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

так как изготовление образцов с головками, особенно из хрупких материалов, значительно сложнее. На изгиб испытывают прямоугольные или цилиндрические стержни. Для определения свойств отливок нз чугуна используют цилиндрические образцы диаметром 30+1 н длиной 340 илн 650 мм (при растяжении между опорами 300 и 600 мм соответственно). Для исследовательских целей испытания на изгиб обычно ведут на цилиндрических образцах с с/о - = 2ч-10 мм и расстоянием между опорами 1\Ыо или плоских образцах с высотой 6=1-нЗ, шириной /i = 3-15 мм

и tlOh, Для оценки характеристик конструкционной прочности рекомендуется применять образцы большого сечения до 30X30 мм.

Испытания на изгиб можно проводить на любой универсальной испытательной машине, используемой для испытаний на растяжение. Образец устанавливают на опорную плиту в нижнем захвате и деформируют изгибающим ножом, крепящимся в верхнем захвате машины. Для уменьшения трения опоры, на которых лежит образец, часто делают из роликоподшипников. Образец изгибается при опускании верхнего илн подъеме нижнего захвата. При этом на диаграммной ленте может быть записана диаграмма изгиба в координатах нагрузка Р-стрела прогиба /. Для пластичного материала диаграмма изгиба выглядит так, как показано на рнс. 106. Если материал хрупкий, то кривая обрывается в точке Ь. Знание величины нагрузок Рпц, Рупр, Рт, Рь позволяет определять пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности прн изгибе. Напряжения на стадии упругой деформации рассчитывают по обычным формулам сопротивления материалов.

Условное нормальное напряжение в крайнем растянутом волокне o = M/W, где М - изгибающий момент, а W - момент сопротивления сечения. В случае нагружения сосредоточенной силой (см. рис. 105, а) М = Р1/4. Для прямоугольного образца W=bh/6, а для цилиндрического W=ndlj2.

Следовательно, рабочей формулой для расчета упругих напряжений при изгибе образцов прямоугольного се-

Рис 106 Диаграмма изгиоа

чения является

о = ЗР 2№, (62)

а для цилиндрических образцов

и = BPl/ndl (63)

По формулам (62) и (63) часто рассчитывают все прочностные характеристики при изгибе. Но достаточно точные результаты получаются только при определении пределов пропорциональности и упругости.

Из-за неравномерности распределения напряжений по сечению изгибаемого образца определяют два предела текучести - номинальный и реальный. Номинальный предел текучести при изгибе рассчитывают по формулам (62) и (63), предполагая, что напряжения линейно возрастают от оси образца до его поверхности, где и достигается заданный допуск на удлинение. Реальный предел текучести определяют с учетом действительного распределения напряжений по сечению как истинное напряжение, при котором в поверхностных волокнах возникает остаточная деформация заданной величины.

На практике чаще находят номинальный предел текучести, используемый в инженерных расчетах. Для большинства металлических материалов он на 20% выше условного предела текучести при одноосном растяжении.

Предел прочности при изгибе можно рассчитать по формулам (62) и (63) только в случае хрупкого разрушения. При значительных пластических деформациях эти формулы, строго говоря, неприменимы.

Графические методы определения прочностных свойств но первичной диаграмме изгиба (см. рис. 106) аналогичны применяемым при растяжении. Допуски на величину деформации при определении о, а5И Оозадаются по величине стрелы прогиба, которая связана с относительным удлинением крайнего растянутого волокна в изогнутом образце. Для прямоугольного стержня f=m/6h. Отсюда при опрел,елении пределов текучести допуск на остаточный прогиб /о.2, соответствующий удлинению крайнего волокна на 0,2 %, будет /0,2=0,002/2/6Д.

Если номинальный предел текучести рассчитывается по усилию Рт на первичной диаграмме изгиба (см. рнс. 106), то для определения реального предела текучести рекомендуется проводить испытание на чистый изгиб прямоугольного образца и строить диаграмму наибольшее нормальное напряжение Smax-максимальный сдвиг gmax

путем последовательного пересчета из диаграмм Р-/ и

Л1„зг -б: Мнзт=Р1/2, Ь=Щ/1К При этом 8тгх=-[2(2М,,т

~{-QdMn3r/dQ)]lbh, где G - угол наклона касательной к упругой линии изогнутого образца, Q=lb/h; dM/dd - касательная к кривой Л1иэг = /(в).

Реальный предел текучести So,2 находят графически по диаграмме Smax-gmax при допускс, соответствующем 6 = = 0,2 %. Величина So,2 при изгибе близка к oo.z при растяжении.

Прн испытаниях на изгиб, как и в случае сжатия, достаточно пластичные материалы не разрушаются. Обра-

Рис. 107. Технологическая проба на изгиб:

а - образец перед испытанием; б - загиб до определенного угла; в -aa--гнб до параллельности сторон; г-загиб до соприкосновения сторон

зец При этом загибается вплоть до параллельности его частей, расположенных по обе стороны от ножа (рис. 107, в). Материалы, которые разрушаются при изгибе, могут предварительно деформироваться на разную величину. Разрушение может произойти в любой точке диаграммы изгиба (см. рис. 106). У пластически деформирующихся образцов точка максимума Ь на диаграмме часто совпадает с появлением первой трещины. Иногда образование трещин сопровождается резкими спадами нагрузки на правой ветви диаграммы (штрихпунктир на рис. 106).

В качестве характеристики пластичности прн изгибе, помимо /, часто используют угол загиба р, являющийся

дополнительным до 180° к углу изгиба а (см. рис. 107). Угол р возрастает по мере повышения деформационной способности материала, а угол а уменьшается.

Простота испытания на изгиб и наглядность получаемых при этом характеристик пластичности привели к разработке ряда технологических проб, которые применяются в заводских условиях. Задача всех этих проб-оценить пластичность деформированных полуфабрикатов, отливок и изделий (листов, труб, проволоки и др.). ГОСТ 14019- 80 «Методы испытаний на изгиб» предусматривает изгиб сосредоточенной силой плоских образцов из проката, поковок и отливок, помещаемых на две опоры (см. рис. 107, а). Критерием годности продукции может быть: а) заданный угол загиба образцов р (см. рис. 107,6); б) появление первой трещины после загиба на угол р, равный илн больший заданного; в) возможность загиба пластины до параллельности (см. рис. 107, в) илн соприкосновения сторон (см. рис. 107, г). Существуют также пробы на перегиб листа, ленты (ГОСТ 13813-68) и проволоки (ГОСТ 1579-80), в которых фиксируют заданное число перегибов либо количество перегибов, после которых появились трещины или образец разрушился.

4. Испытания иа кручение

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными крутящими моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, нормальных его продольной оси. В рабочей части образца возникает разноименное плоское напряженное состояние с коэффициентом мягкости ал;0,8, т. е. большим, чем при растяжении. В то же время в отличие от сжатия и изгиба при испытании на кручение до разрушения можно довести любой материал.

Максимальные касательные напряжения при кручении действуют в плоскостях, перпендикулярных оси образца, наибольшие же нормальные напряжения - под углом 45. причем Smax = max. Послс рззрушения срсзом и отрывом получаются характерные формы излома (рис. 108), по которым можно однозначно определить тип разрушения. В отличие от других статических испытаний геометрия излома реальных образцов здесь строго соответствует схемам в табл. 9. Это объясняется тождеством напряженного состояния по всей длине скручиваемого образца от начала испытания до момента разрушения (при однократном

скручивании). Другим важным следствием неизменности напряженного состояния является постоянство рабочей длины и поперечного сечения образца во время испытания.

Описанные особенности испытаний на кручение предопределяют нх важность и распространенность на практике. Особенно часто эти испытания используют для оценки

свойств материалов валов и проволоки. Методика испытаний образцов из любых материалов диаметром не менее 5 мм стандартизована (ГОСТ 3565-80). Образцы должны иметь цилиндрическую рабочую часть и квадратные головки (рис. 108, 109). Образец с диаметром рабочей части 10 и Д1ШШ расчетной длиной 100 или 50 мм принят за нормальный. Допускается использование образцов пропорциональных, геометрически подобных нормальному, а также трубчатых.

Испытания па кручение проводят на специальных машинах, которые должны обеспечивать надежную центровку образца, плавность нагружения и отсутствие изгибающих усилий, возможность достаточно точного задания и измерения величины крутящего момента. Используются машины с горизонтальным и вертикальным расположением образца. Максимальный крутящий момент меняется от 60 Нм до 2 МН-м. Основные узлы этих машин - станина, привод, от которого вращается активный захват, сило-измеритель с несколькими шкалами нагрузок, диаграммный механизм, счетчик оборотов и угломер для определения угла закручивания образца.

На рис. 109 дана принципиальная схема горизонтальной испытательной машины с маятниковым силонзмерителем. Образец J3 крепится Ь захватах 4 я 5. Левый захват 5 не связан с приводом и может перемещаться в горизонтальном направлении по направляющим 7 п 8. Правый захват устанавливается в неподвижном подшипнике 14 и получает вращение от червячного колеса 2, приводимого в движение электродвигателем через редуктор и вал / (возможно вращение и вручную). Число оборотов и угол закручивания активного захвата 4 можно определить по неподвижной круговой шкале с помощью указателя 3, который вращается вместе с захватом. Второй захват 5 жестко связан с тяжелым маятником . Меняя груз илн переставляя

Рис. 108. Вид образцов, разрушенных при кручении путем среза (а) и отрыва (б)

ш о «