Modul elastičnosti čelika: opći pojmovi, mehanička svojstva

Anonim
Glavni zadatak projektiranja je odabir optimalnog dijela profila i materijala konstrukcije. Morate pronaći točno onu veličinu koja će osigurati očuvanje oblika sustava s minimalnom mogućom masom pod utjecajem opterećenja. Na primjer, koji se čelik treba koristiti kao nosač raspona strukture? Materijal se može koristiti neučinkovito, instalacija postaje kompliciranija i struktura postaje teža, a financijski troškovi se povećavaju. Na ovo pitanje odgovorit će takav koncept kao modul elastičnosti čelika. On će dopustiti u najranijoj mogućoj fazi da izbjegne pojavu tih problema.

Opći pojmovi

Modul elastičnosti (Youngov modul) je pokazatelj mehaničkih svojstava materijala, koji karakterizira njegovu otpornost na vlačnu deformaciju . Drugim riječima, to je vrijednost plastičnosti materijala. Što su veće vrijednosti modula elastičnosti, manje će se istezati bilo koji štap ispod inače jednakih opterećenja (površina poprečnog presjeka, veličina opterećenja i dr.).

Youngov modul u teoriji elastičnosti označen je slovom E. To je komponenta Hookeovog zakona (o deformaciji elastičnih tijela). Ova vrijednost povezuje naprezanja koja nastaju u uzorku i njegovu deformaciju.

Ta se vrijednost mjeri prema standardnom međunarodnom sustavu jedinica u MPa (Megapascals) . Ali u praksi, inženjeri su skloniji koristiti dimenziju kgf / cm2.

Ovaj se pokazatelj određuje eksperimentalno u znanstvenim laboratorijima. Bit ove metode je razbijanje uzoraka materijala u obliku bućice na posebnoj opremi. Nakon što su prepoznali izduženje i napetost pri kojoj se uzorak srušio, oni dijele varijabilne podatke jedan u drugi. Dobivena vrijednost je modul elastičnosti (Young).

Tako se određuje samo Youngov modul elastičnih materijala: bakar, čelik i tako dalje. Krhki materijali su komprimirani sve dok se ne pojave pukotine: beton, lijevano željezo i slično.

Mehanička svojstva

Tek kada se radi na napetosti ili kompresiji (modul elastičnosti) elastičnosti, pomaže se pogoditi ponašanje materijala . No, prilikom savijanja, rezanja, drobljenja i drugih opterećenja morat ćete unijeti dodatne parametre:

  1. Krutost je proizvod poprečnog presjeka profila prema modulu elastičnosti. Ovom vrijednošću se može procijeniti plastičnost gradilišta kao cjeline, a ne zasebno materijal. Jedinica mjere je kilogram sile.
  2. Uzdužno izduženje je omjer apsolutnog izduženja materijala uzorka i njegove ukupne duljine. Primjerice, jedna šipka čija je duljina 200 milimetara primijenjena je neka sila. Kao rezultat, postalo je kraće za 5 milimetara. Kao rezultat, produljenje će biti 0, 05. Ta količina je bezdimenzionalna. Za prikladniju percepciju, ponekad se pretvara u postotke.
  3. Bočno izduženje izračunava se na isti način kao i uzdužno izduženje, ali umjesto dužine uzima se promjer štapa. Eksperimentalno je utvrđeno da je za veću količinu materijala poprečno manje od uzdužnog izduženja za približno 4 puta.
  4. Poissonov omjer. To je odnos relativnog uzdužnog i relativnog poprečnog naprezanja. S tom vrijednošću moguće je u potpunosti opisati pod utjecajem opterećenja promjene oblika.
  5. Modul smicanja opisuje elastična svojstva pod utjecajem tangencijalnih svojstava na uzorku. Drugim riječima, kada je vektor sile usmjeren na površinu tijela na 90 stupnjeva. Primjer takvog opterećenja je rad čavala za drobljenje, zakovice za smicanje itd. Ovaj parametar se odnosi na viskoznost materijala.
  6. Modul rasutosti karakterizira promjenu volumena uzorka za svestranu primjenu jednolikog opterećenja. Ova vrijednost je omjer skupnog tlaka u odnosu na ukupni pritisak kompresije. Kao primjer možemo uzeti materijal uronjen u vodu, na koji utječe pritisak tekućine na cijelom području.

Osim navedenog, vrijedi spomenuti da neki materijali imaju različita mehanička svojstva ovisno o smjeru opterećenja . Takvi se materijali nazivaju anizotropni. Primjeri za to su tkanine, neke vrste kamena, laminirana plastika, drvo i tako dalje.

Materijali su izotropna mehanička svojstva, a elastična deformacija u bilo kojem smjeru je ista. Takvi materijali uključuju metale: aluminij, bakar, lijevano željezo, čelik itd., Kao i gumu, beton, prirodni kamen, ne-laminirane plastike.

Modul elastičnosti

Vrijedi napomenuti da je ova vrijednost promjenjiva. Čak i za jedan materijal, može imati različito značenje ovisno o točkama u kojima je sila primijenjena. Neki plastično-elastični materijali imaju gotovo konstantnu vrijednost modula elastičnosti pri radu kako u zategnutosti tako iu tlaku: čelik, aluminij, bakar. Postoje i situacije u kojima se ova vrijednost mjeri oblikom profila.

Neke vrijednosti (vrijednost je izražena u milijunima kgf / cm2) :

  1. Aluminij - 0, 7.
  2. Drvo preko vlakana - 0, 005.
  3. Drvo uz vlakna - 0, 1.
  4. Beton - 0.02.
  5. Kameni granitni zidovi - 0, 09.
  6. Kameno zidanje - 0, 03.
  7. Bronca - 1, 00.
  8. Brass - 1.01.
  9. Sivi lijev - 1.16.
  10. Bijelo željezo - 1.15.

Razlika u modulu elastičnosti čelika ovisno o njihovim markama:

  1. Noseći čelici (SH-15) - 2.1.
  2. Proljeće (60S2) i umrijeti (9HMF) - 2.03.
  3. Nehrđajući (12X18H10T) - 2.1.
  4. Nisko legirana (40X, 30HGSA) - 2, 05.
  5. Uobičajena kvaliteta (članak 6., članak 3.) - 2.00.
  6. Visoka kvaliteta konstrukcije (45.20) - 2.01.

Ova se vrijednost također razlikuje ovisno o vrsti najma:

  1. Kabel s metalnom jezgrom - 1, 95.
  2. Pletena užad - 1.9.
  3. Žica velike čvrstoće - 2.1.

Kao što se može vidjeti, odstupanja vrijednosti modula elastične deformacije čelika su neznatna. Zbog toga većina inženjera, provodeći svoje kalkulacije, zanemaruje pogreške i uzima vrijednost 2, 00.