страница - 43
Глава 2.2
ВИДЫ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Современные машины, агрегаты и приборы эксплуатируют в сложных условиях, характеризуемых широким диапазоном режимов работы, температуры, влажности, давления, уровней радиации, непрерывным ростом нагрузок, скоростей и длительности эксплуатации.
Задача испьггательной техники состоит в том, чтобы максимально приблизить условия испытаний к экстремальным условиям эксплуатации и количественно определить изменение в этих условиях основных свойств, функций и характеристик изделий и материалов.
Виды воздействующих факторов и их значения в зависимости от условий эксплуатации материалов и изделий устанавливаются в стандартах и технических условиях, а для вновь создаваемой продукции - в технических заданиях на их разработку. К основным воздействующим факторам относят механические, климатические, биологические, специальные среды, ионизирующие и электромагнитные излучения.
Испытаниям подвергают образцы, изготовляемые на всех стадиях создания изделия, то есть при НИР и ОКР, поставке изделия на производство и в ходе серийного и массового производств.
Под испытанием на воздействие окружающей среды понимают испытания, проводимые в нормальных условиях, имеющих место обычно в лаборатории или заводском помещении. Такие испытания проводят на предприятиях вследствие их простоты и низкой себестоимости.
Под испытаниями на воздействие внешних факторов или особых условий подразумевают испытания, при которых изделие и материалы подвергаются воздействию факторов, не относящихся к нормальным окружающим условиям.
Изделия серийного и массового производств испытьшают периодически, через определенный срок или после выпуска определенной партии изделий в зависимости от группы исполнения, стабильности производства и конструкторско-технологических особенностей изделия. При проведении испытаний через определенный срок периодичность выбирают из ряда 1, 3, 6, 12, 18, 24 месяцев. Периодичность испытаний определяется технологическим процессом изготовления, качеством основных материалов, обусловливающих стойкость к воздействию внешних факторов, а также вводимыми изменениями конструкции изделия.
Необходимость проведения различных испытаний на одних и тех же образцах и последовательность проведения испытаний в этом случае устанавливается соответствующей документацией.
Механические воздействия представляют собой статические, вибрационные и ударные «агрузки, линейные ускорения и акустический шум. Они вызывают разрушения вследствие растяжения, сжатия, изгиба, кручения, среза, вдавливания и усталости материала изделий.
Изделия, представленные для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, должны быть прочными и устойчивыми для воздействия этих нагрузок. Изделия, не представленные для функционирования в условиях воздействия механических нагрузок, должны быть только прочными при воздействии этих нагрузок.
Прочность к воздействию механических факторов - это способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм после воздействия механических факторов.
Устойчивость к воздействию механических факторов - это способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм во время воздействия механических факторов.
Основные параметры, подлежащие контролю, в большинстве случаев характеризуют механические свойства материалов - прочность, эластичность, твердость, ударную вязкость и выносливость.
Физический предел упругости <JX ~ максимальное напряжение, до которого металл деформируется без остаточных деформаций.
Условный предел упругости аусл - максимальное напряжение, при котором в металле появляются остаточные деформации наперед заданной величины (обычно 0,05 %, допускается до 0,005 %); обозначается соответственно
ст0,05 и™ ст0,005-
Физический предел пропорциональности сТпц - максимальное напряжение, до которого между напряжениями и деформациями в металле сохраняется прямая зависимость, то есть когда равным приращениям напряжений или нагрузок соответствуют равные приращения деформаций металла.
Условный предел пропорциональности
стпц.усл. " максимальное напряжение, при
котором отклонение от линейной зависимости деформаций от напряжений соответствует наперед заданной величине (увеличению тангенса угла наклона прямолинейного участка кривой деформации к оси напряжений на 10, 25 или 50%); обозначается соответственно
апц10 J <*пц25 J апц50-
Физический предел текучести о~т - максимальное напряжение, при котором металл пластически деформируется без увеличения нагрузки (т.е. "течет").
Условный предел текучести а0 2 механическое напряжение, при котором остаточная деформация металла достигает наперед заданной величины (обычно 0,2 %); допускается иная величина остаточной деформации, например а о }.
Предел прочности ав (или временное сопротивление) - напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, приложенной к образцу (или максимальное напряжение, выдерживаемое образцом).
Сопротивление разрушению (или истинное сопротивление разрыву) - напряжение, действующее в образце в момент его разрушения (разрыва).
Свойство металлов и сплавов пластически деформироваться принято оценивать относительным удлинением 5 (%) и относительным сужением \у (%) после разрыва.
Под относительным удлинением понимают абсолютное увеличение длины образца после разрыва, отнесенное к его первоначальной длине. Под относительным сужением -абсолютное уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва, отнесенное к его первоначальной площади.
Твердость металлов и сплавов - мера сопротивления их пластической деформации. Она связана в определенной степени (для некоторых сплавов) с характеристиками прочности, пластичности или разрушения.
Ударная вязкость характеризует динамическую прочность металлов и сплавов, то есть их способность сопротивляться разрушению при динамическом положении нагрузок.
Выносливость металла - способность сопротивляться действию циклических нагрузок. Она характеризуется пределом выносливости, под которым понимают наибольшее напряжение, которое может выдерживать материал без разрушения заданное число циклов нагруже-ния.
В общем случае все механические свойства изделий тесно связаны с механическими свойствами материалов, из которых изготовлены узлы и детали, особенностями конструкций и условиями нагружения.
Под действием внешних нагрузок все материалы претерпевают деформации, либо исчезающие после удаления нагрузки (упругие), либо остающиеся после прекращения воздействия на материал внешних нагрузок (остаточные).
Основными видами разрушения являются: отрыв - разрушение отрыва под действием
растягивающих напряжений или удлинений; срез - разрушение вследствие среза под действием касательных напряжений и излом.
Наиболее часто встречающийся вид нагрузки - растяжение. Испытания на растяжение - основной и наиболее распространенный метод исследования и контроля механических свойств материалов. Их используют при разработке новых материалов, для оценки однородности свойств металла различных плавок и полуфабрикатов, идентичности режимов термической обработки деталей и т.д. Они позволяют определить количественно апц, ст005,
а02 и ат, ав, 5 и \/. Можно определять также и модуль упругости Д коэффициент Пуассона р и другие важные характеристики конструкционных материалов. При испытаниях на растяжение строят диаграммы "нагрузка Р - приращение длины А?\ Испытания на растяжение служат для исследования поведения материала при одноосном нагруже-нии, когда растягивающая нагрузка (до 108 Н и более) равномерно распределена по всему сечению образца.
Определенные материалы, особенно строительные (кирпич, бетон, древесина, камень), малопластичные материалы (чугун, инструментальные стали и др.) в процессе эксплуатации подвергаются сжатию. Испытания, при которых изучают поведение материала при одноосном сжатии, можно рассматривать как обратные испытания на растяжение. Большое практическое значение имеют случаи неравномерного трехосного сжатия, при которых величины главных напряжении одинаковы. Нагрузки при испытаниях на сжатие достигают 108 Н. При испытаниях на сжатие определяют следующие механические характеристики материалов: модуль нормальной упругости Еж °гщ> ст0,2> °в и относительное сужение Л.
Скорость испытаний на сжатие устанавливают в тех же пределах, что и при испытаниях на растяжение. При сжатии предельной силой проводят испытания на устойчивость тонкостенных элементов - стоек, профилей, труб и т.п. Испытания проводят при однократном и длительном сжатии до разрушения (потери устойчивости) или до достижения определенной степени деформации. В момент выпучивания стержня, когда прогиб растет без заметного увеличения нагрузки, определяют критическое напряжение потери устойчивости стержня
где РКр- критическая сила; F - площадь поперечного сечения стержня.
При длительных статических испытаниях на устойчивость строят кривые "напряжение -время" и "деформация - время", оценивая устойчивость стержня по значению критического времени, в течение которого стержень под действием некоторого постоянного напряжения сохраняет несущую способность.
Изгиб используется для определения механических свойств хрупких и малопластичных при растяжении материалов, чувствительных к перекосу. Исходной кривой служит диаграмма "нагрузка - изгиб", по которой определяют пределы пропорциональности ащ и, упругости Оусл. и» прочности ов. и и текучести оод и-Применяют два способа испытаний на изгиб -с нагружением образца через жесткую траверсу двумя одинаковыми силами, приложенными на одинаковых расстояниях от опор (чистый изгиб), и с нагружением сосредоточенной силой, приложенной к середине пролета образца между опорами. Изгибное нагружение вызывает неравномерное распределение напряжений по сечению образца.
При изгибе образца с симметричным поперечным сечением на одной его стороне возникают растягивающие, а на противоположной - сжимающие напряжения. Напряжения увеличиваются по мере удаления в обе стороны от нейтральной оси, где они равны нулю, и достигают максимальных значений на наружных сторонах образца. Если напряжения достигают при этом предела текучести, то наступает пластическое течение. Нагрузка при испытаниях на изгиб достигает 108 Н.
Кручение - нагрузка, испытываемая деталями, передающими крутящий момент. На кручение, как правило, испытывают цилиндрические образцы сплошного, реже трубчатого сечения, иногда квадратной или иной формы сечения. Предельный крутящий момент при испытаниях на кручение достигает 6000 Н • м. При кручении в поперечных и продольных сечениях образца, проходящих через его ось, действуют только касательные напряжения, наибольшие по поверхности. В сечениях, наклоненных к оси, возникают нормальные напряжения (растягивающие - в одном направлении и сжимающие - в перпендикулярном ему); наибольшие, главные (нормальные) напряжения действуют у поверхности по площадкам, наклоненным под углом 45° к оси, где они равны наибольшим касательным напряжениям. Различно ориентированные при кручении плоскости действия наибольших касательных и нормальных напряжений позволяют различать разрушения от среза и от отрыва.
При испытаниях на кручение строят диаграмму в координатах "момент кручения М -относительный угол закручивания 0" [0 = ф//0 , ще ф - угол закручивания (рад), определяемый как разность углов закручива-
ния крайних сечений рабочей длины Iq образца] или в координатах "момент кручения -относительный максимальный сдвиг Ymax"
(Ymax = 0- \ d - диаметр образца). Кручение
вызывает неравномерное распределение напряжений по сечению образца уже в упругой области. Переход в упругопластическую область происходит неодновременно по всему сечению. Пластически деформированная зона возникает у поверхности образца и распространяется к центру по мере роста крутящего момента.
При штамповке, пробивке отверстий, продавливании и других технологических операциях используют срезающие нагрузки, которые приводят к срезу образцов и материалов в плоскости поперечного их сечения. Разрушение путем среза может наблюдаться у всех металлических монокристаллов после предшествующей пластической деформации. Многие процессы разрушения в технике и при резании, износе, царапании и т.д. представляют собой многократное разрушение путем среза.
Условное сопротивление срезу определяют по формулам:
2Р
тср =-у - при испытании на двой-
%d
ной срез в приспособлении типа вилка - проушина;
4Р
тхр =-г- - при испытании на оди-
%d
нарный срез (Р - максимальная нагрузка на срезе; d - начальный диаметр образца). Для отожженных сталей и сплавов
-сср =0,7ств;
для высокопрочных и среднепрочных сталей
ткр «(0,6 + 0,65) ав; для алюминиевых и магниевых сплавов
хср *0,5ав.
Истинное сопротивление срезу определяют по формуле
где Рх - разрушающая нагрузка при испытании; Fc р - фактическая площадь среза в сечении образца после испытания.
Обычно условное сопротивление срезу ниже истинного на 10 - 15 %.
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]