, что увеличивает прочность материала. На приведенных ниже кривых “напряжение-деформация” видно, что прочность материала увеличивается между пределом текучести Y и пределом прочности в точке U. Это увеличение прочности является результатом деформационного упрочнения.

Пластичный материал на рисунке ниже все еще способен выдерживать нагрузку даже после достижения предельной прочности. Однако после достижения предела прочности в точке U увеличение прочности за счет деформационного упрочнения опережает снижение несущей способности из-за уменьшения площади поперечного сечения.Между пределом прочности в точке U и точкой разрушения F инженерная прочность материала уменьшается и возникает образование шейки.

На приведенной ниже кривой напряжение-деформация для хрупкого материала показана очень небольшая область деформационного упрочнения между пределом текучести Y и пределом прочности U. Однако обратите внимание, что хрупкий материал на самом деле может не демонстрировать никаких свойств текучести или деформационного упрочнения вообще. – в этом случае материал выйдет из строя на линейном участке кривой.Это чаще встречается в таких материалах, как керамика или бетон.

Поскольку область деформационного упрочнения возникает между пределом текучести и пределом прочности, отношение предела прочности к пределу текучести иногда используется как мера степени деформационного упрочнения материала. Это соотношение представляет собой коэффициент деформационного упрочнения :

Коэффициент деформационного упрочнения = S tu / S ty

Согласно Доулингу, типичные значения коэффициента деформационного упрочнения в металлах составляют примерно от 1.2 к 1.4.

Если материал нагружен сверх предела упругости, он подвергнется остаточной деформации. После разгрузки материала упругая деформация восстановится (вернется к нулю), но пластическая деформация останется.

На рисунке ниже показана кривая напряжения-деформации материала, который был нагружен за пределом текучести, Y. При первом нагружении материала напряжение и деформация следовали кривой OY-Y ‘, а затем нагрузка была снята после напряжение достигло точки Y ‘.Поскольку материал был нагружен за пределом упругости, восстанавливается только упругая часть деформации – теперь в материале есть некоторая постоянная деформация. Если материал будет загружен снова, он будет следовать линии O’-Y’-F, где O’-Y ‘- предыдущая линия разгрузки. Точка Y ‘- это новый предел текучести. Обратите внимание, что линия O’-Y ‘является линейной с наклоном, равным модулю упругости, а точка Y’ имеет более высокое значение напряжения, чем точка Y. Следовательно, теперь материал имеет более высокий предел текучести, чем был ранее, что является результатом деформационного упрочнения, произошедшего при нагружении материала сверх предела упругости.

Благодаря деформационному упрочнению материал теперь имеет большую эластичную область и более высокий предел текучести, но его пластичность была снижена (деформация между точками Y’-F меньше, чем деформация между точками Y-F).

Упругая и пластическая деформация

До предела упругости деформация материала также является упругой и будет восстанавливаться при снятии нагрузки, так что материал возвращается к своей исходной длине. Однако, если материал нагружен сверх предела упругости, в материале будет возникать остаточная деформация, которую также называют пластической деформацией.

На рисунке выше в материале присутствуют как упругие, так и пластические деформации. Если нагрузка снимается в указанной точке (σ, ε), напряжение и деформация в материале будут следовать линии разгрузки, как показано. Упругая деформация и пластическая деформация указаны на рисунке и рассчитываются как:

Упругая деформация: ε e = σ / E
Пластиковая деформация: ε p = ε – ε e

где σ – напряжение в указанной точке, ε – деформация в указанной точке, а E – модуль упругости.

Пластичность

Пластичность – это показатель того, сколько пластической деформации может выдержать материал, прежде чем он сломается. Пластичный материал может выдерживать большие деформации даже после того, как он начал деформироваться. Общие меры пластичности включают -процентное удлинение и уменьшение площади , как описано в этом разделе.

После разрушения образца во время испытания на растяжение измеряется окончательная длина образца и рассчитывается пластическая деформация при разрыве, также известная как деформация при разрыве :

где L f – конечная длина образца после разрыва, а L o – начальная длина образца.Важно отметить, что после разрушения образца упругая деформация, которая существовала, когда образец находился под нагрузкой, восстанавливается, поэтому измеренная разница между конечной и начальной длинами дает пластической деформации при разрушении. Это показано на рисунке ниже:

На рисунке видно, что пластическая деформация при разрушении, ε f , представляет собой деформацию, остающуюся в материале после восстановления упругой деформации. Предел деформации, ε u , представляет собой полную деформацию при разрушении (пластическая деформация плюс упругая деформация).

Относительное удлинение % рассчитывается исходя из пластической деформации при разрушении по формуле:

Относительное удлинение в процентах – это обычно предоставляемое свойство материала, поэтому пластическая деформация при разрушении обычно рассчитывается как процентное удлинение:

ε f = eL / 100%

Предел деформации учитывает как пластическую, так и упругую деформацию при разрушении:

ε u = ε f & plus; S tu / E

Еще одно важное свойство материала, которое может быть измерено во время испытания на растяжение, – это уменьшение площади на , которое рассчитывается по формуле:

Помните, что относительное удлинение и уменьшение площади составляют пластиковые компоненты осевой деформации и поперечной деформации соответственно.



Пластичные и хрупкие материалы

Пластичный материал может выдерживать большие деформации даже после того, как он начал деформироваться, в то время как хрупкий материал может выдерживать небольшую пластическую деформацию или вообще не выдерживать ее. На рисунке ниже показаны типичные кривые напряжения-деформации для пластичного и хрупкого материалов.

На рисунке выше видно, что пластичный материал значительно деформируется до точки разрушения F.Между пределом текучести в точке Y и пределом прочности в точке U, где материал подвергается деформационному упрочнению, существует длинная область. Также существует длинная область между пределом прочности в точке U и точкой разрушения F, в которой площадь поперечного сечения материала быстро уменьшается и возникает образование шейки.

На рисунке выше видно, что хрупкий материал разрушается вскоре после достижения предела текучести. Кроме того, предел прочности совпадает с точкой разрушения.В этом случае шейки не происходит.

Поскольку площадь под кривой зависимости напряжения от деформации для пластичного материала выше, чем площадь под кривой зависимости напряжения от деформации для хрупкого материала, пластичный материал имеет более высокий модуль вязкости – он может поглощать гораздо больше энергии деформации перед тем, как перерывы. Кроме того, поскольку пластичный материал сильно деформируется перед тем, как сломаться, его прогиб перед разрушением будет очень высоким. Таким образом, будет визуально очевидно, что сбой неизбежен, и можно предпринять действия для разрешения ситуации до того, как произойдет катастрофа.

Типичная кривая напряжения-деформации для хрупкого материала показана ниже. Эта кривая показывает напряжение и деформацию как для растягивающей, так и для сжимающей нагрузки. Обратите внимание на то, что материал намного более устойчив к сжатию, чем к растяжению, как с точки зрения напряжения, которое он может выдержать, так и с точки зрения деформации перед разрушением. Это типично для хрупкого материала.


Энергия деформации

Когда к материалу прикладывается сила, он деформируется и накапливает потенциальную энергию, как пружина.Энергия деформации (то есть количество потенциальной энергии, накопленной из-за деформации) равна работе, затрачиваемой на деформацию материала. Полная энергия деформации соответствует площади под кривой прогиба нагрузки и имеет единицы дюйм-фунт-сила в обычных единицах США и Н-м в единицах СИ. Энергия упругой деформации может быть восстановлена, поэтому, если деформация остается в пределах упругости, то вся энергия деформации может быть восстановлена.

Энергия деформации рассчитывается как:

Общая форма: U = Работа = ∫ F dL (площадь под кривой нагрузки-прогиб)
В пределах предела упругости: (площадь под кривой нагрузки-прогиб)
(потенциальная энергия пружины)

Обратите внимание, что есть два уравнения для энергии деформации в пределах упругого предела.Первое уравнение основано на площади под кривой прогиба нагрузки. Второе уравнение основано на уравнении для потенциальной энергии, запасенной в пружине. Оба уравнения дают один и тот же результат, просто они выводятся несколько по-разному.

Плотность энергии деформации

Иногда удобнее работать с плотностью энергии деформации , которая представляет собой энергию деформации на единицу объема. Это равно площади под диаграммой растяжения:

где пределы в приведенном выше интеграле – от деформации от 0 до ε app , которая представляет собой деформацию, существующую в загружаемом материале.

Обратите внимание, что единицы измерения плотности энергии деформации – фунты на квадратный дюйм в обычных единицах США и Па в единицах СИ.

Модуль упругости

Модуль упругости – это величина энергии деформации на единицу объема (т.е. плотность энергии деформации), которую материал может поглотить без остаточной деформации. Модуль упругости рассчитывается как площадь под кривой зависимости напряжения от деформации до предела упругости. Однако, поскольку предел упругости и предел текучести обычно очень близки, упругость может быть аппроксимирована как площадь под кривой зависимости напряжения от деформации до предела текучести.Поскольку кривая напряжения-деформации почти линейна до предела упругости, эта область имеет треугольную форму.

Модуль упругости рассчитывается как:

общая форма
треугольная форма

где σ el и ε el – напряжение и деформация на пределе упругости, S ty – предел текучести при растяжении, а E – модуль упругости.

Обратите внимание, что единицы модуля упругости совпадают с единицами измерения плотности энергии деформации: фунты на квадратный дюйм в обычных единицах США и Па в единицах СИ.

Модуль упругости

Модуль упругости – это количество энергии деформации на единицу объема (т. Е. Плотность энергии деформации), которую материал может поглотить непосредственно перед разрушением. Модуль ударной вязкости рассчитывается как площадь под кривой зависимости напряжения от деформации до точки разрушения.

Точный расчет общей площади под кривой зависимости напряжения от деформации для определения модуля вязкости в некоторой степени затруднен. Однако можно сделать грубое приближение, разделив кривую зависимости напряжения от деформации на треугольное и прямоугольное сечения, как показано на рисунке ниже. Высота секций равна среднему значению предела текучести и предела прочности.

Модуль ударной вязкости можно приблизительно рассчитать как:

где S ty – предел текучести при растяжении, S tu – предел прочности при растяжении, ε y – деформация при текучести, ε u – предельная деформация (общая деформация при разрушении), а E – модуль упругости.

Более точный расчет модуля ударной вязкости может быть выполнен с помощью уравнения Рамберга-Осгуда для аппроксимации кривой зависимости напряжения от деформации и последующего интегрирования площади под кривой.

Следует отметить, насколько сильно площадь под пластическим участком кривой зависимости напряжения от деформации (то есть прямоугольный участок) влияет на ударную вязкость материала. Поскольку пластичный материал может выдерживать гораздо большую пластическую деформацию, чем хрупкий материал, пластичный материал, следовательно, будет иметь более высокий модуль ударной вязкости, чем хрупкий материал с тем же пределом текучести.Несмотря на то, что конструкции обычно предназначены для удержания напряжений в упругой области, пластичный материал с более высоким модулем ударной вязкости лучше подходит для приложений, в которых может произойти случайная перегрузка.

Обратите внимание, что единицы измерения модуля ударной вязкости такие же, как и единицы плотности энергии деформации: фунты на квадратный дюйм в обычных единицах США и Па в единицах СИ.



Аппроксимация кривой напряжения-деформации

Кривые напряжения-деформации для материалов обычно необходимы; однако без репрезентативных данных испытаний необходимо приблизить кривую.Уравнение Рамберга-Осгуда можно использовать для аппроксимации кривой напряжения-деформации для материала, зная только предел текучести, предел прочности, модуль упругости и относительное удлинение материала (все из которых являются общими и легко доступными свойствами).

Уравнение Рамберга-Осгуда для полной деформации (упругой и пластической) как функции напряжения:

где σ – величина напряжения, E – модуль упругости материала, S ty – предел текучести материала при растяжении, а n – показатель деформационного упрочнения материала, который может быть рассчитан на основе известных свойств материала как показано далее в этом разделе. (Примечание 1)

Объяснение вывода уравнения Рамберга-Осгуда дается в следующих разделах.

Уравнение Рамберга-Осгуда

Рамберг и Осгуд предложили соотношение, которое часто используется для аппроксимации кривой напряжения-деформации для материала. Эта зависимость является экспоненциальной и используется для описания пластической деформации в материале. Кривая напряжения-деформации в пластической области может быть аппроксимирована следующим образом:

σ = H ε p n & xrArr;

где в приведенном выше уравнении ε p – пластическая деформация, H – коэффициент прочности , с теми же единицами, что и напряжение, и n – показатель упрочнения , и не имеет единиц измерения.

Упругая деформация материала прямо пропорциональна напряжению:

σ = E ε e & xrArr; ε e = σ / E

где в приведенном выше уравнении ε e – упругая деформация, а E – модуль упругости.

Полная деформация в материале складывается из упругой деформации и пластической деформации:

ε = ε e & plus; ε п & xrArr;

Определение констант для Ramberg-Osgood

Чтобы уравнение Рамберга-Осгуда было полезным, необходимо знать значения констант n и H.Здесь обсуждается, как определить константы для экспоненциального уравнения.

Константы находятся:

где в приведенных выше уравнениях (σ 1 , ε 1 ) и (σ 2 , ε 2 ) соответствуют двум точкам внутри пластической области кривой напряжения-деформации. Теперь задача состоит в том, чтобы найти эти две точки, чтобы можно было вычислить константы.

Если известны предел текучести (S ty ), предел прочности (S tu ), модуль упругости (E) и пластическая деформация при разрушении (ε f ) для материала, то тогда две точки в пластической области могут быть определены (точки текучести и предела), и по этим точкам может быть рассчитана кривая пластической области.Помните, что пластическая деформация при разрушении может быть рассчитана из относительного удлинения, eL, по формуле ε f = eL / 100%. К счастью, все эти свойства общеизвестны для материала.

Важно отметить, что уравнение кривой пластической области, σ = H ε p n , зависит от пластической деформации, поэтому нам нужно будет определить значения пластической деформации для двух представляющих интерес точек. Пластическую деформацию можно рассчитать из общей деформации, используя:

ε p = ε – ε e = ε – σ / E

где в приведенном выше уравнении ε – полная деформация, а ε e – упругая деформация.

Приведенная ниже таблица используется для определения предела текучести и предельного значения:

Напряжение, σ Полная деформация, ε Упругая деформация, ε e Пластическая деформация, ε p
Предел текучести: S ty S ty / E + 0,002 S ty / E 0,002
Конечная точка: S tu S tu / E + ε f S tu / E ε f

Обратите внимание, что при определении деформации в пределе текучести пластическая деформация равна 0.002 предполагалось. Это соответствует методу смещения 0,2%, как описано ранее. Это предположение необходимо для того, чтобы поместить предел текучести в пластический участок кривой. Из приведенной выше таблицы видно, что предел текучести и предел в пластической области определяются по формуле:

Предел текучести: (S ty , 0,002)
Конечная точка: (S tu , ε f )

По двум точкам в пластической области кривой можно вычислить константы n и H для уравнения Рамберга-Осгуда.Показатель деформационного упрочнения n рассчитывается как: (Примечание 1)

Значение H рассчитывается с использованием предела текучести (S ty , 0,002) в качестве точки отсчета, хотя подойдет любая точка:

Теперь, когда константы n и H определены, уравнение для полной деформации как функции напряжения известно:

Приведенное выше уравнение можно упростить, подставив выражение для H. Окончательное уравнение для полной деформации как функции напряжения:


PDH Classroom предлагает курс повышения квалификации, основанный на этой справочной странице о механических свойствах материалов.Этот курс можно использовать для выполнения требований к кредитам PDH для поддержания вашей лицензии PE.

Теперь, когда вы прочитали эту справочную страницу, получите за нее кредит!


Банкноты


Примечание 1: Показатель деформационного упрочнения в уравнении Рамберга-Осгуда

Показатель деформационного упрочнения, обозначенный n, не следует путать с параметром Рамберга-Осгуда, который также обозначается n. Эти два параметра являются взаимными, что только усугубляет путаницу.Мы используем показатель деформационного упрочнения в уравнении Рамберга-Осгуда, а не параметр Рамберга-Осгуда. Причина, по которой мы используем показатель деформационного упрочнения, заключается в том, что это общее свойство материала, которое полезно вне контекста уравнения Рамберга-Осгуда.


Список литературы

Общие ссылки:

  1. Будинас-Нисбетт, “Машиностроительный проект Шигли”, 8-е изд.
  2. Доулинг, Норман Э., “Механическое поведение материалов: инженерные методы деформации, разрушения и усталости”, 3-е изд.
  3. Гир, Джеймс М., “Механика материалов”, 6-е изд.
  4. Хиббелер, Рассел К., “Механика материалов”, 10-е изд.
  5. Линдебург, Майкл Р., “Справочное руководство по машиностроению для экзамена на физическую форму”, 13-е изд.

Спецификации и стандарты:

  1. ASTM E8, «Стандартные методы испытаний металлических материалов на растяжение», Американское общество испытаний и материалов, 2011 г.

Предел текучести пластмасс – основные принципы, испытание на растяжение и таблица свойств материала

Предел текучести – одно из важнейших свойств материала, о котором необходимо знать. Об этом должен знать каждый инженер-механик.

Почему одни пластмассы разрушаются чисто, а другие деформируются и удлиняются, прежде чем разрушиться? Это частый вопрос и важное явление, которое необходимо понять. Предел текучести пластмасс имеет ключевое значение.

Многие пластмассы используются для замены металлов, и очень важно понимать соотношение прочности и плотности.Пластмассы обычно намного менее плотны, чем металлы, что способствует повышению механической эффективности и снижению энергетической нагрузки, но необходимо понимать прочность пластика. Самый распространенный способ измерения предела текучести пластмасс – это испытание на растяжение. Испытание на растяжение обычно регулируется стандартами, и два наиболее распространенных в пластмассовой промышленности – это ASTM D638 и ISO 527.

Испытание на растяжение

В ходе испытания измеряется сила как функция деформации, прилагаемой к пластиковому образцу.Пример тестовой установки показан ниже:

С помощью этого теста можно определить многие важные механические свойства. График, показывающий общую кривую напряжения-деформации для пластического материала, показан ниже:

Изображение любезно предоставлено Breakdown с Wikimedia Commons

Важные термины

  • Модуль Юнга – это наклон линейного участка кривой. Другой термин – модуль упругости; это количественный способ описания линейного упругого поведения материала.Единицы измерения обычно выражаются в паскалях (Па) или фунтах на дюйм (psi).
  • Предел текучести – Предел текучести пластика – это предел пластической деформации материала. До достижения предела текучести материал будет действовать упруго, что означает, что если деформация прекратится в любой точке упругой части, материал вернется к своей исходной длине. Как только предел текучести пластика будет достигнут, материал не вернется к своей исходной длине и будет деформироваться.Единицы измерения обычно выражаются в паскалях (Па) или фунтах на дюйм (psi).
  • Ultimate Strength – Предел прочности – это максимальное усилие, которое можно приложить. Единицы измерения обычно выражаются в паскалях (Па) или фунтах на дюйм (psi).
  • Fracture – точка, в которой материал рвется.
  • Деформационное упрочнение – Это область, где материал испытывает некоторую деформацию, но может получить дополнительное напряжение без ослабления.
  • Сужение – Это область, в которой материал выдержал предел прочности и существенно не деформируется, и визуально наблюдается при уменьшении площади поперечного сечения образца.

Предел текучести пластмасс в механической конструкции

Ключевым свойством конструкторов-механиков, использующих пластмассы, является предел текучести, но следует упомянуть ключевую оговорку. Казалось бы, предел текучести будет именно там, где пластик становится неупругим. В действительности, из-за молекулярных связей материал иногда может вернуться к своей исходной длине после некоторой части неупругой деформации. Поэтому очень часто отмечают предел текучести при определенной скорости деформации, когда 0.2% – самый стандартный.

Итак, понимание механического предела текучести имеет первостепенное значение при проектировании с использованием пластмасс или других материалов из-за предсказуемости материала. До предела текучести свойства вполне предсказуемы, но после этого предела текучести свойства становятся более изменчивыми, и уверенность в предсказуемости значительно снижается. Другой ключевой момент заключается в том, что некоторые пластмассы НЕ имеют предела текучести. Некоторые пластмассы деформируются только хрупко, что означает, что их деформация является линейно упругой, и при достижении максимальной прочности материал «разрушается».Это наблюдается в некоторых компаундированных продуктах (наполнители / добавки / неорганические материалы) и некоторых материалах с очень высоким модулем упругости. Этот тип разрушения наблюдается и в композитах.

Предел текучести пластмасс таблица

В таблице ниже приводится сравнение различных пластиков и других интересующих материалов:

Материал Предел текучести (МПа)
Полипропилен 12-43
Нейлон 6,6 45
Полиэтилен высокой плотности 26-33
Поливинилхлорид 55
Поливинилиденфторид 48
ASTM A36 Сталь 250
Кожа человека 15
Кость 104-121
Алмаз 1600
Медь 70

Сводка

В этой статье дается общее представление о некоторых основных механических свойствах пластмасс, а именно о пределе текучести.Знание физического предела текучести поможет при разработке новых деталей для широкого спектра конечных применений. Пластмассы используются в большем количестве приложений каждый день, поэтому понимание того, как материал будет реагировать в различных средах, будет чрезвычайно полезным для инженерии будущего.

Что такое выход материалов? Предел текучести, предел текучести и предел текучести – материаловедение и инженерия

Вы когда-нибудь сгибали скрепку и замечали, как она отскакивает? Но когда вы сгибаете его дальше, скрепки остаются постоянно изогнутыми? Предел текучести определяет максимальное расстояние, на которое можно согнуть скрепку без постоянного изменения ее формы.

Предел текучести – это граница между упругой деформацией и пластической деформацией . До предела текучести материал изгибается за счет растяжения атомных связей. За пределом текучести атомы растянулись до предела, и дальнейшая деформация происходит из-за того, что атомы движутся мимо друг друга. На кривой “напряжение-деформация” предел текучести – это точка, в которой кривая больше не прямая.

В этой статье вы узнаете все о пределе текучести, почему он важен, как его определить, как его изменить, а также о некоторых значениях предела текучести для обычных материалов.

Почему так важен предел текучести?

Предел текучести указывает инженерам предел текучести и предел текучести .

Предел текучести – это максимальное усилие, которое материал может выдержать без необратимых повреждений. Если приложение не предназначено для использования только один раз, максимальная сила, с которой может быть использован материал, определяется пределом текучести.

Для инженерных приложений «конструкции с ограничением прочности» инженерам необходимо знать предел текучести.

Точно так же предел текучести может определить, как далеко может изгибаться материал, прежде чем он получит необратимое повреждение. Если вы хотите использовать пружину для чего-то, вы должны поместить пружину в положение, при котором она не сможет растянуться выше предела текучести.

Предел текучести – это также точка, в которой деформация материала переключается с растяжения атомной связи на движение дислокации (подробнее об этом позже). До предела текучести объем твердого тела фактически не сохраняется.

Как определить предел текучести на кривой напряжение-деформация

Кривая напряжения-деформации является наиболее важной диаграммой механических свойств.Эта кривая связывает силу (напряжение) с тем, насколько материал перемещается (деформация). Если вы никогда раньше не слышали о кривой напряжение-деформация, я рекомендую вам прочитать эту статью, которая всесторонне освещает эту тему.

Однако, если вы просто хотите освежиться, вот один в сворачиваемом тексте:

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о кривой «напряжение-деформация»

Деформация, или степень растяжения материала, отображается на оси абсцисс. Напряжение или приложенная сила отображается на оси ординат.По мере того как материал растягивается, сначала сила, необходимая для его растяжения, увеличивается линейно. Наклон этой линейной линии составляет Модуль Юнга .

В какой-то момент (мы называем эту точку пределом текучести ) взаимосвязь перестает быть линейной. Сила продолжает увеличиваться из-за деформационного упрочнения , но с менее линейной скоростью. В конце концов, стержень становится тонким из-за сужения , и сила, необходимая для продолжения перемещения, фактически уменьшается.

Опять же, более подробное объяснение этого поведения объясняется в другой моей статье, но пока мы собираемся сосредоточиться на пределе текучести между упругим режимом и пластическим режимом .


Упругий режим кривой напряжения-деформации представляет собой прямолинейный участок, где применяется закон Гука. В упругом режиме вся деформация восстанавливается на 100%.

После упругого режима материал постоянно «поддается». Этот режим является пластическим, и если материал деформируется в пластическую область, деформация не восстанавливается полностью.

Предел текучести – это граница между упругим и пластическим режимами.

Ну, технически это также включает смещение на 0,2%. Переход от упругого режима к пластическому не всегда очевиден. Некоторые инженеры могут подумать, что переход происходит сразу, на месте, в то время как другие могут подумать, что это происходит в другом месте. Что делать, если в упругом режиме есть небольшая кривая?

Чтобы избежать неправильного толкования, инженеры определили предел текучести как 0.Смещение 2%.

Чтобы найти эту точку, проведите линию, параллельную модулю Юнга (наклон прямолинейного участка). Переместите эту линию вправо на 0,2% деформации – предел текучести находится там, где эта линия пересекается с кривой напряжения-деформации.

Технически также можно определить «предел пропорциональности» как точное место, на котором кривая отклоняется от закона Гука, но «предел текучести» является гораздо более распространенным показателем.

Значение по оси Y в точке текучести называется пределом текучести или пределом текучести , а значение по оси X в точке текучести называется пределом текучести .

Хотя у большинства материалов есть предел текучести, это не универсальный признак. Керамика имеет предел текучести в том же месте, что и точка разрушения, а полимеры могут вообще не иметь предела текучести.

Верхняя и нижняя точки доходности

В пластичных металлах на кривой “напряжение-деформация” может быть два предела текучести.

Вот одна кривая напряжения-деформации для мягкой стали (я собрал эти данные несколько лет назад).

Первый предел текучести – верхний предел текучести .После этого стресс снижается. Затем идет нижний предел текучести , после которого напряжение может снова возрасти.

Если вы хотите знать, почему существует два предела текучести, я объясню механизмы в следующем разделе.

Что происходит во время урожая

Чтобы понять, что происходит в пределе текучести, вам также необходимо понять, что происходит на атомном уровне в упругом и пластическом режимах.

Для всех твердых тел увеличение напряжения приводит к линейному увеличению деформации (это называется законом Гука ).Эта эластичная область может быть очень маленькой или довольно широкой; однако он существует всегда, потому что все твердые тела состоят из атомов, связанных вместе.

Когда материал сначала вытягивается, атомные связи растягиваются. Они будут вести себя как пружина, поэтому действует закон Гука. В зависимости от прочности атомных связей, кристаллическая структура и другие факторы будут влиять на то, насколько далеко могут растягиваться связи.

Щелкните здесь, чтобы получить краткую информацию о коэффициенте Пуассона

Если вы не знаете, коэффициент Пуассона сообщает вам, насколько сильно материал сожмется в одном направлении, если он расширится в другом направлении.Если твердое тело совершенно несжимаемо, коэффициент Пуассона будет 0,5 (если вы расширите его на 1 см в направлении z, они уменьшатся в направлениях x и y на 0,5 см, чтобы объем оставался постоянным).

Однако большинство материалов имеют коэффициент Пуассона менее 0,5, потому что атомные связи растягиваются, а объем фактически расширяется. Большинство металлов имеют коэффициент Пуассона около 0,25-0,35.

Итак, когда вы тянете материал, он расширяется, потому что атомные связи растягиваются. Если снять напряжение (ниже предела текучести), атомные связи ослабнут, и материал вернет свою первоначальную форму.

В какой-то момент (спойлер: это предел доходности) облигации достигли максимальной эластичности. Теперь узы должны разорваться. В керамике это конец истории. Связи растягиваются до упора, а затем вся керамика разрушается.

В этом случае предел текучести будет таким же, как и предел разрушения.

Однако у металлов есть решение, позволяющее деформироваться даже тогда, когда атомные связи достигли своего предела. Атомы «проскальзывают» друг мимо друга.

Металлическая связь позволяет атомам преобразовывать связи так же легко, как и разрывать связи. В конечном итоге происходит то, что ряды атомов скользят вместе, образуя дислокацию .


В пределе текучести (или верхнем пределе текучести) сила, необходимая для перемещения дислокации, меньше силы, необходимой для растяжения атомных связей, поэтому дислокации перемещаются. Движение дислокации невозможно отменить, поэтому материал постоянно деформируется.

Однако атомные связи все еще растянуты, поэтому материал немного восстановится.

Вот почему, если вы сильно согнете скрепку, даже если она не полностью восстановит свою первоначальную форму, она все равно несколько восстановится. Когда вы убираете силу, движение дислокации не может быть отменено, но связи все равно расслабятся.

Дислокации могут отталкиваться другими дислокациями (или такими вещами, как выделения и границы зерен), поэтому, когда материал продолжает деформироваться после предела текучести, дислокации накапливаются и затрудняют деформацию материала.Это называется деформационным упрочнением .

Если у материала только 1 предел текучести, это означает, что деформационное упрочнение происходит сразу.

Если материал имеет как верхний, так и нижний предел текучести, это означает, что сначала дислокациям не с чем взаимодействовать. Есть более низкий предел текучести и плато текучести. После того, как плотность дислокаций достигает определенного значения, дислокации начинают взаимодействовать друг с другом и происходит деформационное упрочнение.

Факторы, влияющие на урожайность

Есть 4 основных фактора, которые влияют на предел текучести (не считая внешних переменных, таких как температура).

Эти факторы:

  • Деформационное упрочнение
  • Уточнение границ зерен
  • Усиление осадка
  • Укрепление твердого раствора

В какой-то момент мне нужно будет написать полную статью по каждому из этих механизмов, но пока что я дам краткое объяснение.

Предел текучести – это точка, в которой движение дислокации легче, чем растяжение атомной связи. Таким образом, чтобы увеличить предел текучести, вы можете увеличить прочность атомных связей (что на самом деле невозможно без полного изменения материала), или вы можете затруднить движение дислокаций.

Эти 4 механизма упрочнения препятствуют движению дислокаций.

Рабочее упрочнение

Сгибали ли вы скрепку вперед и назад и заметили, что гнуть ее становится все труднее и труднее? Это упрочнение.

Каждый раз, когда вы деформируете материал или «работаете с ним», вы создаете дислокации. Представьте, что вы хотите переместить коврик, берете кусок и скручиваете его по одной петле за раз. Это в значительной степени дислокация.

А теперь представьте, что у вас на коврике 2 петли, идущие в разные стороны.Вы видите, как они сцепляются друг с другом и не дают никому двигаться? Вот почему увеличение количества дислокаций в материале затрудняет перемещение каждой из них на .

Деформационное упрочнение – это когда вы намеренно увеличиваете плотность дислокаций для достижения этого эффекта. Холодная прокатка – очень распространенный пример наклепа.

Уточнение границ зерен

Большинство материалов являются «поликристаллическими», что означает, что они имеют множество различных кристаллических зерен, которые направлены в разные стороны.Поскольку ориентация кристаллов различается между зернами, дислокации должны менять направление каждый раз, когда они перемещаются от одного зерна к другому.

Очень часто дислокации не могут перемещаться от одного зерна к другому, поэтому они просто накапливаются на границах зерен и замедляют движение дислокаций.

Если вы уменьшаете размер каждого зерна, вы увеличиваете количество каждого зерна и, следовательно, увеличиваете скопление дислокаций. Это явление описывается уравнением Холла Петча .

Зерно можно уменьшить закалкой или перекристаллизацией.

Укрепление осадка

Упрочнение осадка работает по тому же принципу, что и измельчение границ зерен. Есть и другие эффекты, но для простоты остановимся на закреплении дислокаций. Осадки – это разные фазы, которые могут присутствовать в основном сплаве.

Когда дислокация ударяется об осадок, поскольку кристаллическая структура / ориентация обычно отличается, дислокация не может пройти через осадок и будет огибать осадок.Небольшие выделения вызывают большее изгибание дислокации, что называется упрочнением по Оровану . Эти выделения могут также создавать новые дислокации через механизм Франк-Рида .

Однако есть также момент, когда, если осадок слишком мал, дислокация может просто его прорезать.

Но большие или маленькие выделения увеличивают предел текучести.

Упрочнение твердым раствором

Упрочнение твердым раствором происходит в любом сплаве.Это означает, что один вид атома растворен в атоме другого типа.

Эти атомы имеют разный размер и разные силы взаимодействия друг с другом. В результате каждый отдельный атом создает небольшую нагрузку на решетку. Эта деформация может затруднить прохождение дислокаций.

Последние мысли

Самая важная точка на кривой зависимости напряжения от деформации – предел текучести. Предел текучести показывает предел текучести и предел текучести.Это дает инженерам границы для материала.

На атомном уровне предел текучести соответствует максимальной «растяжимости» атомных связей и является точкой, где начинается атомное скольжение.

На предел текучести могут влиять деформационное упрочнение, измельчение границ зерен, упрочнение твердого раствора и дисперсное упрочнение.

Ссылки и дополнительная литература

Если вы хотите познакомиться с концепциями напряжения и деформации в материалах, не забудьте прочитать этот пост!

Можете ли вы отличить истинных от инженерных напряжений и деформаций? Прочтите эту статью, чтобы узнать!

Щелкните здесь, чтобы узнать об упругости и модуле Юнга!

формул предела текучести | Sciencing

Обновлено 14 декабря 2020 г.

Грант Д.McKenzie

Для решения проблем, связанных с пределом текучести, инженеры и ученые полагаются на различные формулы, касающиеся механического поведения материалов. Предельное напряжение, будь то растяжение, сжатие, сдвиг или изгиб, – это максимальное напряжение, которое может выдержать материал. Предел текучести – это значение напряжения, при котором происходит пластическая деформация. Трудно определить точное значение предела текучести.

TL; DR (слишком длинный; не читал)

Ряд формул применяется к пределу текучести, включая модуль Юнга, уравнение напряжения, 0.Правило 2-процентного смещения и критерий фон Мизеса.

Модуль Юнга

Модуль Юнга – это наклон упругой части кривой напряжения-деформации для анализируемого материала. Инженеры разрабатывают кривые “напряжение-деформация” путем повторных испытаний образцов материалов и сбора данных. Вычислить модуль Юнга (E) так же просто, как прочитать значение напряжения и деформации с графика и разделить напряжение на деформацию.

Уравнение напряжения

Напряжение (сигма) связано с деформацией (эпсилон) посредством уравнения:

\ sigma = E \ times \ epsilon

Это соотношение действительно только в регионах, где действует закон Гука.Закон Гука гласит, что в эластичном материале присутствует восстанавливающая сила, пропорциональная расстоянию, на которое материал был растянут. Поскольку предел текучести – это точка, в которой происходит пластическая деформация, он отмечает конец диапазона упругости. Используйте это уравнение для оценки значения предела текучести.

Правило смещения 0,2%

Наиболее распространенным инженерным приближением для предела текучести является правило смещения 0,2%. Чтобы применить это правило, предположим, что деформация текучести равна 0.2 процента, и умножьте его на модуль Юнга для вашего материала:

\ sigma = 0,002 \ times E

Чтобы отличить это приближение от других расчетов, инженеры иногда называют это «предел текучести смещения».

Критерии фон Мизеса

Метод смещения действителен для напряжения, возникающего вдоль одной оси, но для некоторых приложений требуется формула, которая может обрабатывать две оси. Для этих задач используйте критерий фон Мизеса:

(\ sigma_1- \ sigma_2) ^ 2 + \ sigma_1 ^ 2 + \ sigma_2 ^ 2 = 2 \ sigma (y)

, где σ 1 = макс. напряжение сдвига, σ 2 = максимальное напряжение сдвига в направлении y и σ (y) = предел текучести.

Что такое предел текучести – предел текучести – определение

Предел текучести или предел текучести – это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести – это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. Предел текучести


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

Предел текучести – предел текучести

Предел текучести – это точка на кривой зависимости напряжения от деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести – это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести – это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. До достижения предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме, когда приложенное напряжение будет снято. После достижения предела текучести некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести.Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для высокопрочных сталей.

Во многих ситуациях предел текучести используется для определения допустимого напряжения, которому может подвергаться материал. Для компонентов, которые должны выдерживать высокое давление, таких как те, которые используются в реакторах с водой под давлением (PWR), этот критерий неадекватен. Чтобы охватить эти ситуации, теория максимального напряжения сдвига разрушения была включена в Кодекс ASME (Американское общество инженеров-механиков) по котлам и сосудам под давлением, раздел III, Правила строительства ядерных сосудов под давлением.Эта теория утверждает, что отказ компонента трубопровода происходит, когда максимальное напряжение сдвига превышает напряжение сдвига в пределе текучести при испытании на растяжение.

Ссылки:

Материаловедение:
  1. Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.
  2. Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам DOE, том 2 и 2. Январь 1993 г.
  3. Уильям Д.Каллистер, Дэвид Дж. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
  4. Эберхарт, Марк (2003). Почему вещи ломаются: понимание мира по его разногласиям. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
  5. Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
  6. Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
  7. Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
  8. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

См. Выше:

Кривая напряжения-деформации

Мы надеемся, что эта статья «Предел текучести – предел текучести » поможет вам.Если это так, даст нам отметку на боковой панели. Основная цель этого сайта – помочь общественности узнать интересную и важную информацию о материалах и их свойствах.

В чем разница? – Diffzi

Результаты любого механического эксперимента показаны с точки зрения напряжения и деформации, поэтому используются такие термины, как предел текучести и предел прочности при растяжении. Основное различие между ними состоит в том, что предел текучести – это сила, необходимая для создания пластической деформации в материале, а предел прочности на разрыв – это сила, необходимая для окончательного разрушения материала.

Реклама – продолжить чтение ниже

Разница между пределом текучести и пределом прочности

Сравнительная таблица

Основание для различения Предел текучести
Предел прочности
Определение Сила, приложенная к объекту, вызывающая пластическую деформацию. Сила, приложенная к объекту для создания необратимого разрушения
Интенсивность Минимальное усилие Максимальное усилие
Процессы Для небольших работ, таких как ковка, фрезерование и прокатка. Для более крупных целей, таких как производство материалов и строительство.
Пример Веревка, Проволока Посуда

Что такое предел текучести?

Это может быть немного сложно с технической точки зрения, поскольку оно рассчитывается только в том случае, когда используемые материалы не показывают точный предел текучести. Это сила, которая прилагается к материалу, и он начинает пластически деформироваться, эта точка известна как предел текучести.Обычно она принимается равной 0,25 от исходной длины, но может меняться в зависимости от факторов. До того момента, когда материал достигнет предела текучести, он всегда будет возвращаться в исходное положение и подвергаться явлению упругости, но как только он достигнет предела текучести, он не может вернуться к своей исходной форме при снятии силы. Если мы посмотрим на это в трехмерной форме, несколько значений пределов текучести будут известны как поверхность текучести. Основная цель определения этого значения – определить предел производительности любого механического элемента.Следует иметь в виду, что это не опасная точка, и материал может работать должным образом и его можно использовать, даже если он достигает предела текучести. Его основное применение в промышленности – выполнение нескольких функций, таких как ковка, прокатка и прессование используемого материала. Как только мы узнаем это значение, материал можно соответствующим образом укрепить и приложить большее усилие. Он также может быть определен другими названиями, такими как истинный предел упругости, предел пропорциональности и сам предел текучести.

Реклама – продолжить чтение ниже

Что такое предел прочности на разрыв?

Когда мы говорим о длине слова, с ним будет ассоциироваться растяжение. Это одно из наиболее известных физических свойств материала, которое использовалось на этом предмете для различных целей. Проще говоря, это может быть определено как величина измеряемой силы, которая требуется, чтобы тянуть что-либо или увеличивать его длину до точки, в которой он сломается. Он также известен как Ultimate Strength. Есть много хороших примеров этого, но основные из них будут каждый раз, когда человек тянет за веревку во время игры в перетягивание каната.Может наступить время, когда веревка может порваться, и количество силы, которое будет использовано для этого, будет называться пределом прочности веревки на разрыв. Каждый материал имеет свой собственный предел прочности на разрыв, но наиболее распространенными из них являются конструкционная сталь с прочностью 400 МПа и алюминий с пределом прочности 455 МПа. Существует очень простой процесс определения значения для этого: предел прочности на разрыв можно рассчитать как изменение длины материала, деленное на исходную длину, а затем сила, приложенная от нуля, даст значение прочности на разрыв.Для большинства материалов это фиксированное значение, поэтому его можно легко увидеть из таблицы, а не вычислить. Это в основном требуется для строительных целей и при производстве продукции в промышленности или для анализа.

Ключевые различия между пределом текучести и пределом прочности на разрыв

  1. Предел текучести – это напряжение, которое прикладывается к материалу для изменения его формы, а предел прочности на разрыв – это величина давления, приложенного к материалу для его разрушения.
  2. Предел текучести – это деформация на 0,25%, вызванная силой, приложенной к исходной длине, а предел прочности – это полная деформация, которая может быть вызвана.
  3. Предел прочности на разрыв можно найти для любого материала, в то время как предел текучести можно рассчитать только для материалов, у которых нет предела текучести.
  4. Основная роль прочности на разрыв заключается в определении значений, позволяющих выполнять промышленные процессы, в то время как основная роль предела текучести – для процессов ковки, прессования и формовки.
  5. Предел текучести – это минимальное количество силы, прилагаемой к объекту, а предел прочности на разрыв – это максимальное количество силы, прилагаемой к объекту.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.