Modul pružnosti ocele: všeobecné pojmy, mechanické vlastnosti

Anonim
Hlavnou úlohou inžinierskeho návrhu je výber optimálnej časti profilu a materiálu konštrukcie. Musíte nájsť presne tú veľkosť, ktorá zabezpečí zachovanie tvaru systému s minimálnou možnou hmotnosťou pod vplyvom zaťaženia. Napríklad, ktorá oceľ by sa mala použiť ako nosník konštrukcie? Materiál môže byť použitý neefektívne, inštalácia sa stáva zložitejšou a štruktúra sa stáva ťažšou a finančné náklady sa zvyšujú. Táto otázka bude zodpovedaná takýmto pojmom ako modul pružnosti ocele. V najskoršej možnej fáze umožní vyhnúť sa výskytu týchto problémov.

Všeobecné pojmy

Modul pružnosti (Youngov modul) je indikátorom mechanických vlastností materiálu, ktorý charakterizuje jeho odolnosť voči deformácii v ťahu . Inými slovami, toto je hodnota plasticity materiálu. Čím vyššie hodnoty modulu pružnosti, tým menej sa tyč bude ťahať pri inak rovnakých zaťaženiach (plocha prierezu, veľkosť zaťaženia a ďalšie).

Youngov modul v teórii pružnosti je označený písmenom E. Je to súčasť Hookovho zákona (o deformácii elastických telies). Táto hodnota sa vzťahuje na napätie vznikajúce vo vzorke a jej deformáciu.

Táto hodnota sa meria podľa štandardného medzinárodného systému jednotiek v MPa (Megapascals) . V praxi sú však inžinieri ochotnejší používať rozmer kgf / cm2.

Tento ukazovateľ sa určuje experimentálne vo vedeckých laboratóriách. Podstatou tejto metódy je roztrhnúť činky v tvare činky v špeciálnom zariadení. Po rozpoznaní predĺženia a napätia, pri ktorom sa vzorka zrútila, rozdeľujú variabilné dáta do seba. Získaná hodnota je modul pružnosti (Young).

Takto je určený iba Youngov modul pružných materiálov: meď, oceľ a tak ďalej. A krehké materiály sú stlačené dovtedy, kým sa neobjavia trhliny: betón, liatina a podobne.

Mechanické vlastnosti

Iba pri práci v ťahu alebo stlačení (modul pružnosti) pružnosti pomáha uhádnuť správanie materiálu . Pri ohýbaní, rezaní, drvení a iných zaťaženiach budete musieť zadať ďalšie parametre:

  1. Tuhosť je súčinom prierezu profilu modulom pružnosti. Pri tejto hodnote je možné posúdiť plasticitu staveniska ako celku a nie materiál samostatne. Mernou jednotkou sú kilogramy sily.
  2. Pozdĺžne predĺženie je pomer absolútneho predĺženia materiálu vzorky k celkovej dĺžke. Napríklad, tyč, ktorej dĺžka je 200 milimetrov, bola aplikovaná určitá sila. V dôsledku toho sa skrátila o 5 milimetrov. Výsledkom je, že predĺženie bude 0, 05. Toto množstvo je bezrozmerné. Pre pohodlnejšie vnímanie sa niekedy premieňa na percentá.
  3. Bočné predĺženie sa vypočíta rovnakým spôsobom ako pozdĺžne predĺženie, ale namiesto dĺžky sa vezme priemer tyče. Experimentálne sa zistilo, že pri väčšom množstve materiálu je priečny priemer menší ako pozdĺžne predĺženie približne štyrikrát.
  4. Poissonov pomer. To je pomer relatívneho pozdĺžneho a relatívneho priečneho namáhania. S touto hodnotou je možné plne opísať pod vplyvom zaťaženia zmeny tvaru.
  5. Modul šmyku opisuje elastické vlastnosti pod vplyvom tangenciálnych vlastností na vzorku. Inými slovami, keď je silový vektor nasmerovaný na povrch tela pri 90 stupňoch. Príkladom takýchto zaťažení je práca klincov na drvenie, nity na strih, atď. Tento parameter súvisí s viskozitou materiálu.
  6. Objemový modul charakterizuje zmenu objemu vzorky pre univerzálnu aplikáciu rovnomerného zaťaženia. Táto hodnota je pomer objemového tlaku k objemovému kompresnému tlaku. Ako príklad môžeme uvažovať o materiáli ponorenom do vody, ktorý je ovplyvnený tlakom tekutiny na celej ploche.

Okrem vyššie uvedeného stojí za zmienku, že niektoré materiály majú rozdielne mechanické vlastnosti v závislosti od smeru zaťaženia . Takéto materiály sa nazývajú anizotropné. Príkladmi sú tkaniny, niektoré druhy kameňa, laminované plasty, drevo atď.

Materiály sú izotropné mechanické vlastnosti a elastická deformácia v každom smere je rovnaká. Medzi takéto materiály patria kovy: hliník, meď, liatina, oceľ atď., Ako aj guma, betón, prírodné kamene, nelaminované plasty.

Modul pružnosti

Stojí za zmienku, že táto hodnota je premenlivá. Aj pre jeden materiál môže mať iný význam v závislosti od bodov, v ktorých bola sila aplikovaná. Niektoré plasticko-elastické materiály majú takmer konštantnú hodnotu modulu pružnosti pri práci v ťahu aj v tlaku: oceľ, hliník, meď. A existujú situácie, keď sa táto hodnota meria tvarom profilu.

Niektoré hodnoty (hodnota je uvedená v miliónoch kgf / cm2) :

  1. Hliník - 0, 7.
  2. Drevo naprieč vláknami - 0, 005.
  3. Drevo pozdĺž vlákien - 0, 1.
  4. Betón - 0, 02.
  5. Kamenné žulové murivo - 0.09.
  6. Kamenné murivo - 0, 03.
  7. Bronz - 1, 00.
  8. Mosadz - 1, 01.
  9. Šedá liatina - 1.16.
  10. Biele železo - 1, 15.

Rozdiel v module pružnosti pre ocele v závislosti od ich značiek: \ t

  1. Ložiskové ocele (SH-15) - 2.1.
  2. Spring (60С2) a die (9ХМФ) - 2, 03.
  3. Nerez (12X18H10T) - 2.1.
  4. Nízkolegované (40X, 30HGSA) - 2, 05.
  5. Normálna kvalita (článok 6, článok 3) - 2.00.
  6. Konštrukčná vysoká kvalita (45, 20) - 2, 01.

Táto hodnota sa tiež líši v závislosti od typu prenájmu:

  1. Kábel s kovovým jadrom - 1, 95.
  2. Pletené lano - 1.9.
  3. Drôt s vysokou pevnosťou - 2.1.

Ako je možné vidieť, odchýlky hodnôt modulu pružnej deformácie ocele sú zanedbateľné. Z tohto dôvodu väčšina inžinierov, ktorí vykonávajú výpočty, zanedbáva chyby a berie hodnotu 2, 00.