Modul pružnosti oceli: obecné pojmy, mechanické vlastnosti

Anonim
Hlavním úkolem konstrukčního návrhu je výběr optimálního profilu profilu a materiálu konstrukce. Musíte najít přesně velikost, která zajistí zachování tvaru systému s minimální možnou hmotností pod vlivem zatížení. Například, která ocel by měla být použita jako rozpěrný nosník konstrukce? Materiál lze použít neefektivně, instalace se stává složitější a struktura se stává těžší a finanční náklady rostou. Tato otázka bude zodpovězena takovým pojmem jako modul pružnosti oceli. V nejbližší možné fázi umožní vyhnout se těmto problémům.

Obecné pojmy

Modul pružnosti (Youngův modul) je indikátorem mechanických vlastností materiálu, který charakterizuje jeho odolnost proti deformaci v tahu . Jinými slovy, toto je hodnota plasticity materiálu. Čím vyšší hodnoty modulu pružnosti, tím méně tyčí se protáhne za jinak stejných zatížení (plocha průřezu, velikost zatížení a další).

Youngův modul v teorii pružnosti je označen písmenem E. Jedná se o součást Hookova zákona (o deformaci pružných těles). Tato hodnota se týká napětí vznikajícího ve vzorku a jeho deformace.

Tato hodnota se měří podle standardního mezinárodního systému jednotek v MPa (Megapascals) . V praxi jsou však inženýři ochotnější používat rozměr kgf / cm2.

Tento ukazatel je určován experimentálně ve vědeckých laboratořích. Podstatou této metody je rozbít činky ve tvaru činky ve speciálním zařízení. Po rozpoznání prodloužení a napětí, při kterém se vzorek zhroutil, rozdělují proměnná data do sebe. Získaná hodnota je modul pružnosti (Young).

Tudíž je určen pouze Youngův modul pružných materiálů: měď, ocel a tak dále. A křehké materiály jsou stlačovány do té doby, než se objeví praskliny: beton, litina a podobně.

Mechanické vlastnosti

Pouze při práci v tahu nebo stlačení (modul pružnosti) pružnosti pomáhá odhadnout chování materiálu . Při ohýbání, řezání, drcení a jiných nákladech budete muset zadat další parametry:

  1. Tuhost je součinem průřezu profilu modulem pružnosti. Touto hodnotou lze posoudit plasticitu staveniště jako celek, a nikoli materiál zvlášť. Měrnou jednotkou je kilogram síly.
  2. Podélné prodloužení je poměr absolutního prodloužení materiálu vzorku k jeho celkové délce. Například, bar, jehož délka je 200 milimetrů, byl aplikován určitou silou. V důsledku toho se zkrátila o 5 milimetrů. Výsledkem je, že prodloužení bude 0, 05. Toto množství je bezrozměrné. Pro pohodlnější vnímání se někdy přemění na procenta.
  3. Boční prodloužení se vypočítá stejným způsobem jako podélné prodloužení, ale místo délky se vezme průměr tyče. Bylo experimentálně zjištěno, že pro větší množství materiálu je příčný průřez menší než podélné prodloužení přibližně čtyřikrát.
  4. Poissonův poměr. To je poměr relativního podélného a relativního příčného napětí. S touto hodnotou je možné plně popsat vlivem změny tvaru.
  5. Modul smyku popisuje elastické vlastnosti pod vlivem tangenciálních vlastností na vzorku. Jinými slovy, když je vektor síly nasměrován na povrch těla v úhlu 90 stupňů. Příkladem takových zátěží je práce hřebíků pro drcení, nýty pro stříhání atd. Tento parametr souvisí s viskozitou materiálu.
  6. Objemový modul charakterizuje změnu objemu vzorku pro univerzální aplikaci rovnoměrného zatížení. Tato hodnota je poměr objemového tlaku k objemové kompresní deformaci. Jako příklad můžeme uvažovat materiál ponořený ve vodě, který je ovlivněn tlakem tekutiny po celé jeho ploše.

Kromě výše uvedeného stojí za zmínku, že některé materiály mají různé mechanické vlastnosti v závislosti na směru zatížení . Takové materiály se nazývají anizotropní. Příkladem jsou tkaniny, některé druhy kamene, laminované plasty, dřevo a tak dále.

Materiály jsou izotropní mechanické vlastnosti a elastická deformace jsou v každém směru stejné. Mezi tyto materiály patří kovy: hliník, měď, litina, ocel atd., Jakož i pryž, beton, přírodní kameny, nelaminované plasty.

Modul pružnosti

Stojí za zmínku, že tato hodnota je proměnná. I pro jeden materiál může mít jiný význam v závislosti na bodech, ve kterých byla síla aplikována. Některé plastické elastické materiály mají téměř konstantní hodnotu modulu pružnosti při práci jak v tahu, tak i v tlaku: ocel, hliník, měď. A existují situace, kdy je tato hodnota měřena tvarem profilu.

Některé hodnoty (hodnota je uvedena v milionech kgf / cm2) :

  1. Hliník - 0, 7.
  2. Dřevo napříč vlákny - 0, 005.
  3. Dřevo podél vláken - 0, 1.
  4. Beton - 0, 02.
  5. Kamenné žulové zdivo - 0.09.
  6. Kamenné zdivo - 0, 03.
  7. Bronz - 1, 00.
  8. Mosaz - 1, 01.
  9. Šedá litina - 1.16.
  10. Bílé železo - 1.15.

Rozdíl v modulu pružnosti ocelí v závislosti na jejich značkách:

  1. Ložiskové oceli (SH-15) - 2.1.
  2. Jaro (60С2) a zemřít (9ХМФ) - 2, 03.
  3. Nerez (12X18H10T) - 2.1.
  4. Nízkolegované (40X, 30HGSA) - 2, 05.
  5. Normální kvalita (článek 6, článek 3) - 2.00.
  6. Stavební vysoká kvalita (45, 20) - 2, 01.

Tato hodnota se také liší v závislosti na typu pronájmu:

  1. Kabel s kovovým jádrem - 1, 95.
  2. Opletené lano - 1.9.
  3. Vysoce pevný drát - 2.1.

Jak je vidět, odchylky hodnot modulu pružné deformace oceli jsou zanedbatelné. Z tohoto důvodu většina inženýrů, provádějících jejich výpočty, zanedbává chyby a má hodnotu 2, 00.