Știința materialelor, factori care afectează indicele forței

Limitele de performanță ce rezultă din rezistența materialelor (în special rezistența la compresiune) sunt condiționate, deoarece testul asupra rezultatului final sunt afectate semnificativ de factori cum ar fi:







- mărimea și forma eșantioanelor;

- timpul și viteza aplicării sarcinii;

- condițiile de încercare pentru căldură și umiditate;

- Metodele de testare și caracteristicile de proiectare ale mașinilor de încercat.

mărimea efectului și forma probelor la indicatori de rezistență final asociate cu compresie două poziții: formarea unei forțe de tracțiune și la compresiune transversală în prezența unui volum mai mare al eșantionului mai multe defecte structurale care afectează proprietățile de rezistență ale materialului.

Atunci când se comprimă uniaxial, datorită prezenței suprafețelor verticale libere pe specimen, se formează forțe transversale de tracțiune. Între fețele suport ale eșantionului și plăcile de presare, aceste forțe sunt echilibrate de forțele de frecare. Pe măsură ce distanța de la suprafața eșantionului scade, acțiunea forțelor de frecare scade și forțele de tracțiune cresc, ajungând maxim la mijlocul eșantionului (în înălțime).

Cu cât distanța dintre plăcile de referință ale eșantionului este mai mare în timpul comprimării, cu atât forțele de fricțiune din mijlocul eșantionului sunt mai mici și forțele de tracțiune rezultate mai mari. Prin urmare, rezistența la compresiune a probelor de formă cubică este mai mare decât cea a prismei.

Fig. 4.27. Scheme de comprimare a probelor: a - expansiune transversală atunci când se comprimă corpuri elastice; b - modificarea forțelor de frecare în timpul comprimării corpurilor fragile de formă cubică și prismatică

Distribuția aleatorie a neomogenităților structurale în volumul și suprafața probei conduce la o valoare diferită a rezistenței în diferite părți locale ale structurii. Rezistența maximă a întregului eșantion este determinată de puterea celei mai slabe părți.

Probabilitatea întâlnirii unui punct slab în eșantion este mai mare, cu atât volumul său este mai mare. Prin urmare, tensiunea de rupere a probelor mici este mai mare decât cea a celor mai mari. Acest lucru se observă în special atunci când se compară rezistența la tracțiune a articolelor care diferă brusc în secțiunea transversală, cum ar fi o tijă, o sârmă sau o fibră. Cu cât secțiunea produsului este mai mică, cu atât este mai mică volumul specific și suprafața sa și, prin urmare, probabilitatea defectelor este mai mică (Tabelul 4.11).

Caracteristicile de rezistență ale materialelor de diferite forme

Datorită acestor caracteristici în construcție sunt din ce în ce cabluri utilizate și frânghii, împletite din sârmă fină, și industriile textile - fire, țesute din cele mai fine fibre.

Trebuie remarcat faptul că un număr semnificativ de defecte sub forma microfracturilor, proeminențelor, rugozităților etc. este formată pe suprafața articolului, deoarece în timpul formării structurii, stratul de suprafață prezintă tensiuni mai mari decât straturile interioare ale materialului. Lustruirea suprafețelor neutralizează aceste defecte, iar acoperirile protectoare împiedică dezvoltarea acestora, mărind puterea produsului.







Influența timpului și a vitezei de aplicare a sarcinii. La testarea probelor, valoarea stresului distructiv este, de regulă, mai mare dacă eșantionul este distrus într-o perioadă scurtă de timp. Dimpotrivă, valoarea stresului distructiv al aceleiași probe, distrusă lent, se dovedește a fi mai mică.

Dependența rezistenței la tracțiune sub sarcină statică pe timpul de aplicare a sarcinii este determinată de natura fracturii, care la rândul său depinde de tipul de material și tipul legăturii chimice și interacțiune intermoleculară.

În ceea ce privește distrugerea de materiale fragile considerate ca un proces de nucleație și creșterea de fisuri și pori, în timp ce punctele de aplicare a sarcinii până la sfărâmare caracterizează Lucrabilitate, care în materiale numite durabilitate.

Investigarea multor materiale cristaline și amorfe a arătat că, pe o gamă largă de temperaturi și solicitări, durabilitatea t sub tensiune este determinată de relația:

t = to · exp (Uo - sV) / kT,

unde este perioada vibrațiilor termice ale atomilor într-un solid, c;

Uo este energia aproape de energia de sublimare a materialului, J;

s este tensiunea, MPa;

T este temperatura absolută, K;

k este constanta Boltzmann, J / K.

Pentru materialele fragile, pentru toate valorile practice ale lui t, există

aproape constantă, limitând pentru fiecare material s0, deasupra căruia eșantionul se prăbușește aproape instantaneu, și mai jos - trăiește pe termen nelimitat. Această valoare este considerată a fi forța finală a materialului.

Efectul efectelor căldurii umiditate .Pentru cele mai multe materiale fragile și ductile creșterea temperaturii în timpul testului reduce caracteristicile de rezistență ale probelor, în special atunci când se întinde și îndoire. Acest lucru se datorează fenomenului de expansiune a temperaturii și o creștere a distanței interatomice. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, cu mici abateri de la o temperatură normală (18 ÷ + 20 ° C), modificări de rezistență sunt nesemnificative.

La temperaturi mai mari (400 ÷ 800 ° C), diferite materiale se comportă diferit. De exemplu, ceramica poate crește, datorită sale de rezistență la închidere (vindecare) fisuri și produse Bezobzhigovye în principal materiale de hidratare, reduce drastic caracteristicile sale de rezistență.

La temperaturi de peste 1000 ÷ 1300 ° C, o rezistență la rupere a materialului ceramic la flexiune depinde de conținutul și proprietățile fazei cristaline, iar comprimarea - conținutul și proprietățile fazei sticloase. Materialele de hidratare la astfel de temperaturi sunt distruse.

Pentru majoritatea materialelor polimerice, creșterea temperaturii reduce rezistența probelor. Cu toate acestea, pentru polimerii care realizează capacitatea macromoleculelor de a se deforma (elastic), se observă un interval de temperatură pentru anomalia dependenței de temperatură. În acest interval, cu creșterea temperaturii, orientarea macromoleculelor crește înainte de ruperea eșantionului. Mai mult, cu cât orientarea este mai mare, cu atât rezistența eșantionului este mai mare. Acest fenomen se suprapune tendinței generale de scădere a rezistenței cu o creștere a temperaturii de testare.

Conținutul de umiditate al mediului și al materialului are în majoritatea cazurilor un efect negativ asupra caracteristicilor sale de rezistență. Scăderea puterii este cauzată de o serie de motive:

- acțiunea mediului activ de adsorbție (efectul Rebinder);

- dizolvarea contactelor metastabile ale interacțiunii cristalelor care constituie structura materialului;

- umflarea mineralelor din argilă prezente în unele materiale etc.

Mediul de vapori, adică Acțiunea comună a temperaturii și a vaporilor saturați de apă are un efect și mai mare asupra caracteristicilor de rezistență ale materialelor (Tabelul 4.12).

Influența efectelor de căldură și umiditate asupra rezistenței la compresiune (MPa) a unor materiale







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: