Модулът на еластичност на стоманата: общи понятия, механични свойства

Anonim
Основната задача на инженерното проектиране е избора на оптималната част от профила и материала на конструкцията. Трябва да намерите точно размера, който ще гарантира запазването на формата на системата с минимално възможната маса под влиянието на товара. Например, коя стомана трябва да се използва като лъч на конструкцията? Материалът може да се използва неефективно, инсталацията става по-сложна и структурата става по-тежка, а финансовите разходи се увеличават. На този въпрос ще се отговори с такава концепция като модула на еластичност на стоманата. Той ще позволи на възможно най-ранен етап да избегне появата на тези проблеми.

Общи понятия

Модулът на еластичност (модул на Юнг) е показател за механичните свойства на материала, който характеризира неговата устойчивост на деформация на опън . С други думи, това е стойността на пластичността на материала. Колкото по-високи са стойностите на модула на еластичност, толкова по-малко ще се простира прът при иначе еднакви натоварвания (напречно сечение, величина на натоварване и други).

Модулът на Юнг в теорията на еластичността се обозначава с буквата Д. Тя е съставна част от закона на Хук (за деформацията на еластичните тела). Тази стойност се отнася за напрежението, което възниква в пробата и неговата деформация.

Тази стойност се измерва съгласно стандартната международна система от единици в MPa (Мегапаскали) . Но на практика инженерите са по-склонни да използват измерението kgf / cm2.

Този показател се определя експериментално в научни лаборатории. Същността на този метод е да се счупят образците на материала с форма на гири, на специална техника. След като са разпознали удължението и напрежението, при които пробата се срина, те разделят променливите данни един в друг. Получената стойност е модулът на еластичността (Young).

По този начин се определя само модулът на Янг на еластични материали: мед, стомана и т.н. А крехките материали се компресират до появата на пукнатини: бетон, чугун и други подобни.

Механични свойства

Само при работа в напрежение или компресия (модул на еластичност) на еластичността помага да се отгатне поведението на материала . Но при огъване, рязане, смачкване и други натоварвания ще трябва да въведете допълнителни параметри:

  1. Твърдостта е произведението на напречното сечение на профила по модула на еластичност. С тази стойност може да се прецени пластичността на строителната площадка като цяло, а не за материала поотделно. Единицата за измерване е килограм сила.
  2. Надлъжното удължение е съотношението на абсолютното удължение на материала на пробата към неговата обща дължина. Например, на една лента, чиято дължина е 200 милиметра, е приложена известна сила. В резултат на това тя стана по-къса с 5 мм. В резултат на това удължението ще бъде 0.05. Това количество е безразмерно. За по-удобно възприятие понякога се превръща в проценти.
  3. Страничното удължение се изчислява по същия начин като надлъжното удължение, но вместо дължината се взема диаметърът на пръта. Експериментално беше установено, че за по-голямо количество материал, напречната е по-малка от надлъжното удължение приблизително 4 пъти.
  4. Съотношението на Поасон. Това е съотношението на относителната надлъжна спрямо относителната напречна деформация. С тази стойност е възможно напълно да се опише под влияние на натоварване на промяна във формата.
  5. Модулът на срязване описва еластичните свойства под влиянието на тангенциални свойства върху пробата. С други думи, когато векторът на силата е насочен към повърхността на тялото при 90 градуса. Пример за такива натоварвания е работата на гвоздеи за трошене, нитове за срязване и др. Този параметър е свързан с вискозитета на материала.
  6. Модулът на обема характеризира промяната в обема на пробата за универсално прилагане на равномерно натоварване. Тази стойност е съотношението на общото налягане към общия щам на компресия. Като пример можем да разгледаме материал, потопен във вода, който е повлиян от налягането на течността върху цялата му площ.

В допълнение към горното, заслужава да се отбележи, че някои материали имат различни механични свойства в зависимост от посоката на товара . Такива материали се наричат анизотропни. Примери за това са тъкани, някои видове камък, ламинирани пластмаси, дърво и т.н.

Материалите са изотропни механични свойства и еластичната деформация във всяка посока е еднаква. Такива материали включват метали: алуминий, мед, чугун, стомана и др., Както и каучук, бетон, естествени камъни, непластирани пластмаси.

Модул на еластичност

Заслужава да се отбележи, че тази стойност е променлива. Дори и за един материал, той може да има различно значение в зависимост от точките, в които е приложена силата. Някои пластмасово-еластични материали имат почти постоянна стойност на модула на еластичност при работа както в напрежение, така и при компресия: стомана, алуминий, мед. Има и ситуации, в които тази стойност се измерва с формата на профила.

Някои стойности (стойността е представена в милиони kgf / cm2) :

  1. Алуминий - 0.7.
  2. Дървесина по влакната - 0, 005.
  3. Дървесина по влакната - 0.1.
  4. Бетон - 0.02.
  5. Каменна гранитна зидария - 0.09.
  6. Каменна зидария - 0.03.
  7. Бронз - 1, 00.
  8. Месинг - 1.01.
  9. Сив чугун - 1.16.
  10. Бяло желязо - 1.15.

Разликата в модула на еластичност на стоманите в зависимост от техните марки:

  1. Носещи стомани (SH-15) - 2.1.
  2. Пролет (60С2) и смърт (9ХМФ) - 2.03.
  3. Неръждаема (12Х18Н10Т) - 2.1.
  4. Нисколегирани (40Х, 30ХГСА) - 2.05.
  5. Нормално качество (член 6, член 3) - 2.00.
  6. Висококачествено строителство (45.20) - 2.01.

Тази стойност също варира в зависимост от вида на наема:

  1. Кабел с метална сърцевина - 1.95.
  2. Плетено въже - 1.9.
  3. Тел с висока якост - 2.1.

Както се вижда, отклоненията в стойностите на модула на еластичната деформация на стоманата са незначителни. Поради тази причина повечето инженери, които извършват своите изчисления, пренебрегват грешките и заемат стойност от 2.00.