Влияние пластичности и характера действия нагрузки

на величину коэффициента запаса прочности

Характер действующей нагрузки Состояние материала
Статическая Пластичный материал Хрупкий материал 2,4…2,6 3,0…9,0
Динамическая Пластичный материал 2,8…5,0
Знакопеременная Пластичный материал 5,0…15,0

Согласно общепринятым нормам, у пластичных материалов относительное удлинение , у хрупких .

Дополнительно из приведенной таблицы следует важный вывод о том, что использование хрупких материалов в условиях действия динамических и знакопеременных нагрузок недопустимо.

В результате испытаний получают диаграмму растяжения (рис. 1.2). По оси абсцисс откладывают абсолютное удлинение образца (мм), по оси ординат – растягивающее усилие Р (Н).

 

Для определения предела прочности применяют разрывную машину (рис.1.3), в захватах которой закрепляют образец (рис. 1.4) с заранее определенными геометрическими размерами.

При проведении испытаний нижний захват разрывной машины перемещается вниз, в результате чего в образе возникает растягивающее напряжение. Миллиметровая шкала позволяет проследить растяжение образца. Машина снабжена динамометром, показывающим действующее на образец усилие. Оно позволяет по результатам одного опыта определять сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимым для проектировочных и поверочных расчетов.

Детали машин рассчитывают так, что возникающие в них при эксплуатации рабочие напряжения не превышали предела пропорциональности (упругости). Обычно .

 

Для хрупких материалов достижение нагрузки сопровождается разрушением. У пластичных – до этого момента удлинение образца и сужение его первоначального сечения происходит относительно равномерно по всей расчетной длине, а затем в месте наименьшего сопротивления образуется местное сужение поперечного сечения (шейка); при этом нагрузка уменьшается до и образец разрушается.

Для определения характеристик пластичности – относительного удлинения d и относительного сужения y – складывают по поверхности разрушения части разорванного образца и замеряют штангенциркулем расстояние между следами керна и диаметр шейки на поверхности разрушения . Показатели пластичности определяют по формулам:

и

где и – начальная и конечная площади сечения (соответственно).

 

 

Рассмотренные характеристики прочности и пластичности являются исключительно важными для всех материалов, так как на основании этих показателей устанавливаются области их использования при изготовлении или восстановлении деталей судовых машин и механизмов, воспринимающих и передающих силовые нагрузки.

На практике следует учитывать, что в условиях эксплуатации, при оперативном ремонте, в условиях рейса нет возможности подвергать материал испытанию на растяжение, однако следует помнить о связи механических характеристик материала. Так, между пределом прочности σв и твердостью по Бринеллю НВ различных металлических материалов существуют следующие эмпирические зависимости:

· сталь незакаленная, алюминий и его сплавы — σв ≈ 0,35 НВ

· медь и ее сплавы — σв ≈ 0,55 НВ

В условиях эксплуатации судна обычно производят твердость может быть определена с достаточной степенью точности по методу Польди(см. лабораторную работу № 3 курса "Технология материалов", рис. 3.3), который является сравнительным и использует ту же схему, что и метод Бринелля — вдавливание стального закаленного шарика в материал твердостью МПа. Принципиальным является ударное приложение нагрузки одновременно к детали и эталону — прямоугольному бруску с известной твердостью,заранее определенной в лаборатории судоремонтного завода и нанесенной на торец. Это позволяет исключить нагрузку из рассмотрения и сопоставлять значения твердостей с учетом лишь диаметров получаемых отпечатков и :

, МПа

Для определения твердости по Польди эталон вставляют в корпус приспособления и зажимают бойком так, чтобы над шариком не оказался отпечаток от ранее проведенных испытаний. Затем, установив приспособление на зачищенное напильником или наждачной бумагой место детали, наносят по бойку сильный удар молотком. После этого вынимают эталон и измеряют на нем и детали диаметры отпечатков.

 

 

3. Оборудование, инструмент и материалы,

необходимые для выполнения работы

· Разрывная испытательная машина УММ-5 ……………………………....1 шт.

· Образцы для испытания на растяжение из различных материалов........ 3 шт.

· Штангенциркуль 0…125 мм......................................................................... 1 шт.

· Прибор Польди ……………………………….………………………...….. 1 шт.

· Микроскоп МПБ-2 (увеличение ×24) …....……………………………….. 1 шт.

· Эталон твердости к прибору Польди ……....……………………………... 1 шт.

 

4. Порядок и методика выполнения работы

· Во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп. 1 и 2 протокола лабораторной работы.

· Перед выполнением работы ответить на вопросы билета контроля;

ознакомиться с устройством машины УММ-5.

· Получить образец, произвести замеры его диаметров и длины (рис. 1.5).

· Закрепить образец в захватах машины, выбрать зазоры, установить линейку отсчета удлинения, установить стрелку динамометра на нуль.

· Включить машину и определить нагрузки для каждого миллиметра удлинения образца.

· После разрыва образца выключить машину и произвести повторный обмер образца.

· Построить диаграмму растяжения, определить значения .

· Вычислить характеристики материала по приведенным выше формулам.

· Провести определение твердости образца по методу Польди и сравнить эмпирический расчет предела прочности со значением, полученным в результате эксперимента;

· Определить по данным экспериментов прочность материала с учетом коэффициента запаса;

· Закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты.

 

5. Контрольные вопросы.

· Перечислить основные классификационные признаки видов напряженно-деформированного состояния.

· Дать определение нормальных напряжений.

· Дать определение касательных напряжений.

· Привести формулу для расчета максимального напряжения.

· Привести формулы для определения параметров пластичности образца.

· Привести формулу для определения твердости по методу Польди.

· Привести эмпирическую зависимость между пределом прочности материала и его твердостью по Бринеллю.

· Привести формулу для определения допустимых напряжений в опасном сечении.