Įvadas
Inžinerijoje medžiagas veikia įvairių tipų apkrovos. Apkrovas, kuriomis gali būti veikiamos medžiagos, galima išvardyti kaip tempimo, gniuždymo, lenkimo, kirpimo ar sukimo. Kartu šios apkrovos gali skirtis statiškai arba dinamiškai. Medžiagai gali tekti atlaikyti vieną ar kelias iš šių apkrovų vienu metu. Tokiu atveju būtina žinoti, kokią medžiagą kokiomis sąlygomis naudoti. Siekiant sugrupuoti medžiagas, bandymais stebima jų reakcija veikiant tam tikroms apkrovoms ir taip atskleidžiamos medžiagų mechaninės savybės.
Bandymus elastingumo savybėms nustatyti galime suskirstyti į statinius ir dinaminius. Kad bandymas būtų statinis, jėga turi būti veikiama ne didesniu kaip 1 Hz dažniu, pastoviai ir tik vieną kartą. Šiuo atveju įtempiai yra pastovūs, o pailgėjimo koeficientas statiniame bandyme yra mažesnis nei 0,25. Tokio tipo apkrovoms naudojami dinaminiai bandymai, nes statiniais bandymais negalima sudaryti tinkamo staiga kintančių apkrovų modelio. Atliekant dinaminį bandymą apkrova yra kintama, o bandinys deformuojamas sinusoidiniu būdu. Šie bandymai taip pat gali būti atliekami aukštoje arba žemoje temperatūroje. Atliekant dinaminius bandymus gaunama informacija apie kietumą ir slopinimą. Nuovargio bandymus galime nagrinėti kaip dinaminių bandymų pošakį. Apkrova veikiama cikliškai. Šie bandymai atliekami tempimo-traukimo, gniuždymo-spaudimo arba gniuždymo-atvirkštinio tempimo ciklais. Atlikus nuovargio bandymą, galima nustatyti medžiagų eksploatavimo trukmę. Atliekant nuovargio bandymą taip pat nustatomas atsparumas nuovargiui ir įtrūkimams.
Tempimo bandymas
Tempimo bandymas yra vienas iš dažniausiai inžinerijoje naudojamų bandymų medžiagų stiprumo savybėms nustatyti. Jis atliekamas siekiant nustatyti izotropinių medžiagų mechanines savybes. Šis bandymas iš esmės grindžiamas bandinio tempimo jėgos veikimu iš priešingų pusių ta pačia kryptimi ir medžiagos įtempimo stebėjimu tol, kol medžiaga nutrūksta. Atlikus tempimo bandymą galima nustatyti medžiagos takumo ribą, didžiausią tempimo ribą, plastiškumą, Jono modulį, šlyties modulį ir Puasono santykį.
Įtempių - deformacijų kreivės
Įtempių ir deformacijų kreivės
Nominalus tempimo įtempis, kuriuo medžiaga veikiama atliekant bandymą, yra toks:
Kur F yra tempimo jėga, o A_0 - įtempto skerspjūvio plotas. Deformacija apibrėžiama taip;
Kur L_0 yra pradinis bandinio ilgis, o Δ_L yra medžiagos pailgėjimas po bandymo.
Naudojant bandymo metu gautas vertes, gaunama įtempių ir deformacijų kreivė. Ši kreivė parodo medžiagos lūžio tašką, takumo ribą, didžiausią tempiamąjį stiprį ir trapumo bei tąsumo būklę. Dar vienas privalumas yra tas, kad ji suteikia informacijos nepriklausomai nuo medžiagos matmenų.
Pateiktoje diagramoje pavaizduota trapios medžiagos įtempių ir deformacijų kreivė.
Daugumos kreivių pradinė dalis yra tiesinė. Plėtros ribos vertė gaunama kreivėje, kai kreivė, lygiagreti kreivės nuolydžiui, brėžiama nuo taško, kuriame įtempių ir deformacijų kreivės pailgėjimas yra 0,2%. Didžiausią įtempį, kurį medžiaga gali atlaikyti be nuolatinio pažeidimo, galime nustatyti pagal jos takumo ribą. Iki šio taško objektas yra tamprumo srityje. Po to medžiaga patenka į plastinę sritį, kurioje ją veikiančios jėgos sukelia nuolatinius pažeidimus.
Derlingumo įtempis
Įsivaizduojamos linijos, kurią brėžiame norėdami nustatyti takumo ribą, nuolydis parodo Youngo modulį, kuris yra svarbi medžiagos savybė. Youngo modulis gaunamas taip:
Toliau pateikta lygtis rodo Puasono santykį, kuris yra horizontaliojo poslinkio ir vertikaliojo poslinkio santykio neigiama reikšmė:
Testas
Dauguma tempimo bandymams naudotų bandinių skerspjūvių vaizdų pavaizduoti paveikslėlyje. Bandiniai gali būti suformuoti kaip lakštas arba cilindras.
Priklausomai nuo įvairių medžiagų ir matavimo jautrumo lygių, gali būti naudojami skirtingi prispaudimo tipai. Kiekvienas surišimo būdas turi savų privalumų ir trūkumų.
Suspaudimo bandymas
Suspaudimo bandymu parodoma, kaip medžiagos elgiasi suspaustos arba sutraiškytos. Bandymas paprastai trunka tol, kol medžiaga suyra arba kol pasiekiama iš anksto nustatyta riba. Taip apskaičiuojama apkrova, kurią medžiaga gali atlaikyti iki plyšimo, ir jos irimo mastas iki šio momento. Norint išbandyti medžiagą, ji dažnai kaitinama arba šaldoma ir veikiama daugelio krypčių gniuždymo jėga. Tačiau bandymai gali būti atliekami esant įvairiems nustatymams.
Didelio tempimo stiprio medžiagos paprastai pasižymi mažu gniuždymo stipriu. Todėl šios medžiagos tiriamos atliekant gniuždymo bandymus. Medžiagos, su kuriomis atliekama daugiausia gniuždymo bandymų, paprastai yra trapios medžiagos, pavyzdžiui, kompozitai, betonas, mediena, metalas ir plytos; polimerai, plastikai ir putplastis.
Atlikus gniuždymo bandymą gaunama jėgos ir deformacijos kreivė. Tada jėga perskaičiuojama į įtempį ir sukuriama įtempių ir deformacijų kreivė. Ši kreivė yra labai panaši į tempimo bandymo įtempių ir deformacijų kreivę. Tik ašys nukreiptos sutrumpėjimo kryptimi.
Suspaudimo įtempiai - % Suspaudimo deformacija
Skaičiavimai, atlikti atliekant tempimo bandymą, galioja ir atliekant gniuždymo bandymą. gniuždymo įtempis išreiškiamas taip;
Smulkinimas
Gniuždymu išreiškiama, kiek medžiaga sutrumpėjo bandymo metu.
Išreikškite suspaudimą.
Patinimas
Brinkimas - tai bandomos medžiagos skerspjūvio padidėjimas. Kietosios medžiagos labiau linkusios brinkti. Jis yra formalizuotas:
Testas
Trapios medžiagos paprastai bandomos gniuždymo bandymais. Standartų ISO 844 pateikiamas standžiųjų putplasčių gniuždymo charakteristikų pavyzdys. Šiame standarte nurodytos skerspjūvio ploto vertės ir formos, temperatūros ir drėgmės vertės bei numatomi bandinių rezultatai. Įtempiai nurodomi kPa.
Standarte nurodyta tokia suspaudimo elastingumo vertė:
Čia σ_e yra jėga įprastinės tamprumo srities pabaigoje, h_0 yra pradinis medžiagos storis, o x_e yra kelias, kuriuo eina įtempį sukelianti jėga.
Toliau pateikiami keli suspaudimo bandymams parengti standartai:
ASTM D575-91 - Standartiniai gumos savybių bandymo metodai gniuždant
ASTM E9-19 - Standartiniai metalinių medžiagų bandymo gniuždant kambario temperatūroje metodai
TS EN ISO 14126 - Pluoštu armuoti plastikiniai kompozitai - Gniuždomųjų savybių nustatymas plokštumos kryptimi
Technikos aprašymas
Įvertinus bandinio mechaninę elgseną tempimo ir gniuždymo sąlygomis, galima gauti pagrindinius medžiagos savybių duomenis, kurie yra labai svarbūs projektuojant komponentus ir vertinant jų eksploatacines savybes. Reikalavimai tempimo ir gniuždymo stiprio vertėms ir šių savybių bandymo metodai nurodyti įvairiuose standartuose, skirtuose įvairioms medžiagoms. Bandymai gali būti atliekami su apdirbtais medžiagos pavyzdžiais arba tikro dydžio ar mastelio komponentų modeliais. Šie bandymai paprastai atliekami naudojant universalų mechaninio bandymo prietaisą.
Tempimo bandymas - tai metodas, kuriuo nustatoma medžiagų elgsena, veikiant ašinei tempimo apkrovai. Bandymai atliekami įtempiant bandinį į bandymo aparatą, o tada bandinį veikiant jėga, atskiriant bandymo mašinos kryžmines galvutes. Kryžminės galvutės greitį galima keisti, kad būtų galima valdyti bandinio deformacijos greitį. Bandymo duomenys naudojami tempimo stipriui, takumo ribai ir tamprumo moduliui nustatyti. Išmatavus bandinio matmenis po bandymo, taip pat gaunamos ploto sumažėjimo ir pailgėjimo vertės, apibūdinančios medžiagos plastiškumą. Tempimo bandymus galima atlikti su daugeliu medžiagų, įskaitant metalus, plastikus, pluoštus, klijus ir gumas. Bandymai gali būti atliekami esant subambientinei ir aukštesnei temperatūrai.
Gniuždymo bandymas - tai metodas, kuriuo nustatoma medžiagų elgsena veikiant gniuždymo apkrovai. Gniuždymo bandymai atliekami bandinį apkraunant tarp dviejų plokštelių, o tada bandinį veikiant jėga, judinant kryžmines galvutes kartu. Atliekant bandymą bandinys suspaudžiamas, o deformacija, priklausomai nuo veikiančios apkrovos, registruojama. Gniuždymo bandymas naudojamas tamprumo ribai, proporcingai ribai, takumo ribai, takumo ribai ir (kai kurių medžiagų) gniuždymo stipriui nustatyti.
Analitinė informacija
Stipris gniuždant - Stipris gniuždant yra didžiausias gniuždymo įtempis, kurį medžiaga gali atlaikyti nesulūždama. Bandymų metu trapios medžiagos lūžta ir turi tam tikrą gniuždymo stiprio vertę. Kietųjų medžiagų gniuždymo stipris nustatomas pagal jų deformacijos laipsnį bandymų metu.
Elastingumo riba - Tamprumo riba - tai didžiausias įtempis, kurį medžiaga gali išlaikyti be nuolatinės deformacijos pašalinus įtempį.
Pailgėjimas - Pailgėjimas - tai bandinio, kuris buvo sulaužytas atliekant tempimo bandymą, nuolatinis pailgėjimas.
Elastingumo moduliai - Tamprumo modulis yra įtempimo (žemiau proporcingos ribos) ir deformacijos santykis, t. y. įtempimo ir deformacijos kreivės nuolydis. Jis laikomas metalo standumo arba standumo matu.
Proporcinė riba - Proporcinė riba - tai didžiausias įtempių dydis, kurį medžiaga gali pasiekti nenukrypdama nuo įtempių ir deformacijų kreivės tiesinės priklausomybės, t. y. neišsivystydama plastinė deformacija.
Ploto sumažinimas - Ploto sumažėjimas - tai skirtumas tarp pradinio tempiamo bandinio skerspjūvio ploto ir mažiausio ploto po bandymo įvykus lūžiui.
Padermė - Deformacija - tai medžiagos dydžio ar formos pokytis dėl jėgos poveikio.
Derlingumo taškas - Tamprumo riba - tai įtempimas medžiagoje (paprastai mažesnis už didžiausią galimą įtempimą), kuriam esant deformacija didėja, o įtempimas nedidėja. Tam tik tam tikri metalai turi takumo ribą.
Derlingumo stipris - Tamprumo riba - tai įtempiai, kuriems esant medžiaga turi tam tikrą nuokrypį nuo tiesinės įtempių ir deformacijų priklausomybės. Metalų atveju dažnai naudojamas 0,2% nuokrypis.
Galutinis tempiamasis stipris - Ribinis tempiamasis stipris (UTS) yra didžiausias tempimo įtempis, kurį medžiaga gali atlaikyti be lūžio. Jis apskaičiuojamas didžiausią tempimo bandymo metu veikusią apkrovą dalijant iš pradinio bandinio skerspjūvio ploto.
Tipinės programos
Tempimas ir gniuždymas žaliavų savybes, kad būtų galima palyginti su produkto specifikacijomis.
Gauti medžiagų savybių duomenis, reikalingus baigtinių elementų modeliavimui ar kitokiam gaminio projektavimui, kad būtų užtikrintas pageidaujamas mechaninis elgesys ir eksploatacinės savybės.
Komponentų mechaninių eksploatacinių savybių modeliavimas
Pavyzdiniai reikalavimai
Standartiniai metalų ir plastikų tempimo bandymai atliekami su specialiai paruoštais bandiniais. Šie bandiniai gali būti apdirbti cilindriniai bandiniai arba plokščių plokštelių bandiniai (šuns kaulas). Bandinių ilgio ir pločio arba skersmens santykis bandomojoje zonoje (matuoklėje) turi būti toks, kad rezultatai būtų pakartojami ir atitiktų standartinius reikalavimus. bandymo metodas reikalavimai. Vamzdiniai gaminiai, pluoštai ir vielos gali būti bandomi tempimo bandymais visu dydžiu, naudojant specialius įtaisus, kurie užtikrina optimalų suėmimą ir pažeidimo vietą.
Dažniausiai gniuždymo bandymams naudojamas bandinys yra stačiai apvalus cilindras plokščiais galais. Gali būti naudojami ir kitų formų bandiniai, tačiau jiems reikia specialių įtaisų, kad būtų išvengta išlinkimo. Specialios konfigūracijos, skirtos komponentų bandymams arba eksploatavimo modeliavimui, priklauso nuo konkretaus bandymų įrenginio.
Skirtumai tarp tempimo bandymo ir suspaudimo bandymo įrangos
Atliekant tempimo bandymus, bandymo mašina veikia tempimo apkrova arba jėga, kuri tempia tempimo bandinius. Atliekant plastikų tempimo bandymus, bandinys tempiamas atskirai, kad būtų išmatuotas tempimo stipris ir kitos savybės, įskaitant standumą ir takumo ribą. Yra keli bendri pramonės standartai, kuriuose pateikiami sutarti plastikų tempimo bandymų metodai. ASTM D638 ir ISO 527-2 standartai pasižymi panašia, bet skirtinga standartizuotų bandinių geometrija ir matmenimis. Šiems bandymams atlikti reikia tempimo rankenų, kurios, kaip tikimasi, sugriebs bandinį ir prisitaikys jam plonėjant bandymo metu. Šie priedai skiriasi nuo gniuždymo laikiklių.
Atliekant gniuždymo bandymus, bandymų mašina stumia arba gniuždo bandinį stūmimo arba gniuždymo jėga, kol jis sulūžta arba susispaudžia. Polimerinės struktūrinės putplasčio medžiagos gniuždymo bandymus apima ASTM D1621 kuriame nurodomas naudojamų suspaudimo plokščių ir deflektometro tipas. Bandinys dedamas tarp gniuždymo bandymo plokščių, kol ląstelinė struktūra suyra arba įtrūksta.
Universaliuoju bandymų aparatu galima atlikti tiek tempimo, tiek gniuždymo bandymus. Kryžminė galvutė gali būti naudojama bandiniui, esančiam tarp pagrindo plokštės ir judančios galvutės, tempti arba spausti.
Tempimo bandymų laikikliais arba griebtuvais ir deformacijos jutikliais (vadinamaisiais ekstensometrais) negalima atlikti gniuždymo bandymų. Be to, tempimo laikikliai yra specialiai pritaikyti, kad atitiktų tikslią bandinio geometriją ir matmenis. Gniuždymo bandymo plokštelės ir defektometras taip pat gali atlikti tik gniuždymo bandymą, todėl šiuo atveju reikia abiejų priedų rinkinių.
Jei norite gauti daugiau informacijos apie šį produktą, nedvejodami susisiekite su mumis.