Материалдың механикалық сипаттамаларына әр түрлі факторлардың әсер етуі

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті

Тақырыбы: Материалдың механикалық сипаттамаларына әр түрлі факторлардың әсер етуі

Орындаған: Төлеген Рамазан

Қабылдаған: Тұрсыматова Оразкүл

Қызылорда, 2015ж

Мазмұны:

Жалпы түсініктер мен анықтамалар.
Серпімді қасиеттер және металдардың шала серпімділігі.
Пластикалық деформация және серпімді деформация.
Статикалық сынақтар кезіндегі металдардың қасиеттері
Бұрауға сынау.
Динамикалық сынақтар кезіндегі қасиеттер.
Қаттылық.

Қазіргі кезеңдегі өндіріс механикалық қасиеттер және олардың пайдалану кезіндегі тұрақтылығына қатаң талаптар қоюда. Сондықтан машиналар бөлшектерінің, конструкциялар мен басқа да инженерлік ғимараттарға жұмыс істеу кезінде олардың сенімділігін артыру үшін алдын-ала кешендік сынақтар жүргізу керек.

Металдан жасалған материалдардың сапасын, оның ішінде, металдар мен қорытпалардың пайдалану процесінде (конструктивтік беріктігі) және өңдеу кезінде (деформациялануға кедергісі және технологиялық иілімділігі) күйлерін анықтайтын механикалық қасиеттерін жақсарту талап етіледі.

Осы пәннің мәні мен мақсаты. Механикалық қасиеттер теориясы және олардың практика жүзінде эксперименталдық анықтау жөнінде негізгі түсініктерді қарастыру.

Механикалық қасиеттер

1) материалдардың сырттан түсетін күштерге қарсылық ету қабілеті, олардың қатарына беріктік, қаттылық, созылғыштық және серпімділік жатады;

2) әр түрлі жағдайда күштің әсеріне металдан жасалған дененің қарсы тұру кабілеттілігін бейнелейтін касиет.

Маңызды механикалық қасиеттердің қазіргі кезеңдегі

физикалық және техникалық мәнінің баяндалуы.

Деформация - денедегі бөлшектердің орналасуының өзара орын ауыстыруы және дене өлшемдері мен пішінінің ауысуы.

Серпімділік - дененің жүк түсіру нәтижесінде деформациялануы және жүк түсіруді алып тастаған кезде оның бастапқы қалпына қайта келу қасиеті. Жүк түсіруді алып тастаған кезде жлғалатын деформация бөліг серпімді деп аталады, ал қалған бөлігі - қалдық (пластикалық( деформация) деп аталады.

Беріктік - материалдың түсірілген жүкке қирамай қарсы тұра алу қабілеті.

Қаттылық - материалға басқа материалды енгізуге қарсы тұру қабілеті.

Қатаңдық - түсірілген жүк әсерінен материалдың майыспау қабілеті.

Деформация (ағылш. deformation ) - сыртқы күштер, температура, фазалық түрленуі және ылғалдылықтың т. б. әсерінен пішіні мен өлшемдерінің өзгеруі барысында дене бөлшектерінің орнын ауыстыруына алып келетін үдеріс.

Кернеуді арттырғанда деформация әсерінен дене толық бұзылуға алып келуі де мүмкін. . Материалдардың деформацияға және әсер етуші күштерге төзімділігі олардың механикалық қасиеттерімен сипатталады. Қандай да бір деформация түріне ұшырауы оған әсер еткен күшпен сипатталады.

Деформацияның түрлері

Денеге әсер ететін күштердің сипатына қарай деформацияны келесі түрлерге жіктейді:

Созылу деформациясы;
Сығылу деформациясы;
Ығысу деформациясы ( немесе кесу) ;
Бұрау деформациясы;
Майыстыру деформациясы.

Ең қарапайым деформация түрлері:созылу деформациясы, сығылу деформациясы және ығысу деформациясы ( немесе кесу) болып табылады.

Деформация - өзара әрекеттесуші екі дененің жанасуы кезінде оларды құрайтын жеке бөліктері қозғалысқа келеді де, бұл денелердің пішіні мен өлшемі өзгереді. Мысалы, серіппе денеге әрекет ете отырып созылады, жұқа таяқша иіледі, қолдың бұлшық еттері қатаяды.

Дене пішінінің немесе өлшемдерінің өзгеруін деформация (латынша деформация - бүліну, бұзылу) деп атайды.

Деформация денелердің өзара әрекеттесуі кезінде жүзеге асатындықтан, өзара әрекеттесетін екі дене де деформацияланады. Мысалы, қолдың эспандерге әрекетін алайық.

Эспандерді созу кезінде қолдың Бұлшық еттері қатаяды (деформацияланады), эспандер де деформацияланады, яғни ол өз пішінін өзгертеді. Деформация пластикалық және серпімді болып бөлінеді.

Күштің әрекеті тоқтағаннан кейін, дене өзінің бастапқы пішіні мен өлшемін өзгертетін болса, мұндай деформация пластикалық деп аталады.

Пластикалық деформациядан кейін дене өзінің жаңа пішіні мен өлшемін толығымен немесе жартылай сақтайды және ондай дене пластикалық дене деп аталады. Мысалы, пластилиннен немесе саздан көп күш түсірмей-ақ қандай да бір пішіндегі дене жасауға болады. Ал қолымыздың пластилинге әрекет етуі тоқтағаннан кейін ол өзінің жаңа пішінін сактайды.

Күштің әрекеті тоқтағаннан кейін дененің бастапқы пішіні мен өлшемі қайтадан қалпына келетін болса, мындай деформация серпімді деп аталады.

Тәжірибелер деформациялаушы күшке қарама-қарсы бағытталған жаңадан бір күш пайда болатынын кәрсетеді. Бұл күш серпімділік күш деп аталады. Мысалы, допты тепкен кезде, ол өзінің пішінін өзгертеді, яғни деформацияланады. Серіппеге қандай да бір күшпен әрекет ете отырып, оны созуға емесе қысуға болады. Деформациялаушы күш тоқтағаннан кейін серпімділік күші денені бастапқы қалпына келтіреді. Сол сияқты ауа шарын үрлеуді тоқтатсақ, ол да бастапқы пішінін алады. Дененің деформациялануы артқан сайын бұл кезде пайда болатын серпімділік күші де артады. Ал түсірілген күштің шамасы белгілі бір шектен асқанда (әр түрлі материалдар үшін түрліше), денелер серпімділік қасиетін жоғалтып, ең соңында пластикалық сипат танытады. Мысалы, ағаш сызғышты аздап иіп, сонан соң қайтадан босатсақ, онда ол бастапқы қалпына келеді. Ал егер оны июге едәуір көп күш жұмсайтын болсақ, сызғыш морт сынады. Металдардың, әсіресе болаттың серпімділік қасиеті едәуір жоғары болады.

Күнделікті өмірде пайдаланылатын көптеген нысандарды (тұрғын үйлерді, күнделікті өмірде кеңінен пайдаланатын нәрселерді) көбінесе қатты әрі берік материалдардан жасайды. Ондай материалдардың деформациясын (созылуын немесе сығылуын) жай көзбен байқап, сезіну мүмкін емес. Ал енді бір мезет көз алдымызға жұмсақ еденді, үстелді, ыдысты елестетіп кәрейікші. Әрине, мұндай оңай деформацияланатын әлемде өмір сүру де өте қиын болар еді. [1]

Деформация формуласы

$\left({e}\right) = (l_2 - l_1)/l_1$

Бұл жерде

- Элементтің деформациядан кейінгі ұзындығы
- Элементтің ұзындығы

Кернеу. Кернеу тензоры.

Көптеген механикалық қасиеттер кернеу шамасы арқылы баяндалады. “Кернеу” деген түсінік жүк түсіру шамасын бағалау үшін енгізілген, ол деформацияланатын дене өлшемдеріне тәуелсіз.

Дененің кез-келген қимасындағы кернеу шамасын анықтау үшін соңғысын екіге бөледі, содан соң дененің бір бөлігін ойша алып тастайды да оның қалған бөлікке әсерін ішкі күштермен алмастырады.

СИ жүйесінде крену әрбір квадррат метрге кеткен ньютонмен беріледі (Н/м ² , МН/м ² ) . Практика жүзінде көбінесе кернеудің өлшемділігін қолданады (1 кгс/мм ² =9, 8*10 ⁶ Н/м ² ) .

Серпімділік қасиеттер және металдардың шала серпімділігі

Серпімділік деформациясы кезеңін үлгілер механикалық сынақтардың барлық түрлерінде өтеді.

Металдардың серпімділік деформациясы кезіндегі күйін Гук заңында баяндалған. Онда кернеу мен серпімді деформация арасындағы тура пропорционалдық анықталады. 4-суретте бір осьті созу, бұрау және гидростатикалық сығу кезіндегі бастапқы (серпімді) кернеу - деформация учаскелер қисығы берілген.

Осы үш қисықтың әр қайсысының қиғаштануы, яғни, кернеу мендеформацияны байланыстыратын пропоруионалдық коэффициенті серпімділік модулін сипаттайды:

E=S/e; G=t/g; K=P/χ

Созу кезінде анықталатын Е модулі қалыпты (нормальный) серпімділік модулі немесе Юнг модулі д. а. G- сырғу модулі (жанама серпімділікке қатысты), К- көлемдік серпімділік модулі (Р-гидростатикалдық қысым, χ- көлемнің кішіреюі) . Серпімділік модулі материалдың қатаңдығын, яғни, серпімділік деформациясы шамасы бойынша кернеудің қарқындылығының ұлғаюын анықтайды. Металдардың серпімді деформациясы механизмі атомдардың қайтымды араласып тепе-теңдңк күйден кристалдық тор күйіне келуінен тұрады. Әр атомның орын ауыстыру шамасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым, жалпы үлгінің серпімділік макродеформациясы үлкен болады. металдардың бұл серпімді деформациясы шамасы үлкен болмайды (әдетте, серпімділік облысындағы салыстырмалы ұзару бір проценттен төмен) себебі, кристалдық тор атомдарының атом аралық орын ауыстыруы өте төмен шамада. Серпімділік модульдерінің мәні де осы металл құраушысы болып табылатын атомдардың деформацияға кедергісімен, яғни, тордағы атомдардың тепе-теңдік күйден атомдардың ауысуымен сипатталады. Мысалы, е шамасы әр түрлі екі металды (4, а-сурет, 1, 2-түзулер) салыстырса, е үлкен шамалы болған жағдайда кернеу үлкен (2-түзу) .

Кернеулі күйдің күрделі сземаларында деформация бағыты мен кернеуі сәйкес келмеуі мүмкін. Кернеулер мен деформациялар арасындағы түзулік байланысты бекітетін изотропты дене үшін Гук заңы кез-келген бағытта:

e _x =1/E[S _x -υ(S _y +S _z ) ] ;

e _y =1/E[S _y -υ(S _x +S _z ) ] ;

e _z =1/E[S _z -υ(S _x +S _y ) ] ;

g _xy =t _xy /G;

g _xz =t _xz /G;

g _yz =t _yz /G;

мұндағы υ - бір осьті созу (сығу) кезіндегі бойлық деформацияға салыстырмалы көлденең деформацияның қатынасын сипаттайтын Пуассон коэффициенті. Пуассон коэффициенті υ -серпімділік модульдерінен кейін серпімділік қасиеттердің төртінші маңызды константасы. Бұл төрт константа өзара:

E=2·G·(1+υ) ;

E=3·K·(1-2·υ)

Олардың екеуін біле отырып, қалғандарын есептеп алуға болады.

Гуктың жалпыландырылған заңы изотропты дене үшін қарпапайым салыстырмалы түрде жазылады. Металдарда кристалдық құрылым бар және олар анизатропиялық дене болып табылады. Көрші атоамдар аралықтарындағы қашықтық неғұрлым, төмен болса, берлілген бағыттағы серпімділік модулі соғұрлым, жоғары болады. Анизатропты дене үшін Гук заңы деформация тензорының әр бір компоненті мен кернеу тензорының барлық алты тәуелсіз компоненттері арасындағы тура пропорционалдықты көрсетеді.

Серпімділік қасиеттерді анықтау әдістері: резонанстық, импульстік.

Серпімділік қасиеттердің кейбір константаларын стнадартты статикалық сынақтар көмегімен анықтауға болады. Созуға сынау нәтижесінде Е-ні (нормалдь серрпімділік), айналдыру кезінде G-ді (сырғуды) бағалайды. Көбінесе жоғары дәлдігімен ерекшеленетін арнайы динамикалық әдістерді пайдаланумен серпімділік модульдерін, ал Пуассон коэффициенттерін серпімділ-кернеулі үлгі бойы және деформация бағытына көлденең тор периодын анықтай отырып, рентгеноқұрылымдық талдау нәтижелері бойынша табады.

Әсіресе, G сырғу модулін және Е нормаль серпімділік модулін анықтаудың динамикалық әдістері жақсы әзірленген. Барлық динамикалық әдістер зерттелетін үлгінің тербеліс жиілігі (резонанс әдістері) немесе ондағы дыбыс жылдамдығы (импільстік әдістер) серрпімділік константаларына тәуелділігіне базаланады.

Қаттылық. Қаттылық туралы түсінік және оны анықтау. Қаттылықты анықтау түрлері.

Қаттылық деп материалдың беттік қабатының серпімді және пластикалық деформация немесе басқа неғұрлам қаттырақ материалдың жергілікті түйіспелі әрекеттері кезінде қирамай кедергі көрсету және дененің (индентор) қалдық деформацияға қарсы тұруын айтады.

Қаттылықты өлшеу әдістемелері бір-бірінен қолданылатын индентор, түсірілетін жүктеме шарттары және қаттылық санын есептеу тәсілі бойынша ажыратылады. Қаттылықты анықтау әдістемесін таңдау әр түрлі факторларға байланысты: үлгі материалының (деталь) қаттылығы, оның өлшемдері, қабат қалыңдығы, өлшеуге қажетті қаттылық және т. б.

Қаттылықты анықтау тәсілдерін жүк түсіру жылдамдығына байланысты статикалық және динамикалық деп, ал, жүкпен әсер ету тәсіліне байланысты сығу және сызаттар түсіру әдістемелері деп бөледі. Индентордың сығу тереңдігі неғұрлым аз шама болса, соғұрлым бет тазалығы жоғары болуы керек, сол сияқты, беттік қабаттың қасиеттері ажарлау және полировка жасау кезінде наклеп пен қыздыру салдарынан өзгермеуі керек.

Түсірілетін күш сығылатын индентор осі бойынша сыналатын бетке перпендикуляр келуі керек. Сыналатын бет жазықтығы тіреу бетіне қатаң түрде // болуы керек.

Сыналатын уақытқа байланысты аз уақыттық және ұзақ мерзімдік қаттылықты ажыратады. Барлық әдістемен қаттылықты анықтау кезінде (микроқаттылықтан басқа) металдың индентор енуіне суммалық кедергісін өлшейді де, барлық құрылымдық құраушылардың орташа қаттылығын алады (іздер диагональдар немесе диаметрі 0, 1 . . . 0, 2 ден бірнеше миллиметрге дейін ауысады) .

Бір осьтік сығу схемасы жұмсақтықтың үлкен коэффициентімен () сипатталады. Сондықтан сығуға сынауға салыстырмалы түрде морт сынғыш материалдарды алған тиімдірек. Жалпы, сығуға сынау созуға сынаумен салыстырғанда азырақ қолданылады.

Бір осьтік сығуды кері белгідегі созу деп қарастыруға болады. Пластикалық деформация нәтижесінде үлгі қысқарады және кеңейеді. Осыдан, салыстырмалы қысқаруды анықтауға болады:

ε=100%·(h ₀ -h _k ) /h ₀

салыстырмалы кеңею:

φ=100%·(F _k -F ₀ ) /F ₀

мұнда h ₀ и h _k - үлгінің бастапқы және соңғы биіктігі;

F ₀ и F _к - бастапқы және соңғы көлденең қиманың ауданы.

Сығуға сынау схемалары мен пайдаланылған үлгілер геометриясы 16-суретте келтірілген. сығуға жүргізілетін сынақтар созуға жүргізілетін машиналарда жүргізіледі. Үлгіні төменгі қысқышта тірек плитасына орнатады да жылжымалы қысқышпен сығады. Үлгінің ауытқуын болдырмау үшін сығу шамасын асырып берген кездеоған бағыттаушы құрал пайдалану керек (мысалы, жоғарғы қысқышта шарик вкладышын қолдану) .

Бұрау шамасы бойынша бірдей екі біб-біріне қарама-қарсы бағытталған айналу моментімен жүзеге асрылады. Ол бойлық осьтарға нормаль және үлгі жазықтық тарының ұштарына қойылады. Үлгінің жұмыс бөлігінде әр аттас жазық кернеуленген күй туындайды, оның жұмсақтық коэффициенті созу кезіндегіден үлкен шама . Бұрауға сынау кезінде қирағанға дейін кез-келген материалд бұрауға болады. Бұрау кезінде жазықтықтардағы максимал жанама кернеулер үлгі осіне перпендикулляр әсер етеді. Неғұрлым нормаль кернеу 45 ⁰ бұрышпен әсер етеді, сол кезде S _max =t _max . Кернеулі күйдің тұрақтылығының маңызды себепкері сынақ кезіндегі үлгінің көлденең қимасы мен жұмыс ұзындығының тұрақтылығы болып табылады. диаметрі 5 мм-ден кіші кез-келген материалдан жасалған үлгілерге сынақ жүргізу әдістемесі стандартталған. Үлгілердің цилиндр тәрізді жұмыс бөлігі мен квадрат бүршіктері болуы керек. Жұмыс бөлігінің диаметрі 10 мм, ұзындығы 50 немесе 100 мм үлгіні қалыпты деп есептеу қабылданған. Нормаль үлгілерге геометриялық ұқсас, сол сияқты, түтік пішінді үлгілерді қолдануға болады. Бұрауға сынақ үлгінің центрленуін сенімді қамтамасыз ететін, жүктеудің баяу жүруін, ию жүктеулерінің болмауын қамтамасыз ететін, айналдыру моменті шамасын жоғары дәлдікпнен беру және өлшеуді дұрыс жүргізетін арнайы машиналарда жүргізеді. Сынақ машиналарында үлгіні горизонталь және вертикал орналастыруға болады. Максимал айналдыру моменті 6 дан 2 кгс*м арасында алмасып тұрады. Бұл машиналардың негізгі тораптары - станина, активті қысқыш тан айналдырып тұратын жетек, күш өлшеуіш, диаграмма механизмі, айналымдар есептегіші, үлгінің бұралу анықтауға арналған бұрыш өлшеуіш. Сынақ процесінде деформация шамасы ретінде φ бұралу бұрышы жазылады. Бұл бұрышты өте жоғары дәлдікпен өлшеу үшін мартенстің айналы (зеркальный) аспабын немесе дәлдігі жоғары басқа тензометр қолданады. Екі айна үлгінің есептеу ұзындығының шекараларына бекітіледі. әрбір айнаға қарама-қарсы шкалалар мен шкалалар көрсетуін айнадан бейнеленуін жазатын көру түтіктерін бекітеді.

Сынақ процесінде әрбір машинаның әрбір қысқышы белгілі бұрышқа бұрылады. Үлгінің бұралу бұрышы осы бұрыштар айырымына тең. Бірақ, оған үлгі бүршіктері мен қысқыштардың паразит деформациясы кіреді. Оларды жою үшін бұралу бұрышын l ₀ есептеу ұзындығы бойынша анықтайды, бұл кезде айнаны бүршіктен біршама ара қашықтыққа орнатады:

φ=φ ₁ -φ ₂

кіші бұрыштар облысында tg2φ ₁ ≈2φ ₁ =a ₁ -a ₂ /L; tg2φ ₂ ≈2φ ₂ =b ₁ -b ₂ /L

мұндағы, a ₁ , a ₂ - бұраудан кейінгі шкалалар шамалары;

b ₁ -b ₂ - бастапқы шамалар.

Сонда бұралу бұрышы:

φ=φ ₁ -φ ₂ = (a ₁ -a ₂ ) -( b ₁ -b ₂ ) /2L=Δ/2 L

айналдыру моменті шамасын және бұрау бұрышын біле отырып, М _кр -φ координаталарында бұрау диаграммасын тұрғызуға болады

Динамикалық сынақтарды металл материалдардың соққы жүктемелеріне қарсы тұра алуы мен олардың морт сынуға бейімділігін анықтау үшін жүргізіледі. Оның ішінде кеңінен тарағаны үлгілерді июге кесумен сынау болып табылады. Сол сияқты, динамикалық созу, сығу, және бұрау әдістемелері де пайдаланылады.

Динамикалық сынақтар кезіндегі деформация және деформауциялану жылдамдықтары статикалықпен салыстырғанда біршама жоғары. \

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.