Główne właściwości mechaniczne materiałów i ich wykorzystanie

Znajomość mechanicznych i fizycznych właściwości materiałów jest niezbędna dla wszystkich tych, którzy w ramach swoich usług muszą wybrać optymalne surowce do produkcji określonego przedmiotu. Informacje z tego obszaru - obszar zainteresowania naukowców, fizyków i chemików, przedstawicieli środowisk naukowych innych dyscyplin. Zrozumienie natury, cechy materiałów wokół nas daje osobie możliwość tworzenia, tworzenia nowych projektów, unikalnych w swojej złożoności i trwałości.

Informacje ogólne

Określenie właściwości mechanicznych materiałów obejmuje identyfikację zdolności do wytrzymania obciążeń, wysiłków, które potencjalnie zmieniają kształt materiału, niszcząc go. Najczęściej w praktyce uwzględniają one takie obciążenia, jakie stosuje się do tych materiałów, które są zaangażowane w proces projektowania obiektów kapitałowych. Konstrukcje budowlane zmuszone są opierać się licznym istotnym obciążeniom, podzielonym na dwie duże grupy - dynamikę, statykę.

Analizując właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych, należy wziąć pod uwagę, że obciążenie z kategorii statyki nie powoduje powstawania siły bezwładności. Typowym przykładem życia są masy śniegu zgromadzone na dachu budynku. Ale dynamika - to szybki efekt, często - tylko jeden moment, dla którego następuje maksymalny wzrost. Procesowi towarzyszy pojawienie się sił bezwładności, które mają wpływ na obiekt. Często spotykane w rzeczywistości, dobrze znanym przykładem takiego obciążenia jest pociąg przejeżdżający przez most i działający na belki nośne konstrukcji.

O czym mówimy?

Znany jest szeroki zakres właściwości mechanicznych materiałów: wytrzymałość, tendencja do ścierania się, mięknięcia i deformacji. Ważną cechą jest twardość surowca. Dzięki kompleksowej analizie wszystkich parametrów konkretnej substancji możliwe jest podjęcie decyzji dotyczącej jej zastosowania do określonego zadania. Obecnie w naszym stanie istnieją specjalne standardy i wymogi określające minimalne ilościowe wskaźniki dla wszystkich ważnych parametrów, tak aby surowce mogły zostać wykorzystane do określonego zadania (na przykład budowa ścian budynku mieszkalnego).

Steady Tin Soldier

W praktyce wykorzystanie właściwości mechanicznych materiałów jest szczególnie ważne w zakresie tworzenia struktur wykorzystywanych przez ludzi, takich jak transport, mieszkalnictwo, obiekty przemysłowe i inne, maszyny i inne mechanizmy. Ważne jest, aby te przedmioty zachowały swój pierwotny kształt. Jednocześnie takie materiały są również użyteczne, które mogą różnić się objętością, formą, pod wpływem czynników kontrolowanych. W celu oceny jakości niektórych materiałów w tym aspekcie ujawniono charakterystykę ilościową odkształcalności - taki parametr, który odzwierciedla, jak kształt i objętość są korygowane w obecności ładunku. Zwyczajowo mówi się o bezwzględnych, względnych wskaźnikach.

Absolutne odkształcenie jest ilościowym odzwierciedleniem zmian wymiarów, gdy pojawia się obciążenie. Parametr opisany jest za pomocą jednostek liniowych. Ta właściwość mechaniczna jest w dużej mierze związana z składem materiału. Względna - wartość procentowa odzwierciedlająca, jak zmieniła się objętość badanego obiektu w porównaniu z początkową po zastosowaniu siły.

Wiele opcji

Badając właściwości mechaniczne i technologiczne materiałów, szczególną uwagę zwraca się na to, że w ramach tej samej kategorii obciążeń i parametru odpowiedzialnego za ich stawianie, istnieje wiele podgatunków. Na przykład, mówiąc o odkształceniu, dla pełnoprawnego badania próbki, należy dokładnie ocenić zdolność do silnego odczuwania kompresji, zginania, skręcania, rozciągania, ścinania. Na przykład, jeśli konieczne jest zbadanie betonu, betonu zbrojonego, wówczas zwraca się szczególną uwagę na rozciąganie, ściskanie, zginanie - obiekty będą kolidować z takimi zewnętrznymi wysiłkami podczas instalacji obiektu i jego późniejszej eksploatacji.

Występują elastyczne, plastyczne odkształcenia, wywołane przez obciążenia zewnętrzne. Te pierwsze zanikają, gdy tylko źródło wysiłku zanika, drugie pozostają przez długi czas. Często określany jako rezydualny. W celu ilościowego określenia właściwości mechanicznych i właściwości mechanicznych materiałów, w tym odkształcalności, należy najpierw przeanalizować odkształcenia resztkowe. Obiekt jest badany w drugim etapie niszczenia. W praktyce często ma to miejsce podczas badania próbek stali wykorzystywanych jako zbrojenie. W momencie zniszczenia obiektu ujawnić, jak duże jest wydłużenie szczątkowe. Dzięki temu można zaklasyfikować konkretną próbkę jako plastikową grupę lub nazwać ją delikatną. Pierwsze, zanim się zapadną, gromadzą imponujące zmiany odkształceń szczątkowych, te drugie nie różnią się w tej funkcji. Miedź różni się plastycznością, miękkimi rodzajami stali, ale kruchymi - kamieniami, żeliwem.

O sile

Ze wszystkich podstawowych właściwości mechanicznych materiałów, zawsze zwraca się na to szczególną uwagę. Przeprowadzana jest również analiza obiektów pod kątem odporności na obciążenia, takie jak dynamika, statyka. Jeśli zostanie zastosowana siła statyczna, w materiale generowane są naprężenia wewnętrzne. Siła wskazuje, jak bardzo wartości zmieniają się, jeśli status obciążenia jest ustawiony. Oceń, jakie zmiany obserwuje się w odniesieniu do elastyczności, czy występuje odkształcenie, czy próbka jest zniszczona.

Naprężenie w analizie podstawowych właściwości mechanicznych materiałów jest powszechnie rozumiane jako taki parametr opisujący siłę wewnątrz badanego obiektu, wywołaną przez obciążenia z zewnątrz. Parametr jest obliczany w odniesieniu do obszaru jednostki. Aby określić prawidłowe wartości, konieczne jest wykonanie obliczeń względem sekcji. Parametry, w których ciało przechodzi w nowy stan, nazywane są naprężeniami, które opisują granicę plastyczności i siłę.

Niektóre funkcje testowania

W celu dokładnego określenia chemicznych i mechanicznych właściwości materiałów konieczne jest zabranie prototypów i zbadanie ich reakcji na użycie różnych obciążeń, czynników zewnętrznych, związków. Procesy zachodzące w obiekcie są starannie rejestrowane. Aby produkt mógł być stosowany w działaniu, musi pokazywać parametry odpowiadające standardom wprowadzonym w kraju. Warunki dotyczące wytrzymałości, odporności na odkształcenia, agresywnych mediów i innych czynników są usystematyzowane na tabele przepisane dla różnych materiałów i kategorii materiałów. Aby określić standardy dla danego obiektu, należy użyć aktualnej edycji GOST do niego.

W ramach testów próbki są ładowane. Jeśli konieczne jest zbadanie, na przykład, wytrzymałości, należy użyć pras specjalistycznych - mechanicznych lub obsługiwanych hydraulicznie. Możesz używać maszyn, które mogą zginać, łzawić próbki. Ustawiają określony limit obciążenia i oceniają wynik jego zastosowania, naprawiają go w oficjalnej kolejności, porównują z zachowaniem referencyjnym. W niektórych przypadkach należy również użyć specjalnych formuł do obliczania złożonych deformacji danej substancji.

Oblicz, porównaj, przeanalizuj

Aby ujawnić wpływ właściwości mechanicznych na materiał i odwrotną relację, należy sprawdzić, w jaki sposób obiekt testowy reaguje na różne czynniki zewnętrzne. Aby to zrobić, wszystkie informacje zidentyfikowane podczas eksperymentów są zapisywane w tabeli i wykorzystywane jako podstawa do tworzenia diagramów. Wykresy odzwierciedlają napięcie, siłę, zdolność do kurczenia się, rozciągania. Parametry wytrzymałościowe pozwalają na ocenę fizycznych właściwości badanych surowców i określenie normatywnych rezystancji - podstawowych parametrów, które są następnie wykorzystywane do budowy skomplikowanych obiektów.

Najprostszym sposobem oceny właściwości fizycznych i mechanicznych materiałów, jeżeli należą one do liczby jednorodnej. Aby określić standardy odporności, bierzemy fizyczne ilości, które są standardowe dla danego surowca i są ustalane na poziomie federalnym według obowiązujących norm. Na podstawie zgodności uzyskanej podczas testowania wskaźników i zweryfikowanej przez metrologiczną, materialistyczną kontrolę naukową, możemy mówić o możliwości zastosowania tematu do rozwiązania problemu. Jeśli produkt nie jest jednolity, należy pamiętać, że jego wytrzymałość jest często niższa niż poziom założony lub ustalony podczas testów. Ważne jest, aby przy opracowywaniu planu określić margines bezpieczeństwa, biorąc pod uwagę odporność surowców.

Uwaga na wszystkie szczegóły

Oceniając fizykochemiczne właściwości materiałów do późniejszego tworzenia ważnych, dużych konstrukcji, stojących w obliczu tych obciążeń, należy pamiętać, że warunki pracy mają silny wpływ na poziom jakości zarówno produktu jako całości, jak i substancji, z której są produkowane. Podczas określania obliczonych charakterystyk nie zawsze jest możliwe uwzględnienie wszystkich warunków, które niekorzystnie wpłyną na obiekt podczas jego użytkowania w praktyce. Aby produkt nie rozczarował użytkownika, powinien już być na etapie oceny materiału do obliczenia współczynnika warunków pracy, które mogą obniżyć parametry wytrzymałościowe.

Często projektanci stoją w obliczu złożonej sytuacji niepewności, gdy nie jest jasne, w jaki sposób na przykład właściwości mechaniczne materiałów budowlanych ulegną zmianie pod wpływem obciążeń zewnętrznych, ponieważ nie ma dokładnego wyobrażenia o prawdziwej pracy. Nakłada to pewne ograniczenia na dokładność obliczeń. Aby zapewnić przyzwoity poziom wydajności, należy wziąć pod uwagę czynnik bezpieczeństwa. Ten parametr odzwierciedla stopień, w jakim opór konstrukcyjny jest zmniejszony w stosunku do początkowo wyprowadzonego poziomu.

Siła uderzenia

Jest to taka mechaniczna właściwość materiałów (konstrukcji, metali, konstrukcji i wielu innych), która pokazuje, jak duża powinna być praca, pozwalając zniszczyć próbkę wybraną do eksperymentów. Parametr można obliczyć dla każdej jednostki objętościowej badanego obiektu. Aby doświadczyć doświadczenia, konieczne jest umieszczenie na nim materiału źródłowego i standardowego ładunku. Aby testy były systematyczne i dokładne, należy użyć ładunku o tej samej masie. Po pierwsze wyrzuca się go z niewielkiej wysokości, stopniowo zwiększając i zwiększając punkt początkowy lotu. Interwał - centymetr. Testowanie przeprowadza się do momentu zniszczenia próbki pod wpływem obciążenia dynamicznego. Parametr wykrywany w trakcie takich badań uważany jest za wartości warunkowe, centymetry, które okazały się wystarczające do zniszczenia obiektu poprzez upuszczenie na niego obiektu.

Ścieranie

Ta właściwość mechaniczna materiału jest szczególnie ważna w odniesieniu do surowców wykorzystywanych do wytwarzania przedmiotów poddawanych obciążeniom ściernym podczas pracy. Na przykład zderzają się z betonem, klinkierem i kamieniem używanym do budowy autostrad, lotnisk, struktur hydraulicznych, podłóg, chodników i schodów.

Najczęściej w praktyce konieczne jest obliczenie abradability betonu z właściwości mechanicznych materiałów - być może najbardziej powszechnego surowca do tworzenia struktur kapitałowych. Konieczne jest skupienie się na GOST 13087-81. Do badań pobierane są próbki sześcienne, których długość krawędzi wynosi dokładnie 7,07 cm, w niektórych przypadkach optymalne jest dobranie cylindra o podobnej średnicy. Mierzy się objętość testową, wykryje wagę, zamontuje na okręgu z żeliwa posypanego substancjami ściernymi. Obciążenie wynosi 0,06 MPa, po czym koło zaczyna się obracać. 110 obrotów - krok, który pozwala obrócić objętość testową pod kątem prostym. 440 obrotów pozwala na powrót do pozycji wyjściowej. To kończy główny cykl, usuwa próbkę z instalacji i mierzy ją. Pokazują, jak bardzo zmieniła się masa i wysokość obiektu. Te parametry pokażą, jak dobrze surowiec wytrzymuje obciążenia związane z tarciem.

Zmiękczanie

Ta właściwość mechaniczna materiału, znana również jako wodoodporność, odzwierciedla stopień, w jakim zmienia się wytrzymałość po zwilżeniu badanego obiektu. Porównanie odbywa się za pomocą suchego obiektu. Wiadomo, że zwykle materiały, absorbujące wodę, stają się mniej trwałe, ponieważ stałe składniki mogą się rozpuszczać, pęczniejąc gliną. Miejsca, w których kryształy rosną razem, mogą być pod wpływem wilgoci z powodu rozpuszczenia jednego ze składników, które są mniej odporne na ciecz. Warstwa wody zaklinuje przedmiot, jeśli leży on bezpośrednio na powierzchni.

Odporność na wodę w stosunku do kamieni jest właściwością mechaniczną materiału, który ocenia się na specjalną skalę. Współczynniki ujawniają się w dość prostej formule: odkrywają, w jaki sposób wytrzymałość suchego i zwilżonego materiału jest ze sobą powiązana. Przed przeprowadzeniem badań suchą próbkę, dla której już uzyskano parametry, umieszcza się w cieczy na dwa dni. Następnie możesz zacząć bezpośrednio kompresować.

O liczbach

Jeśli jakiś materiał nie rozpuści się całkowicie w cieczy, wskazany współczynnik jest jeden. Te cechy to stal i szkło, a także kilka podgatunków z kamienia granitowego. Ale niektóre są niszczone tylko przez nasycenie wodą. Klasycznym przedstawicielem takiej grupy jest kreda.

Jeżeli określony współczynnik wynosi 0,7 lub mniej, surowiec nie może zostać użyty do stworzenia struktur potencjalnie mających kontakt z wodą. Na przykład, jeśli potrzebujesz zbudować fundament dla budynku w wilgotnym klimacie, z wysokim poziomem wilgotności gleby, taki materiał absolutnie nie nadaje się. Jeśli wiadomo, że podczas działania obiekt będzie stale w kontakcie z wodą, w ramach testu jest natychmiast testowany w stanie nasyconym wodą, aby nie przeceniać jego wytrzymałości.

Wagi i masy

Aby uzyskać poprawną i kompletną ocenę właściwości mechanicznych, należy dowiedzieć się, które są objętościowe, ciężar właściwy próbka. Przez ciężar właściwy rozumie się ciężar danej jednostki, który oblicza się w idealnym stanie gęstym. Aby zmierzyć parametr przy użyciu stosunku gramów do centymetrów w sześcianie. Norma dla stali - 7,85, dla drewna wszystkich gatunków - 1,53, a dla kamienia - do 3,3.

Wolumetryczny - jest to masa opisująca parametr jednostki objętościowej w normalnym, naturalnym stanie. Charakterystykę stosuje się przy obliczaniu cech konstrukcyjnych planowanego obiektu, a także wyborze pojazdów o odpowiedniej nośności. Aby opisać ciężar objętościowy, stosuje się stosunek kilogramów do metrów w sześcianie.

Pory i woda

Ważną cechą materiału jest porowatość. Ta właściwość mechaniczna pokazuje, jaka ilość objętości porów w materiale jest reprezentowana. Parametr jest odzwierciedlony w procentach. Całkowita gęstość i porowatość dają 100% objętości obiektu.

Równie ważna jest zdolność próbki do wchłaniania i przekazywania wody. Ocena, ile przedmiot pochłania wilgoć, utrzymuje ją w swojej objętości, ujawnia procent masy przed kontaktem z cieczą i po niej. Możliwe jest również ujawnienie, w jaki sposób wchłonięta objętość i całkowita charakterystyka próbki korelują. Ale przepuszczalność jest powszechnie rozumiana jako zdolność do prowadzenia cieczy w obecności ciśnienia. Wartość ta jest określona przez strukturę materii, gęstość, cechy przepływu wody. Aby oszacować wartość, oblicza się, ile płynu przechodzi przez centymetr kwadratowy powierzchni. Testy przeprowadza się na wcześniej ustalonej i dokładnie zmierzonej standardowej głowicy cieczy. Absolutnie nieprzepuszczalny dla szkła wodnego, stali.

Czy jest ciepło czy zimno?

Wśród innych właściwości mechanicznych odporność na mróz nie jest ostatnia. Ten parametr pokazuje, jak ujemne ujemne temperatury wpływają na obiekt. W celu przetestowania próbki są najpierw nasycane cieczą, po czym organizowane są cykle odmrażania i zamrażania. Oblicz ile cykli jest wymaganych do zmniejszenia trwałości, pojawiają się zewnętrzne oznaki deformacji, zniszczenia.

Liczba cykli pozwala ocenić parametry materiału, biorąc pod uwagę ogólnie przyjętą skalę odporności na mróz. Ważne jest, aby zwracać uwagę na warunki klimatyczne, w których zamrożony zostanie prawdziwy obiekt, klasa struktur i struktur. Zwykle wartość Mrz zmienia się od 5 do 200.

Cieplej cieplej

Każdy materiał ma właściwość przewodności cieplnej. W fizyce termin ten określa zdolność przenoszenia ciepła, wywołaną różnicą w poziomie nagrzewania medium pomiędzy różnymi powierzchniami obiektu. Im wyższa wilgotność i gęstość, tym wyższa będzie jakość przewodzenia ciepła. Do obliczenia wskaźnika za pomocą specjalnego wzoru.

Równie ważnym parametrem jest pojemność cieplna, która opisuje, ile energii może pochłonąć określona próbka, jeśli ciepło zostanie do niej przeniesione. Fizycy wymyślili specjalną formułę do jej obliczeń, a sam parametr nazwano współczynnikiem określonej pojemności cieplnej.

Czy jest światło?

Różne materiały opisywane są różnymi zdolnościami zwijania się pod wpływem bardzo wysokich temperatur i szybkiego chłodzenia wodą (na przykład podczas gaszenia ognia). Niektóre są ognioodporne, inne trudne do strzału, a wszystkie inne należą do kategorii materiałów palnych. Pierwsza z opisanych klas nie jest zdolna do zapalania, zwęglenia, a nawet tlenia się nie zaczyna, ale wszystko to jest charakterystyczne dla drugiego, chociaż procesy przebiegają z wielkim wysiłkiem. W końcu, materiały palne, które mogą łatwo zapalić, mają skłonność do tlenia się, a jeśli źródło ognia zostanie usunięte, będą nadal palić.

Blisko opisanego parametru - refrakcja. Jest to cecha opisująca, jak skutecznie obiekt, pod wpływem ogrzewania do 1580 stopni lub więcej (w skali Celsjusza), nie topi się, nie pali, jest odporny na negatywny wpływ czynników otaczających.