Механические испытания

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Универсальная разрывная машина для механических испытаний
Испытания на изгиб

Механические испытания (англ. mechanical testing) — испытания, проводимые для экспериментального определения количественных и (или) качественных механических характеристик объекта испытаний или исследования его напряженно-деформированного состояния[1].

Общие понятия[править]

Механические испытания материалов необходимы для получения характеристик их механических свойств, которые можно было бы использовать не только при расчетах на прочность деталей машин и сооружений, но и при оценке качества продукции производителей конструкционных материалов.

Для оценки напряженного состояния допустимо применение тех же гипотез о строении и свойствах материалов, которые делаются в дисциплине «Сопротивление материалов».

Так как условия работы конструкционных материалов различны, созданы соответствующие разнообразные виды и методы испытаний. При механических испытаниях преимущественно все наблюдения и расчеты напряженного состояния осуществляют в макроскопических объемах. Как исключение, в отдельных случаях прибегают и к наблюдениям в микрообъемах.

При всех видах механических испытаний воспроизводят по возможности на образцах такие же внешние воздействия, которым материал подвергается в реальных условиях эксплуатации. Характеристики механических свойств, получаемые при этом, преимущественно не являются абсолютными, поскольку в значительной степени зависят от условий проведения испытаний. Это вызывает необходимость унификации методов механических испытаний с целью получения сравнимых данных. Унификация методов испытаний реализуется и совершенствуется на уровне государственных стандартов и международных рекомендаций.

Классификация механических испытаний[править]

Механические испытания различаются по способу нагружения образцов и характеру его изменения во времени.

По способу нагружения[править]

Используют два способа нагружения образца:

  • жесткое — обеспечивается путем его деформации с заданной скоростью и измерения сил сопротивления образца этой деформации;
  • мягкое, реализуемое приложением по заданному закону нагрузки к образцу с измерением при этом возникающей деформации.

Первый способ используется практически во всех разновидностях статических испытаний. Наиболее распространенные примеры применения второго способа нагружения — испытания на ползучесть и длительную прочность.

По характеру изменения нагрузки во времени[править]

По характеру изменения во времени нагрузки механические испытания подразделяют на статические, динамические, циклические и технологические.

Статическое испытание — испытание объекта статическим нагружением[2] и отличается плавным, относительно медленным изменением нагрузки образца и малой скоростью его деформации, а также такой малой величиной ускорения движущихся частей испытательной машины, что возникающими в них силами инерции можно пренебречь. Во время статических испытаний можно методом простого статического равновесия с достаточной точностью определять усилия и деформации, величину работы при деформировании в любой момент исследования, а также длительную прочность.

Важнейшими являются следующие разновидности статических испытаний, отличающиеся схемой приложения нагрузок к образцу (т.е. схемой напряженного состояния): одноосное растяжение[3][4], одноосное сжатие, изгиб[5][6], кручение[7], растяжение и изгиб образцов с надрезом и трещиной (плоские и объемные виды напряженного состояния).

Динамические испытания — испытания объекта динамическим нагружением[2] и характеризуются приложением к образцу нагрузок с резким изменением их величины и большой скоростью деформации. Динамическую нагрузку преимущественно создают ударом свободно падающей тяжелой массы (испытания на удар). В результате в отдельных частях образца и испытательной машины возникают значительные силы инерции. Поэтому для измерения усилий метод статического равновесия здесь использовать нельзя. В результате динамических испытаний определяют величину полной или удельной работы динамической деформации, а также величину остаточной деформации образца (абсолютной или относительной). Данных о величине напряжений и деформаций в процессе этих испытаний, как правило, не получают, хотя в принципе это возможно. Динамические испытания чаще всего проводят по схеме изгиба. К динамическим испытаниям относятся также испытания на линейные постоянные ускорения, действие вибраций (вибрационные испытания) и акустического шума.

Циклические испытания — испытания объекта циклическим нагружением[2]. Такие испытания обычно являются длительными (от нескольких до сотен часов). По результатам циклических испытаний определяют число циклов до разрушения при различных значениях напряжений, а в итоге — предел выносливости — то предельное напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения. При испытаниях на усталость используют различные схемы приложения нагрузок к образцу: изгиб, растяжение — сжатие, кручение[8].

В условиях циклических нагрузок по схемам трехточечного изгиба или в условиях затухающих крутильных колебаний проводят динамический механический анализ (ДМА) материалов в процессе их старения с целью определения изменения во времени комплексного динамического модуля[9].

Прибор для испытания на твердость по Роквеллу

Технологические испытания — испытания, проводимые во время изготовления продукции с целью оценки ее технологичности[2] и проводят для оценки поведения материала при обработке давлением (испытания на изгиб[5], перегиб, выдавливание).

Кроме рассмотренных, различают еще две специфические группы испытаний. Первая из них — это испытания на твердость — кратковременные испытания объекта нагружением, создающим местные контактные напряжения[2], которые проводятся с целью определения характеристик твердости, в которых оценивают различные характеристики сопротивления проникновению более твердого тела (индентора) в поверхностный слой образца. Большинство разновидностей испытаний на твердость имеют статический характер.

Вторая группа — испытания на ползучесть и длительную прочность — длительные испытания воздействием на объект постоянного напряжения при постоянной температуре, проводимые с целью определения характеристик сопротивления ползучести и предела длительной прочности[2].

Их обычно проводят при повышенных температурах для оценки характеристик жаропрочности. Образцы в течение всего испытания находятся под постоянной нагрузкой. При испытании на ползучесть измеряют величину деформации в функции от времени при различных напряжениях на образце, а в результате испытаний на длительную прочность оценивают время до разрушения под действием различных напряжений.

Приведенная классификация демонстрирует, что методы проведения испытаний весьма разнообразны. К тому же они могут проводиться при различных температурах, в различных средах, после различных видов термообработки и т.д. Это закономерно, поскольку отражает разнообразие условий эксплуатации и обработки материалов, которые пытаются моделировать в условиях испытаний.

Обязательные виды механических испытаний[править]

  1. на статическое растяжение — для сосудов всех групп;
  2. на статический изгиб или сплющивание — для сосудов всех групп;
  3. на ударный изгиб — для сосудов, предназначенных для работы при давлении более 5 МПа (50 кгс/см²) или температуре выше 450°С, и сосудов, изготовленных из сталей, склонных к подкалке при сварке;
  4. на ударный изгиб — для сосудов 1, 2, 3-й групп, предназначенных для работы при температуре ниже минус 20 °С.

Испытания на ударный изгиб сварных соединений проводятся для сосудов и их элементов с толщиной стенки 12 мм и более при температуре 20 °С.

Из каждого контрольного стыкового сварного соединения должны быть вырезаны:

  1. два образца для испытания на статическое растяжение;
  2. два образца для испытания на статический изгиб или сплющивание;
  3. три образца для испытания на ударный изгиб.

Испытания на статический изгиб контрольных стыков трубчатых элементов сосудов с условным проходом труб менее 100 мм и толщиной стенки менее 12 мм могут быть заменены испытанием на сплющивание.

Механические испытания сварных соединений должны выполняться в соответствии с требованиями государственных стандартов.

Временное сопротивление разрыву металла сварных швов при 20 °С должно соответствовать значениям, установленным в НД на основной металл.

Испытания сварных соединений на ударный изгиб проводятся на образцах с надрезом по оси шва со стороны его раскрытия, если место надреза специально не оговорено в технических условиях на изготовление или в инструкции по сварке и контролю сварных соединений.

Испытания на ударный изгиб проводятся на образцах KCU или KCV по требованию стандарта или ТУ на изготовление изделия.

Примечания[править]

  1. ↑ ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність. Терміни та визначення основних понять.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 ДСТУ 2824-94 Розрахунки та випробування на міцність. Види i методи механічних випробувань. Терміни та визначення.
  3. ↑ ДСТУ EN 10002-1:2006 Матеріали металеві. Випробування на розтяг. Частина 1. Метод випробування за кімнатної температури (EN 10002-1:2001, IDT).
  4. ↑ ДСТУ EN 10002-5:2006 Матеріали металеві. Випробування на розтяг. Частина 5. Метод випробування за підвищених температур (EN 10002-5:1991, IDT).
  5. ↑ 5,0 5,1 ДСТУ ISO 7438:2005 Матеріали металеві. Випробування на згин (ISO 7438:1985, IDT)
  6. ↑ ГОСТ 4648-71 Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб
  7. ↑ ГОСТ 3565-80 Металлы. Метод испытания на кручение.
  8. ↑ ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.
  9. ↑ Meyers and Chawla (1999): "Mechanical Behavior of Materials, " p. 98-103.

Литература[править]

  • Пчелінцев В. О. Механічні властивості та конструкційна міцність матеріалів Архивировано из первоисточника 17 жовтня 2013. [Текст]: навч. посіб. / В. О. Пчелінцев, А. І. Дегула. — Суми: СумДУ, 2012. — 247 с. — ISBN 978-966-657-449-0
  • Фридман Я. Б. Механические свойства металлов: в 2 ч. — 3-е изд. — Ч. 2: Механические испытания. Конструкционная прочность. — М.: Машиностроение, 1974. — 368 с.
  • ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.
Руниверсалис

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Руниверсалис» («Руни», руни.рф) под названием «Механические испытания», расположенная по адресу:

—«https://руни.рф/index.php/Механические_испытания»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA.

Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Механические_испытания&oldid=2610482