Glavne mehanske lastnosti materialov in njihova uporaba

Poznavanje mehanskih in fizikalnih lastnosti materialov je potrebno za vse tiste, ki morajo kot del svojih storitev izbrati optimalne surovine za izdelavo določenega predmeta. Informacije s tega področja - področje interesa raziskovalcev, fizikov in kemikov, predstavnikov znanstvenih skupnosti drugih disciplin. Razumevanje narave, značilnosti materialov okoli nas dajejo osebi sposobnost ustvarjanja, ustvarjanja novih modelov, edinstvenih po svoji kompleksnosti in trajnosti.

Splošne informacije

Določanje mehanskih lastnosti materialov vključuje prepoznavanje sposobnosti upora obremenitvam, prizadevanja, ki lahko spremenijo obliko materiala in ga uničijo. Najpogosteje v praksi upoštevajo takšne obremenitve, ki se nanašajo na materiale, ki so vključeni v delovni proces oblikovanja kapitalskih objektov. Stavbne konstrukcije so prisiljene upreti številnim pomembnim bremenom, razdeljenim na dve veliki skupini - dinamiko, statiko.

Pri analizi mehanskih lastnosti konstrukcijskih materialov je potrebno upoštevati, da obremenitev iz kategorije statike ne povzroča nastajanja inercijske sile. Tipičen življenjski primer so snežne mase, ki so se nabrale na strehi stavbe. Ampak dinamika - to je hiter učinek, pogosto - samo en trenutek, za katerega je povečanje do največje. Proces spremlja pojav inercialnih sil, ki vplivajo na predmet. Pogosto v resnici najdemo dobro znani primer takega tovora: vlak, ki teče skozi most in deluje na nosilne nosilce konstrukcije.

O čem govorimo?

Znana je široka paleta mehanskih lastnosti materialov: moč, nagnjenost k obrabi, mehkost in deformacija. Pomembna značilnost je trdota surovine. S celovito analizo vseh parametrov posamezne snovi je mogoče odločiti glede njene uporabnosti za določeno nalogo. Trenutno v naši državi obstajajo posebni standardi in zahteve, ki določajo minimalne količinske kazalnike za vse pomembne parametre, tako da postanejo surovine uporabne za določeno nalogo (npr. Gradnja zidov stanovanjske stavbe).

Steady Tin Soldier

V praksi je uporaba mehanskih lastnosti materialov še posebej pomembna na področju ustvarjanja struktur, ki jih uporabljajo ljudje, kot so transport, stanovanjski, industrijski in drugi predmeti, stroji in drugi mehanizmi. Pomembno je, da ti predmeti ohranijo svojo prvotno obliko. Hkrati so koristni tudi taki materiali, ki se lahko razlikujejo po obsegu, obliki, pod vplivom nadzorovanih dejavnikov. Da bi ocenili kakovost nekega materiala v tem pogledu, je razkrita kvantitativna značilnost deformabilnosti - tak parameter, ki odraža, koliko se oblika in volumen popravita ob prisotnosti obremenitve. Običajno je govoriti o absolutnih, relativnih kazalnikih.

Absolutna deformacija je kvantitativna refleksija sprememb dimenzij, ko se pojavi obremenitev. Parameter je opisan z linearnimi enotami. Ta mehanska lastnost je v veliki meri povezana s sestavo materiala. Relativna - odstotna vrednost, ki odraža, koliko se je prostornina preiskovanega objekta spremenila v primerjavi z začetno, ko je bila sila uporabljena.

Veliko možnosti

Pri proučevanju mehanskih in tehnoloških lastnosti materialov je posebna pozornost namenjena dejstvu, da je znotraj iste kategorije obremenitev in parametra, ki je odgovoren za njihovo odpornost, veliko podvrst. Na primer, če govorimo o deformacijah, za popolno študijo vzorca je treba skrbno ovrednotiti zmožnost trdnega zaznavanja stiskanja, upogibanja, torzije, raztezanja, striženja. Na primer, če je potrebno preučiti beton, armiran beton, potem je posebna pozornost namenjena raztezanju, stiskanju, upogibanju - predmeti bodo trčili s takšnimi zunanjimi napori pri namestitvi objekta in njegovem nadaljnjem delovanju.

Obstajajo elastične, plastične deformacije, ki jih sprožijo zunanje obremenitve. Prvi izginejo takoj, ko izvira vir napora, ki ostane dolgo časa. Pogosto imenujemo ostanek. Za kvantifikacijo mehanskih lastnosti in mehanskih lastnosti materialov, vključno z deformabilnostjo, je potrebno najprej analizirati preostale deformacije. Predmet je raziskan v drugem uničenju. V praksi se to pogosto zgodi pri proučevanju vzorcev jekla, ki se uporabljajo kot ojačitve. V času uničenja predmeta razkrivamo, kako velika je preostala razteznost. Tako je mogoče določen vzorec razvrstiti kot plastično skupino ali jo označiti za krhko. Prvi, ko se zrušijo, akumulirajo impresivne preostale deformacijske spremembe, ki se pri tem ne razlikujejo. Baker se razlikuje po plastičnosti, mehkih vrstah jekla, vendar je krhka - kamni, litega železa.

O moči

Pri vseh osnovnih mehanskih lastnostih materialov je temu posebej namenjena posebna pozornost. Opravljena je tudi analiza objektov glede na sposobnost upora obremenitvam, kot so dinamika, statika. Če se uporabi statična sila, se v materialu ustvari notranja napetost. Trdnost kaže, koliko se vrednosti spremenijo, če je nastavljeno stanje obremenitve. Ocenite, kakšne spremembe so opazili v zvezi z elastičnostjo, ali je deformacija, ali je vzorec uničen.

Napetost pri analizi osnovnih mehanskih lastnosti materialov se običajno razume kot tak parameter, ki opisuje silo znotraj preskusnega objekta, ki jo sprožijo obremenitve od zunaj. Parameter se izračuna glede na površino enote. Za določitev pravilnih vrednosti je potrebno opraviti izračune glede na odsek. Parametri, pri katerih telo vstopa v novo stanje, se imenujejo napetosti, ki opisujejo trdnost in trdnost donosa.

Nekatere značilnosti testiranja

Da bi natančno določili kemijske in mehanske lastnosti materialov, je potrebno vzeti prototipe in raziskati njihove reakcije na uporabo različnih obremenitev, zunanjih dejavnikov, spojin. Procesi, ki se pojavljajo s predmetom, so skrbno zabeleženi. Da se izdelek lahko uporablja v obratovanju, mora prikazati parametre, ki ustrezajo standardom, uvedenim v državi. Pogoji za trdnost, odpornost na deformacije, agresivne medije in druge dejavnike so sistematizirani v tabele, predpisane za različne materiale in kategorije materialov. Za določitev standardov za določen predmet uporabite trenutno izdajo GOST-a.

Kot del testiranja so vzorci naloženi. Če je treba raziskati npr. Trdnost, uporabite specializirane stiskalnice - mehanske ali hidravlične. Uporabite lahko stroje, ki lahko upogibajo, trgajo vzorce. Določijo določeno mejo obremenitve in ovrednotijo ​​rezultat njene uporabe, jo popravijo v uradnem vrstnem redu, primerjajo z referenčnim obnašanjem. V nekaterih primerih uporabite tudi posebne formule za izračun kompleksnih deformacij določene snovi.

Izračunajte, primerjajte, analizirajte

Da bi odkrili vpliv mehanskih lastnosti na material in obratno razmerje, je potrebno preveriti, kako se testni objekt odziva na različne zunanje dejavnike. V ta namen so vse informacije, ugotovljene med poskusi, zapisane v tabeli in uporabljene kot osnova za izdelavo diagramov. Grafi odražajo napetost, moč, zmožnost krčenja, raztezanje. Parametri trdnosti omogočajo oceno fizikalnih lastnosti preučevanih surovin in določitev normativnih uporov - osnovnih parametrov, ki se nato uporabijo pri gradnji kompleksnih objektov.

Najlažji način za ocenjevanje fizikalnih in mehanskih lastnosti materialov, če pripadajo številu homogenih. Za določitev standardov odpornosti upoštevamo fizikalne količine, ki so standardne za določeno surovino in jih na zvezni ravni določajo veljavni standardi. Na podlagi skladnosti, pridobljene pri testiranju kazalnikov in preverjene z meroslovnim, materialnim nadzorom, lahko govorimo o uporabnosti predmeta za reševanje problema. Če izdelek ni enak, je treba upoštevati, da je trdnost pogosto nižja od predvidene ali določene med preskusi. Pri oblikovanju načrta je pomembno določiti mejo varnosti glede na odpornost surovin.

Pozor na vse podrobnosti

Pri vrednotenju fizikalno-mehanskih lastnosti materialov za naknadno ustvarjanje pomembnih, velikih objektov, ki se soočajo s temi obremenitvami, je treba upoštevati, da obratovalni pogoji močno vplivajo na raven kakovosti proizvoda kot celote in snovi, iz katere se proizvaja. Pri ugotavljanju izračunanih značilnosti še zdaleč ni mogoče upoštevati vseh tistih pogojev, ki bodo negativno vplivali na objekt med njegovo uporabo v praksi. Tako, da izdelek ne razočara uporabnika, bi bilo treba že v fazi ocenjevanja materiala izračunati koeficient obratovalnih pogojev, ki lahko zmanjšajo parametre upornosti.

Oblikovalci se pogosto soočajo z zapleteno situacijo negotovosti, ko ni jasno, kako se bodo na primer mehanske lastnosti gradbenih materialov spreminjale pod vplivom zunanjih obremenitev, saj ni prave predstave o resničnem delu. To nalaga določene omejitve na točnost izračunov. Da bi zagotovili dostojno raven učinkovitosti, je treba upoštevati varnostni faktor. Ta parameter odraža obseg zmanjšanja projektne odpornosti glede na prvotno izvedeno raven.

Udarna trdnost

To je taka mehanska lastnost materialov (konstrukcija, kovine, konstrukcija in drugi), ki kaže, kako velik naj bo delo, ki omogoča uničenje vzorca, izbranega za poskuse. Parameter se lahko izračuna za vsako prostorninsko enoto preskusnega objekta. Za izkušnje je potrebno, da so na njej padli izvorni material in standardna obremenitev. Da bi bili preskusi sistematični in točni, je treba uporabiti obremenitev z isto maso. Prvič, odvrne se z majhne višine, postopoma povečuje in povečuje začetno točko leta. Interval - centimeter. Preskušanje se izvaja, dokler se vzorec ne uniči pod vplivom dinamične obremenitve. Parameter, ki ga zaznavamo med takimi raziskavami, se šteje za pogojne vrednosti, centimetre, kar se je izkazalo za dovolj, da se predmet uniči tako, da se na njega spusti predmet.

Abrazija

Ta mehanska lastnost materiala je še posebej pomembna glede na surovine, ki so vključene v izdelavo predmetov, ki so med delovanjem izpostavljeni abrazivni obremenitvi. Na primer, beton, klinker in kamen, ki se uporabljajo pri izdelavi avtocest, letališč, hidravličnih struktur, tal, pločnikov in stopnic, trčijo s temi.

Najpogosteje je v praksi treba izračunati odrgnljivost betona od mehanskih lastnosti materialov - morda najpogostejša surovina za ustvarjanje kapitalskih struktur. Treba se je osredotočiti na GOST 13087-81. Za teste se vzamejo kubični vzorci, katerih dolžina je natančno 7,07 cm, v nekaterih primerih pa je optimalna izbira cilindra s podobnim premerom. Izmeri se preskusni volumen, ugotovi se teža, pritrdi na krog iz litega železa, ki je posuta z abrazivnimi snovmi. Obremenitev poteka v območju 0,06 MPa, nato se začne krog vrteti. 110 zavojev - korak, ki vam omogoča vrtenje preskusnega volumna pod pravim kotom. 440 zavojev vam omogoča, da se vrnete v začetni položaj. S tem se zaključi primarni cikel, vzame vzorec iz naprave in meri. Razkrivajo, koliko se je masa in višina predmeta spremenila. Ti parametri bodo pokazali, kako dobro se surovina upira obremenitvam z drgnjenjem.

Mehčanje

Ta mehanska lastnost materiala, znana tudi kot vodoodpornost, odraža, v kolikšni meri se jakost ob vlaženju preskusnega predmeta spremeni. Primerjava je izvedena s suhim predmetom. Znano je, da običajno materiali, ki absorbirajo vodo, postanejo manj trpežni, saj se trdne sestavine lahko raztopijo, glinaste - nabreknejo. Na mesta, kjer kristali zrastejo, lahko vpliva vlaga zaradi raztapljanja ene od komponent, ki so manj odporne na tekočino. Vodna plast zagozdi predmet, če leži neposredno na površini.

Odpornost na vodo glede na kamne je mehanska lastnost materiala, ki se ocenjuje na posebni lestvici. Koeficiente razkrivamo s precej preprosto formulo: ugotovijo, kako je trdnost suhega in navlaženega materiala medsebojno povezana. Pred izvedbo raziskave se suh vzorec, za katerega smo že dobili parametre, damo v tekočino dva dni. Po tem lahko začnete neposredno stiskanje.

O številkah

Če se določen material sploh ne raztopi v tekočini, je navedeni koeficient enak. Te lastnosti so jeklo in steklo, kot tudi več podvrste granitnega kamna. Nekateri pa so uničeni le z nasičenjem z vodo. Klasičen predstavnik take skupine je kreda.

Če je navedeni koeficient 0,7 ali manj, se surovina ne more uporabiti za ustvarjanje struktur, ki so potencialno v stiku z vodo. Na primer, če morate zgraditi temelje za zgradbo v vlažnem podnebju, z visoko stopnjo vlage v tleh, takšen material absolutno ni primeren. Če je znano, da bo med obratovanjem objekt nenehno v stiku z vodo, se v okviru preskusa nemudoma preskusi v vodno nasičenih pogojih, da ne preceni svoje moči.

Tehtnice in mase

Za pravilno in popolno oceno mehanskih lastnosti je treba ugotoviti, kateri so volumetrični, specifične teže vzorca. Specifična teža se razume kot takšna teža dane enote, ki se izračuna v idealnem gostem stanju. Za merjenje parametra uporabite razmerje gramov do centimetrov v kocki. Standard za jeklo - 7,85, za les vseh vrst - 1,53, za kamen pa do 3,3.

Volumetric - to je teža, ki opisuje parameter volumetrične enote v normalnem, naravnem stanju. Značilnost se uporablja pri izračunu strukturnih značilnosti načrtovanega objekta, kot tudi pri izbiri vozil z ustrezno nosilnostjo. Za opis prostorninske teže se uporabi razmerje med kilogramoma in metri v kocki.

Pore ​​in voda

Pomembna značilnost materiala je poroznost. Ta mehanska lastnost kaže, kako velik je volumen por v materialu. Parameter se odraža v odstotkih. Skupna gostota in poroznost dajeta 100% prostornine objekta.

Prav tako je pomembna sposobnost vzorca, da absorbira in prehaja vodo. Z oceno, koliko predmet absorbira vlago, jo ohranja v svoji prostornini, se pokaže odstotek teže pred stikom s tekočino in za njo. Prav tako je mogoče razkriti, kako se povežejo absorbirana prostornina in skupna značilnost vzorca. Toda prepustnost se običajno razume kot sposobnost vodenja tekočine v prisotnosti pritiska. Ta vrednost je določena s strukturo snovi, gostoto, značilnostmi vodnega toka. Za oceno vrednosti izračunamo, koliko tekočine gre skozi kvadratni centimeter površine. Preskusi se izvajajo na vnaprej določeni in natančno izmerjeni standardni tekočinski glavi. Popolnoma neprepustna za vodno steklo, jeklo.

Je toplo ali hladno?

Med drugimi mehanskimi lastnostmi odpornost proti zmrzovanju ni zadnja. Ta parameter kaže, kako negativne temperature negativno vplivajo na objekt. Pri testiranju se vzorci najprej nasičijo s tekočino, nato pa organiziramo več ciklov odmrzovanja in zamrzovanja. Izračunajte, koliko ciklov je potrebno za zmanjšanje trajnosti, pojavijo se zunanji znaki deformacije, uničenje.

Število ciklov vam omogoča, da ocenite parametre materiala, upoštevajoč splošno sprejeto lestvico odpornosti proti zmrzovanju. Pomembno je, da bodite pozorni na podnebne razmere, v katerih se bo stvarni objekt zamrznil, razred struktur in struktur. Običajno se vrednost Mrz giblje od 5 do 200.

Toplije topleje

Vsak material ima lastnost toplotne prevodnosti. V fiziki izraz označuje sposobnost prenosa toplote, ki jo sproži razlika v stopnji segrevanja medija med različnimi površinami objekta. Višja kot je vlažnost in gostota, večja bo kakovost toplotne prevodnosti. Za izračun kazalnika s posebno formulo.

Enako pomemben parameter je toplotna zmogljivost, ki opisuje, koliko energije lahko posamezen vzorec absorbira, če se vanje prenese toplota. Fiziki so za svoj izračun izumili posebno formulo, sam parameter pa se je imenoval koeficient specifične toplotne zmogljivosti.

Ali obstaja luč?

Različni materiali so opisani z različnimi zmožnostmi porušitve pod vplivom zelo visokih temperatur in hitrim ohlajanjem z vodo (npr. Pri gašenju požara). Nekateri so ognjevarni, drugi pa težko streljati in vsi drugi spadajo v kategorijo gorljivih snovi. Opisan prvi razred ni sposoben vžiga, ogljikovanja, celo tlenje se ne začne, toda vse to je značilno za drugo, čeprav se procesi nadaljujejo z velikim naporom. Nazadnje, vnetljive snovi, ki se lahko zlahka vnamejo, se nagnejo k taljenju, in če se odstrani vir ognja, bodo še naprej gorele.

Blizu opisanega parametra - refraktornost. To je značilnost, ki opisuje, kako se lahko objekt pod vplivom segrevanja do 1580 stopinj ali več (po lestvici Celzija) ne topi, ne izgori, se upre negativnemu vplivu okoliških dejavnikov.