Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 [ 30 ] 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

прижим обеспечивает гидравлический цилиндр 4. Рабочее давление (до 50 МПа) подается иа образец через гидроусилитель 5 от иасосиой станции. Величина действующего иа образец давления и прогиб образца фиксируются при помощи теизодатчиков.

Схема двухосного растяжения может быть реализована также в испытаниях на изгиб и одноосное растяжение плоских образцов с надрезом (см. ниже).

2. Испытания на сжатие

Схема одноосного сжатия характеризуется большим коэффициентом мягкости {а = 2) по сравнению с растяжением (а-0,5), поэтому испытаниям на сжатие целесообразно подвергать относительно хрупкие материалы. На практике по этим испытаниям оценивают свойства чугуна и других хрупких сплавов.

Расчет нормальных и касательных напряжений при сжатии и растяжении производят аналогично. В результате пластической деформации при сжатии образец укорачивается и уширяется. Следовательно, вместо измерявшихся после растяжения б и i)? в качестве характеристик пластичности при сжатии можно определять относительное укорочение e=[(/io - кк)/ho]-lOO % и относительное уширение ц = [(Рк - Fo)/Po]-100 %, где ho и Нк - начальхая и конечная высота образца; Fo и Fk - начальная и конечная площади поперечного сечения.

Линейность схем напряженного и деформированного состояния при одноосном сжатии и растяжении обусловливает близость характеристик сопротивления малым деформациям одного материала, испытываемого двумя методами. Но после перехода к существенной пластической деформации (при напряжениях выше предела текучести) схема одноосного сжатия в реальных испытаниях нарушает-csi, и фиксируемые характеристики прочностных свойств уже резко отличаются от определяемых при растяжении. Это связано с трением по опорным поверхностям образца.

Схема испытания на сжатие и геометрия используемых образцов показаны на рис. 101. Испытания проводят на тех же машинах, что и растяжение. Образец устанавливают на опорную плиту в нижнем захвате и сжимают подвижным захватом. Для устранения перекоса образца усилие сжатия следует передавать на него с помощью какого-либо направляющего приспособления, например шарового вкладыша в верхнем захвате (см. рис. 101,а).

По мере сжатия на торцовых поверхностях образца возникают силы трения, направленные по радиусам к его цен-

тру и препятствующие деформации в горизонтальном направлении. В результате образец приобретает характер-н>ю бочкообразную форму (см. рис. 101,а), а схема напряженного состояния усложняется и становится различной в разных точках образца. В точках 7 и 2, например, возникает схема объемного сжатия, а в точке 3- разноименное

Рис. 101. Схема (а) и формы образцов [б-г) для испытания на сжатие

плоское напряженное состояние. Неоднородность напряженного состояния образца в практике не учитывают, рассчитывая прочностные характеристики при сжатии по тем же формулам, что и при растяжении (oi = Pt/Fo). Это придает дополнительную условность определяемым свойствам. Поэтому стараются уменьшить силы трения на опорных поверхностях образца, что достигают обычно одним из следующих способов или их сочетанием:

1) введением различных смазок (вазелин, солидол) и прокладок (тефлон, пропитанная парафином фильтровальная бумага) между торцовыми поверхностями образца и опорными плитами;

2) использованием подкладок и образцов с конической поверхностью на торцах (см. рис. 101, в). Углы конусности

а подбирают так, чтобы tg а был равен коэффициенту трения;

3) помимо конусности, в образце делают центральное отверстие, устраняющее концентрацию напряжений у острия конуса (см. рис. 101,г).

Но полностью устранить контактные силы трения и обеспечить в течение всего испытания линейное напряженное состояние в образце не удается. Это принципиальный недостаток испытаний на сжатие.

Чем меньше отношение высоты образца к диаметру, тем сильнее контактное трение влияет на результаты испытаний. С этих позиций следовало бы проводить испытания на

возможно более длинных образцах. Но при сжатии длинных образцов трудно избежать их продольного изгиба. Как показывает опыт, оптимальной для цилиндрического образца является величина отношения ho/do в пределах 1-3.

Для определения модуля нормальной упругости прн сжатии, пределов упругости и пропорциональности иногда используют плоские образцы в виде пластин толщиной 2-5 мм, длиной 100 и шириной 20 мм. Они испытываются в специальных приспособлениях, обеспечивающих их продольную устойчивость.

При испытании на сжатие машина может зафиксировать первичную диаграмму сжатия - зависимость усилия Р от уменьшения высоты образца (абсолютной деформации) Д/т.. Вид диаграммы сжатия различен для материалов, разрушающихся (рнс. 102,/) и не разрушающихся (см, рис. 102,2) в результате испытания, В отличие от испытаний на растяжение прн сжатии удается разрушить далеко не любой материал. Достаточно пластичные металлы и сплавы при сжатии расплющиваются в тонкие пластины и не разрушаются прн максимально возможных усилиях испытательной машины.

Характер разрушения сжимаемых образцов зависит от величины контактных сил трения. Если они велики, то обычно наблюдается разрушение путем среза (рис. 103, а, б); если же они незначительны, то фиксируется разрешение отрывом .(рис. 103,б).

Рис. 102. Диаграммы сжатия материалов, разрушающихся (/) и не разрушающихся (2) прн испыта!{ни

По диаграмме сжатия определяют условные пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности. Понятно, что условный предел прочности материалов, не разрушающихся при сжатии, определить нельзя. Методика определения прочностных свойств по диаграмме сжатия полностью аналогична методике для растяжения. Прн опреде-

Рис. 103. Схемы разрушения путем срезч (а, б) и отрыва (s) прн испытаниях на сжатие

ленни характеристик сопротивления малым деформациям для повышения точности рекомендуется использовать удлиненные образцы (см. рнс. 101,6) с ho = Bdo. Головки обеспечивают устойчивость образца на опорных плитах и предотвращают изгиб. Для прецизионного определения пределов пропорциональности, упругости и текучести используют, как и при испытаниях на растяжение, тензометры.

Искажение схемы линейного сжатия контактными силами трения затрудняет определение истинной величины сопротивления металла пластической деформации. Но, учитывая правило постоянства объема образца в процессе пластической деформации, можно перестроить первичную диаграмму сжатия Р - Д/г в кривую истинных напряжений S - 8. Поскольку объем образца У= FfjhQ = Fh = const, F = = Foho/h = Fo/{h/hoi { - \) Fo/{I - г). При этом d = dlh/h. Здесь площадь поперечного сечения образца, отвечающая условию постоянства объема и равномерности сжатия по высоте образца, а d - средний диаметр цилиндрического или бочкообразного образца. Отсюда F/Fo -\/{l-e),={F-Fo)/Fo - F/Fo-l = 1/(1-£)-1 = = е/(1-е), е = (р/(1+ф). Истинное напряжение сжатия SP/f = P(l-e)/fo = a(l-e)-0/(1+11)).

Отсюда видно, что при сжатии, в противоположность растяжению, S<a, так как F>Fo. Диаграммы истинных

напряжений при сжатии строят обычно в координатах S-е (рис. 104, /), хотя в качестве меры деформации более строго было бы использовать истинное относительное сжатие

"о

На рис. 104,2 нанесена кривая условных напряжений о - 8, которая при сжатии всегда имеет вид, качественно

аналогичный диаграмме истинных напряжений, поскольку на первичной диаграмме сжатия никогда нет максимума и участка снижения нагрузки.

Значения прочностных характеристик при сжатии, особенно предела прочности, обычно значительно выше, чем при растяжении. Например, по данным Е. М. Савицкого, предел прочности, МПа, редкоземельных металлов при сжатии в 2-3 раза выше, чем при растяжении, что видно из следующих данных:

Рис. 104. Диаграммы истинных (/) н условных (2) напряжений при сжатии

Иттрий Лаитан Церий

Растяжение Сжатие

230 800

130 293

110 300

Схемы сжатия используют в технологических пробах для оценки деформационной способности полуфабрикатов и изделий. Стандартизованы пробы на осадку (ГОСТ 8817-73) и расплющивание (ГОСТ 8818-73). С их помощью по появлению трещин определяют годность или негодность материала после деформации сжатием на заданную величину.

3. Испытания иа изгиб

Применение испытаний на изгиб обусловлено широкой распространенностью этой схемы нагружения в реальных условиях эксплуатации и большей ее мягкостью по сравнению с растяжением, что дает возможность оценивать свойства материалов, хрупко разрушающихся при растяжении. Испытания на изгиб удобны для оценки температур перехода из хрупкого состояния в пластичное (напри-.

мер, у хладноломких о. ц. к. металлов и интерметаллидов).

При испытаниях на изгиб применяют две схемы нагружения образца, лежащего на неподвижных опорах: 1) нагрузка прикладывается сосредоточенной силой на середине расстояния между опорами (рис. 105, а) и 2) нагрузка прикладывается в двух точках на одинаковом расстоянии от опор (см. рис. 105, б). Экспериментально первую схе-

Рнс. 105 Схемы изгиба сосредоточенной силой (а) н двумя симметричными нагрузками (б) с эпюрами изгибающего момента Л1

му реализовать гораздо проще, поэтому она и нашла наибольшее распространение. Следует учитывать, что вторая схема «чистого изгиба» во многих случаях обеспечивает более надежные результаты, поскольку здесь максимальный изгибающий момент возникает на определенном участке длины образца, а не в одном сечении, как при использовании первой схемы.

В изгибаемом образце создается неоднородное напряженное состояние, зависящее от геометрии образца и способа нагружения. При чистом изгибе узких образцов с прямоугольным сечением напряженное состояние в каждой точке можно считать линейным. В широких образцах (с отношением ширины к высоте сечения более трех) при обеих схемах изгиба (см. рис. 105) создается двухосное напряженное состояние из-за затруднения поперечной деформации. Нижняя часть образца оказывается растянутой, верхняя - сжатой. К тому же напряжения, связанные с величиной изгибающего момента, различны по длине и сечению образца. Максимальные напряжения возникают вблизи поверхности. Все это затрудняет оценку средних истинных напряжений и деформаций, строго характеризующих механические свойства при изгибе

Образцы для испытаний на изгиб не имеют головок. Это еще одно преимущество по сравнению с растяжением,