Модуль юнга таблица для металлов: Модуль упругости стали: таблица, характеристики — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

Способы определения и контроля показателей прочности металлов

Если на изделие из определенного материала воздействовать некой силой, то он начинает сопротивляться этому действию: сжиматься, растягиваться или изгибаться. Способность к такому противостоянию можно оценить и выразить математически. Название этой прочностной характеристики – модуль упругости.

Параметр для каждого материала различный, и характеризует его прочность. Пользуются величиной при разработке конструкций, деталей и других изделий, с целью предотвращения нарушения их целостности.

Модуль упругости

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 507
Источник: https://chiefengineer.ru/tehnicheskie-discipliny/materialovedenie/modul-uprugosti-modul-yunga/

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.

Блок: 2/2 | Кол-во символов: 218
Источник: https://geobus.ru/topic/304-modul-uprugosti-vs-modul-deformatsii/

Виды нагрузок

При использовании металлов прилагаются разные нагрузки статического и динамического воздействия. В теории прочности принято определять нагружения следующих видов.

Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1747
Источник: https://metmastanki.ru/modul-uprugosti-stali-i-metallov

Способы расчета модуля упругости

Известны также и другие характеристики упругости, которые описывают сопротивление материалов к воздействиям как к линейным, так и отличным от них.

Величина, которая характеризует сопротивление материала к растяжению, то есть увеличению его длины вдоль оси, или к сжатию – сокращению линейного размера, называется модулем продольной упругости.

Обозначается как Е и выражается в Па или ГПа.

Показывает зависимость относительного удлинения от нормальной составляющей cилы (F) к ее площади распространения (S) и упругости (Е):

σz = F/ES (3)

Параметр также называют модулем Юнга или модулем упругости первого рода, в таблице показаны величины для материалов различной природы.

Название материала	Значение параметра, ГПа
Алюминий	70
Дюралюминий	74
Железо	180
Латунь	95
Медь	110
Никель	210
Олово	35
Свинец	18
Серебро	80
Серый чугун	110
Сталь	190/210
Стекло	70
Титан	112
Хром	300

Модулем упругости второго рода называют модуль сдвига (G), который показывает сопротивление материала к сдвигающей силе (FG). Может быть выражена двумя способами.

Через касательные напряжения (τz) и угол сдвига (γ):

G = τz/γ (4)

Через соотношение модуля упругости первого рода и коэффициента Пуасонна (ν):

G = E/2(1+υ) (5)

Определенное в результате экспериментов значение сопротивления материала изгибу, называется модулем упругости при изгибе, и вычисляется следующим образом:

EИ = ((0,05-0,1)Fр— 0,2Fр)L2 / 4bh4(ƒ2-ƒ1) (6)

где Fр – разрушающая сила, Н;

L – расстояние между опорами, мм;

b, h – ширина и толщина образца, мм;

ƒ1, ƒ2– прогибы, образованные в результате нагрузки F1 и F2.

При равномерном давлении по всему объему на объект, возникает его сопротивление, называемое объемным модулем упругости или модулем сжатия (К). Выразить этот параметр можно, практически через все известные модули и коэффициент Пуассона.

Определение модуля упругости щебеночного основания

Параметры Ламе также используют для описания оценки прочности материала. Их два μ – модуль сдвига и λ. Они помогают учитывать все изменения внутри материала в трехмерном пространстве, тогда соотношения между нормальным напряжением и деформацией будет выглядеть следующим образом:

σ = 2με + λtrace(ε)I (7)

Оба параметра могут быть выражены из следующих соотношений:

λ = νE / (1+ν)(1-2ν) (8)

μ = E / 2(1+ν) (9)

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 2233
Источник: https://chiefengineer.ru/tehnicheskie-discipliny/materialovedenie/modul-uprugosti-modul-yunga/

Таблица показателей упругости материалов

Перед тем, как перейти непосредственно к этой характеристике стали, рассмотрим для начала, в качестве примера и дополнительной информации, таблицу, содержащую данные об этой величине по отношению к другим материалам. Данные измеряются в МПа.

Модуль упругости различных материалов

Как можно заметить из представленной выше таблицы, это значение является разным для разных материалов, к тому же показателя разнятся, если учитывать тот или иной вариант вычисления этого показателя.2 .

И напоследок коэффициент Пуассона для стали равен значению 0,3

Это общие данные, приведённые для видов стали и стальных изделий. Каждая величина была высчитано согласно всем физическим правилам и с учётом всех имеющихся отношений, которые используются для выведения величин этой характеристики.

Ниже будет приведена вся общая информация об этой характеристике стали. Значения будут даваться как по модулю Юнга, так и по модулю сдвига, как в одних единицах измерения (МПа), так и в других (кг/см2, ньютон*м2).

Сталь и несколько разных её марок

Значения показателей упругости стали разнятся, так как существуют сразу несколько модулей, которые исчисляются и высчитываются по-разному. Можно заметить тот факт, что в принципе сильно показатели не разнятся, что свидетельствует в пользу разных исследований упругости различных материалов. Но сильно углубляться во все вычисления, формулы и значения не стоит, так как достаточно выбрать определённое значение упругости, чтобы уже в дальнейшем ориентироваться на него.2

Данная информация поможет разобраться с самим понятием модуля упругости, а также ознакомиться с основными значения данной характеристики для стали, стальных изделий, а также для нескольких других материалов.

Следует помнить, что показатели модуля упругости разные для различных сплавов стали и для различных стальных конструкций, которые содержат в своём составе и другие соединения. Но даже в таких условиях, можно заметить тот факт, что различаются показатели ненамного. Величина модуля упругости стали практически зависит от структуры. а также от содержания углерода. Способ горячей или холодной обработки стали также не может сильно повлиять на этот показатель.

Блок: 3/3 | Кол-во символов: 3590
Источник: https://stanok.guru/stal/modul-uprugosti-raznyh-materialov-vklyuchaya-stal.html

Литература

Модули упругости // Большая Советская энциклопедия (в 30 т.) / А. М. Прохоров (гл. ред.). — 3-е изд. — М.: Сов. энциклопедия, 1974. — Т. XVI. — С. 406. — 616 с.
G. Mavko, T. Mukerji, J. Dvorkin. The Rock Physics Handbook. Cambridge University Press 2003 (paperback). ISBN 0-521-54344-4

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 296

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8C_%D1%83%D0%BF%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8

Модуль упругости для разных марок стали

Металлурги разработали несколько сотен марок сталей. Им свойственны разные значения прочности. В таблице 2 показаны характеристики для наиболее распространенных сталей.

Таблица 2: Упругость сталей

Наименование стали	Значение модуля упругости, 10¹²·Па
Сталь низкоуглеродистая	165…180
Сталь 3	179…189
Сталь 30	194…205
Сталь 45	211…223
Сталь 40Х	240…260
65Г	235…275
Х12МФ	310…320
9ХС, ХВГ	275…302
4Х5МФС	305…315
3Х3М3Ф	285…310
Р6М5	305…320
Р9	320…330
Р18	325…340
Р12МФ5	297…310
У7, У8	302…315
У9, У10	320…330
У11	325…340
У12, У13	310…315

Видео: закон Гука, модуль упругости.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 686
Источник: https://metmastanki.ru/modul-uprugosti-stali-i-metallov

Модули прочности

Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

Модуль сдвига G определяет жесткость. Эта характеристика показывает предельное значение нагрузки изменению формы предмета.

Модуль объемной упругости К определяет упругие свойства материала изменить объем. При любой деформации происходит изменение формы предмета.

Коэффициент Пуассона μ определяет изменения отношение величины относительного сжатия к растяжению. Эта величина зависит только от свойств материала.

Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

Таблица 3: Модули прочности для сталей

Наименование стали	Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па	Модуль сдвига G, 10¹²·Па	Модуль объемной упругости, 10¹²·Па	Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па
Сталь низкоуглеродистая	165…180	87…91	45…49	154…168
Сталь 3	179…189	93…102	49…52	164…172
Сталь 30	194…205	105…108	72…77	182…184
Сталь 45	211…223	115…130	76…81	192…197
Сталь 40Х	240…260	118…125	84…87	210…218
65Г	235…275	112…124	81…85	208…214
Х12МФ	310…320	143…150	94…98	285…290
9ХС, ХВГ	275…302	135…145	87…92	264…270
4Х5МФС	305…315	147…160	96…100	291…295
3Х3М3Ф	285…310	135…150	92…97	268…273
Р6М5	305…320	147…151	98…102	294…300
Р9	320…330	155…162	104…110	301…312
Р18	325…340	140…149	105…108	308…318
Р12МФ5	297…310	147…152	98…102	276…280
У7, У8	302…315	154…160	100…106	286…294
У9, У10	320…330	160…165	104…112	305…311
У11	325…340	162…170	98…104	306…314
У12, У13	310…315	155…160	99…106	298…304

Для других материалов значения прочностных характеристик указывают в специальной литературе. Однако, в некоторых случаях проводят индивидуальные исследования. Особенно актуальны подобные исследования для строительных материалов. На предприятиях, где выпускают железобетонные изделия, регулярно проводят испытания по определению предельных значений.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 1956
Источник: https://metmastanki.ru/modul-uprugosti-stali-i-metallov

Кол-во блоков: 10 | Общее кол-во символов: 11233
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BB%D1%8C_%D1%83%D0%BF%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 296 (3%)
https://chiefengineer.ru/tehnicheskie-discipliny/materialovedenie/modul-uprugosti-modul-yunga/: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 2740 (24%)
https://stanok.guru/stal/modul-uprugosti-raznyh-materialov-vklyuchaya-stal.html: использовано 1 блоков из 3, кол-во символов 3590 (32%)
https://geobus.ru/topic/304-modul-uprugosti-vs-modul-deformatsii/: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 218 (2%)
https://metmastanki.ru/modul-uprugosti-stali-i-metallov: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 4389 (39%)

Модуль нормальной упругости металло — Энциклопедия по машиностроению XXL

Минералы — Теплота парообразования 74 — Теплота плавления скрытая 74 —природные — Шкала твердости десятичная 413 Модуль нормальной упругости металлов 441 [c.719]

Структуру и свойства металлических сплавов, как уже известно, можно изменять в широких пределах с помощью термической обработки особенно эффективна термическая обработка для стали. Однако не все свойства изменяются при такой обработке. Одни (структурно чувствительные свойства) зависят от структуры металла (это большинство свойств), и, следовательно, изменяются при термической обработке, другие (структурно нечувствительные свойства) практически не зависят от структуры. К последним относятся характеристики жесткости (модуль нормальной упругости Е, модуль сдвига С). [c.180]

Прочность клеевого соединения зависит также от механической прочности склеиваемого материала (табл. 42). Чем выше у листового металла модуль нормальной упругости, предел пропорциональности и предел прочности при растяжении, тем больше прочность его клеевых соединений при сдвиге. [c.288]

Величина модуля упругости первого рода почти не меняется при изменении механических свойств и структуры стали. Увеличить его термической обработкой и легированием чрезвычайно трудно [147]. Холодная прокатка, дающая предпочтительную ориентацию кристаллитам, может несколько повысить модуль нормальной упругости. Величина модуля первого рода прямо пропорциональна квадрату температуры плавления металла и обратно пропорциональна квадрату его атомного объема. [c.11]

Способность металла сопротивляться упругим деформациям или иначе его жесткость, определяется модулем нормальной упругости. Модуль упругости — коэффициент пропорциональности между растягивающим напряжением и соответствующим ему относительным удлинением в пределах области упругих деформаций а = Ее, где Е — модуль упругости е — относительное удлинение. [c.63]

Изделия из алюминиевых сплавов не обладают большой анизотропией модуля нормальной упругости, поскольку она незначительна даже у монокристалла алюминия. То же можно сказать и о сплавах на основе вольфрама или магния. Сильно анизотропны по модулю упругости монокристаллы цинка, меди, железа, поэтому эти металлы и сплавы на их основе обладают большей упругой анизотропией. Упругая анизотропия прокатных листов из [c.130]

Тангенс угла наклона прямой tg а = о/ё= Е — модуль нормальной упругости (в кгс/мм ) — характеризует жесткость материала (сопротивление упругому деформированию), которая определяется силами межатомного взаимодействия, зависящими в первом приближении от температуры плавления металла. Поскольку легирование и термическая обработка очень слабо влияют на температуру плавления, модуль нормальной упругости можно рассматривать как структурно нечувствительную характеристику. У всех сталей s 2-10 кгс/мм , у алюминиевых сплавов fss 0,7-10 кгс/мм . [c.5]

С повышением температуры модуль упругости и предел пропорциональности металла снижаются постепенно, а затем, начиная с 300—400°, все более резко. Так, значение модуля нормальной упругости стали при температуре 600° примерно на 25—30%, а при температуре 800° примерно на 50% ниже его значения при комнатной температуре. Величина коэффициента поперечной деформации обычно увеличивается. [c.100]

Направлениям металлических связей, образованных перекрывающимися tig отвечают прочные и сохраняющиеся при пластической деформации и полиморфных превращениях плотноупакованные ряды в ГЦК металлах. Модули нормальной упругости в ГЦК металлах больше вдоль ,. чем вдоль , т. е. ио юо- Таким образом, гг-симметрия внешних -электронов у переходных металлов VII 1-Х групп способствует стабилизации плотных кубических упаковок. [c.31]

Упругие свойства тел характеризуются модулем нормальной упругости (модулем Юнга) и коэффициентом поперечного сжатия V (коэффициентом Пуассона). Сопротивляемость среды поперечной (сдвиговой) деформации связана с модулем сдвига, величина которого для больщинства металлов составляет 0,38…0,4 величины модуля Юнга. Эти физические константы связаны между собой соотношением [c.63]

В исследовательских целях испытания на растяжение используются значительно шире, чем это предусмотрено ГОСТом для оценки однородности свойств металла различных плавок, полуфабрикатов, идентичности режимов термической обработки деталей. Следует отметить, что самый элементарный контроль по временному сопротивлению и удлинению позволяет одновременно получить широкую информацию о свойствах испытуемого металла, а именно, оценить его способность к равномерной и сосредоточенной деформации, а также (при условии записи диаграммы деформации) работу деформации и разрушения при статической нагрузке. При испытаниях с определением предела пропорциональности можно попутно, с очень небольшими дополнительными затратами времени, определить и значение модуля нормальной упругости Е — важнейшую расчетную характеристику конструкционного материала. Специально поставленные испытания на растяжение позволяют определить и другие, необходимые конструктору свойства касательный Et и секущий Ев модули в упруго-пластической области, коэффициент Пуассона [х и др. [c.24]

Существуют статические и динамические методы измерения модуля нормальной упругости. Статические испытания в основном сводятся к измерению деформации и напряжений, а динамические — собственной частоты колебаний образца. Возможность применения динамических методов испытания обусловлена большой скоростью распространения в металлах упругих колебаний (в железе она приблизительно составляет 5000 ж/сек). [c.238]

Технические металлы и сплавы обладают весьма различными значениями модуля нормальной упругости — от 1800 кГ/мм для свинца до 30 000—35 ООО кГ/мм для молибдена и вольфрама (табл. 2). [c.36]

Значения модуля нормальной упругости для технических металлов и сплавов [c.37]

С повышением температуры модуль упругости и предел пропорциональности металла снижаются сначала постепенно, а затем, начиная с указанных выше температур, всё более резко. Так, значение модуля нормальной упругости стали при температуре 600° примерно на 25-—30 f( , а при температуре 800° примерно на 50 /о ниже его значения при комнатной температуре. Понижение модуля упругости и предела пропорциональности у цветных металлов носит ещё более резко выраженный характер. [c.792]

Модуль нормальной упругости Е является важной физико-механической характеристикой металла. Знание величины модуля упругости стали для широкого диапазона темпе-ратур необходимо не только при конструкторских расчетах деталей машин и аппаратуры, работающих пои повышенных температурах, но и в ряде других случаев. Так, для определения допустимой скорости нагрева поковок и слитков легированной стали, предложены формулы [115], в которые входит значение модуля Е при температ фах нагрева. [c.71]

С и пластически растянутый металл. Для начальной стадии формирования элемента стружки характерна превалирующая роль процесса сжатия обрабатываемого материала. Это создает условия для проявления эффекта Баушингера, который одновременно с непосредственным влиянием нагрева материала на снижение предела текучести вызовет временное уменьшение модуля нормальной упругости обрабатываемого материала в зоне резания. В свою очередь, это должно уменьшить силы, действующие на зуб фрезы, и вероятность поломки последнего. [c.149]

Для оценки прочности материалов, работающих при статических нагрузках, важнейшими показателями являются предел текучести а , предел прочности и пластичность материала, характеризуемая относительным удлинением 8 и относительным сужением ф. Упругие свойства металлов характеризуются модулем нормальной упругости Е, модулем сдвига С и коэффициентом Пуассона ц. Для увеличения статической прочности конструкций целесообразно уменьшать неравномерность напряженного состояния, вводить разгружающие выточки, уменьшать перекосы и т. п., [c.55]

При воздействии на детали машин и аппараты статических нагрузок важнейшими характеристиками для оценки прочности материала являются предел Текучести с , предел прочности а и пластичность материала, характеризуемая относительным удлинением 5 и относительным сужением ф. Кроме того, оценка упругих свойств металлов характеризуется значениями модуля нормальной упругости Я, модуля сдвига О и коэфициента Пуассона (л. Коэфициент Пуассона (А имеет боль иое значение при расчетах на прочность и характеризует поперечную деформацию при продольном действии сил. Упругие характеристики материала следует учитывать при конструировании многих деталей машин и аппаратов, так как от этого часто зависит прочность конструкций. Модуль упругости Е. модуль сдвига О и коэфициент Пуассона (х связаны между собой следующим уравнением [c.77]

Основные характеристики упругих свойств Е, О и, и) относятся к наиболее стабильным механическим характеристикам, которые практически мало изменяются при различных видах обработки материалов, в том числе и термической. Кроме того, модуль нормальной упругости и модуль сдвига являются характеристиками данного металла и сплавов на основе этого металла. [c.78]

При создании конструкций соединения следует иметь в виду, что модуль нормальной упругости и прочность полимерных материалов, используемых в качестве адгезива, существенно меньше, чем у металлов, керамики, напол- [c.558]

При повышении температуры изменяются упругие константы металла снижаются модуль нормальной упругости Е и модуль сдвига С (рис. 5). лг Следовательно, с повышением [c.74]

Значение модулей упругости определяется силами межатомного взаимодействия и являются константами материала. Так, например, модуль нормальной упругости для алюмшния 0,8Х >механическая характеристика структурно нечувствительна, т. е. термическая обработка или другие способы изменения структуры металла практически не изменяют модуля упругости. [c.65]

М.— относительно мягкий и пластичный металл, его механнч. свойства зависят от способа обработки. При 20 °С для литого и деформиров. М. тв. по Бри-неллю соответственно 300 и 360 МПа, предел текучести 30 и 90 МПа, относит, удлинение 8,0 и 12,0%, модуль нормальной упругости 44,1 ГПа (20 «С), модуль сдвига [c.645]

В свободном виде серебристый металл. При низких темп-рах устойчив теплота плавления 8,61 кДж/моль. Те. ш-ра Дебая 148 К. Теплопроводность металлич. Sm 13,3 Вт/(м-К), коэф. линейного расширения 10,4-10 К (при 298 К). Уд. электрич, сопротивление 1,05 мкОм-м (при 293 К), термич. коэф. электрич. сопротивления 1,48-10 К (при 273—373 К). С.— парамагнетик, магн. восприимчивость 8,49-10 . Тв, по Брине л ЛЮ С. чистотой 99,5% 343—441 МПа, модуль нормальной упругости 34,1 ГПа, модуль сдвига 126,5 ГПа. [c.406]

Голубовато-серебристый металл. При темп-рах 20— 1830 °С существует а-Сг с кубич. обьёмноцентрированной кристаллич. структурой, параметр решётки д=288,4 пм при более высоких темп-рах возможно существование Р-Сг с кубич. гранецентрированной рещёткой. Плотн. 7,19 кг/дм , л=1890 °С (по др. данным, 1877 «С), яп = 2680 С по др. данным, 2200 °С). Уд. теплоёмкость с. = 23,3 Дж/(моль-К), теплота плавления 21 кДж/моль. Характеристич. темп-ра Дебая 0д = 357 К. Уд. электрич. сопротивление 0,150 мкОм м (при 300 К), температурный коэф. электрич. сопротивления 3,04-10 (при 50— 100 С). Парамагнитен, магн. восприимчивость 3,5-10 (при 0 С) и 4,3 10 (при 1440 °С). Ниже 312 К переходит в антиферромагн. состояние. Теплопроводность 88,6 Вт/(м — К) (при 20 °С). Температурный коэф. линейного расширения 4,4 10 (при 10—90 °С). Модуль нормальной упругости чистого Сг 288,1 ГПа (при 20 °С). Тв. по Виккерсу 1060 МПа. [c.415]

Золотисто-жёлтый металл. Обладает кубич. объёмно-центрированной решёткой с параметром а = 614,1 пм. / л = 38,39 С, =670 «С (по др. данным, 667,7 «С). Плоти. 1,9039 кг/дм (при 20 С). Уд. теплоёмкость 32,7 кДж/(моль — К), уд. теплота плавл. 2,09 кДж/моль. Характеристич. темп-ра Дебая 0д = 39,2 К. Температурный коэф. линейного расширения 97-10″ К» (при О °С). Магн. восприимчивость +0,22 10 Уд. электрич. сопротивление 0,1830 мкОм м (при О С), температурный коэф. электрич. сопротивления 6,0-10″ К» (при О— 18 °С). Характеризуется низкими механич. характеристиками, модуль нормальной упругости 1,7 ГПа (при комнатной темп-ре). [c.423]

Начальной стадией деформации металла является упругая деформация (участок АВ рис. 2.8). С точки зрения кристаллического строения, упругая деформация проявляется в некотором увеличении расстояния между атомами в кристаллической решетке. После снятия нафузки атомы возвращаются в прежнее положение и деформация исчезает. Другими словами, упругая деформация не вызывает никаких последствий в металле. Чем меньшую деформацию вызывают напряжения, тем более жесткий и более упругий металл. Характеристикой упругости металла являются дна вида модуля упругости модуль нормальной упругости (модуль Юкга) — характеризует силы, стремящиеся оторвать атомы друг от друга, и модуль касательной упругости (модуль Гука) — характеризует силы, стремящиеся сдвинуть атомы относительно друг друга. Значения модулей упругости являются константами материала и зависят от сил межатомного взаимодействия. Все конструкции и изделия из металлов эксплуатируются, как правило, в упругой области. Таким образом, упругость — это свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальнуто фор.му и объем после прекращения действия внешней нагрузки. Модуль упругости практически не зависит от структуры металла и определяется, в основном, типом кристаллической решетки. Так, например, модуль Юнга для магния (кристаллическая решетка ГП% ) равен 45-10 Па, для меди (ГКЦ) — 105-10 Па, для железа (ОЦК) — 21010 Па. [c.28]

В табл. 7 приводятся значения модуля нормальной упругости. Эти значения заимствованы из отдельных глав настоящего спраоочника, а также из данных Американского общества металлов [91. В связи с трудностью составления краткой сводки прочих механических характеристик, например предела прочности при растяжении, предела текучести и относительного удлинения, эти данные не приводятся. [c.39]

Сплавы системы Fe — Ni помимо низких значений температурного коэффициента линейного расширения при некоторых концентрациях никеля обладают еще одним замечательным свойством — малым температурным коэффициентом модуля нормальной упругости. Во всех твердых телах, в том числе и металлах, модуль упругости при нагреве уменьшается в связи с уменьшением энергии межатомных связей. В некоторых сплавах системы Fe — Ni, называемых элинварными, наблюдается аномалия в изменении модуля упругости при нагреве, который либо растет, либо изменяется очень незначительно. [c.564]

У ферромагнитных металлов наблюдаются аномалии упругих характеристик, зависящие от степени намагниченности в состоянии магнитного насыщения модули упругости меньше. Изменение модуля нормальной упругости в зависимости от намагниченности (так называемой A эффект) растет с ростом магни-тострикции (уменьшение модуля Е может достигать 40% его первоначального значения). В некоторых сплавах эти аномалии могут быть использованы для получения элинваров (сплавов, практически не изменяющих своего модуля упругости в определенном интервале температур). [c.101]

Бериллий имеет высокий модуль нормальной упругости — 29 800 кПмм . Сочетание малой плотности бериллия с большим модулем упругости обусловливает большую скорость распространения в нем звука, равную 12 600 м сек, т. е. она примерно в 2,5 раза больше, чем у стали. Удельное электросопротивление бериллия при 0° С составляет 6,6 10 ом см, а температурный коэффициент электросопротивления при 0° С равен 6,7 10 . Бериллий является диамагнитным металлом с удельной магнитной восприимчивостью при 18° С, равной 0,79 [c.454]

В обш ем случае модуль нормальной упругости определяется наклоном кривой напряжение — деформация в ее упругой области (до точки Ь, фиг. 14). Кривые растяжения серых чугунов, большинства литых металлов и низколегированных сталей аусте-питного класса не имеют, однако, прямолинейных участков (фиг. 15), поэтому эти металлы не имеют и точного модуля упругости. У них модули упругости представляют условные величины, определяющие относительную жесткость в данных условиях нагрузки. Значение этих условных модулей тем меньше, чем к большей нагрузке они отнесены. Обычно за относительный модуль упругости принимается напряжение, соответствующее 20—25% предела прочности при растяжении (о ). [c.36]

В практике работы машин и аппаратов довольно часто встречаются соединения, подвергающиеся нестационарному тепловому воздействию. Для исследования особенностей контакта при нестационарном тепловом режиме применялась установка по скоростному определению термического сопротивления в зоне контакта (см. рис. 4-11). Показания самопишущего потенциометра в различные промежутки времени (4 интервала) нагрева образцов из материалов Д1 — сталь 45 и сталь 45 — сталь 30 приводятся на рис. 5 18 и 5-19. Здесь же приводится обработка данных в относительных координатах йТ1(1г=1 ) — относительная координата) с целью определения величины Ь — изменения скорости роста температуры в контактной зоне и величины а — скорости подъема температуры на границах образцов. Для нестационарного режима расчет термического сопротивления к.нст ведется по выражению (4-5) и определяется изменение Яц- ст в зависимости от времени т агрева образцов (рис. 5-18,в и 5-19,б). Характер кривой Як.пст = т ) может быть объяснен, исходя из физической сущности теплообмена в зоне контакта. Действительно, как видно из рис. 5-19, в первом интервале нагрева (/) при Т1 = 80 мин средняя температура контактной зоны лежит в пределах 7 к = 311°К, теплопроводность воздуха Яс = 26,5-10 3 вт/(м град), эквивалентная теплопроводность контактирующих металлов Лм = 47,8 втЦм- град), модуль нормальной упругости = 20,05 1 О н/м , в то время как в четвертом интервале (IV) при Т4=138 мин, когда температура контакта 7 к = 333°К, соответственно Я,с = 28,6 10-3 втЦм-град), Ям = 48,3 втЦм-град) и Е = = 20,1 10 н1м . Таким образом, имеет место увеличе-132 [c.132]

Титан высокой чистоты является малопрочным высокопластичным металлом. Наиболее чистый титан получается иодид-ным методом при нагревании в вакууме и диссоциации TII4. Иодидный титан, содержащий 0,05% примесей, в основном металлических, имеет предел прочности ав = 215—255 МН/м предел текучести ао,2 = 120—170 МН/м относительное удлинение 05 = 50—60% поперечное сужение W = 70—80% твердость по Бринеллю НВ 1275 МН/м и ударную вязкость UH > 250 Дж/см2. Упругие характеристики иодидного титана таковы модуль объемной упругости К =123-10 МН/м модуль нормальной упругости, или модуль Юнга Е = = 10,6-10 МН/м модуль сдвига G = 40-10 МН/м коэффициент Пуассона i = 0,34 [13]. [c.5]

Структуру и свойства металлических сплавов, как мы уже знаем, можно в широких пределах изменять путем термической обработки особенна эффективна термическая обработка в применении к стали. Однако не все свойства изменяются при термической обработке. Одни (структурночувствительные свойства) зависят от структуры металла (это большинство свойств), и, следовательно, изменяются при термообработке, другие структурнонечувствительные свойства) зависят от состава и практически не зависят от структуры. К таким относятся характеристики жесткости (модуль нормальной упругости Е, модуль сдвига G). В сталях твердость и прочность путем термической обработки могут быть увеличины в 5—10 раз, а модули упругости при этом изменятся менее чем на 5%. [c.126]

Сталь модуль Юнга — Справочник химика 21

Е — приведенный модуль Юнга, принятый равным модулю упругости стали [c.71]

Деформационные свойства. Модуль Р. (Е) при небольшом растяжении на 4—5 десятичных порядков ниже модуля Юнга для стали [соответственно 0,5— [c.158]

МОДУЛЬ ЮНГА УГЛЕРОДИСТОЙ И ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛЕЙ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ [c.16]

При конструировании важно установить распределение деформаций конструкции, возникающих в процессе эксплуатации под влиянием приложенных напряжений. Напряжения могут возникать из-за давления, создаваемого жидкостью или газом, течением жидкости или неоднородным температурным расширением при изменениях температуры. Упругие свойства часто считают не зависящими от структуры, но существуют ситуации, когда такое утверждение становится неверным. Отдельные зерна металлических кристаллов в отношении упругих свойств анизотропны. Таким образом, упругие постоянные зависят от ориентации зерна по отношению к ориентации приложенных напряжений. В процессе производства деталей может возникнуть преимущественная ориентация отдельных зерен, что и создает упругую анизотропию. Весьма вероятно, что различные степени преимущественной ориентации приводят к довольно широкому разбросу данных по упругим свойствам металлов и сплавов. Вследствие того что этот разброс может вызывать появление погрешности, достигающей в некоторых случаях при расчетах деформаций 20 %, эта тема детально рассматривается в настоящем параграфе. Таблица 3, 4.5,8 — лишь пример того типа информации, которая встречается в литературе. Можно полагать, например, что стали с 5—9 %-ным содержанием хрома должны иметь примерно те же значения модуля Юнга, что и стали, содержание хрома в которых близко к указанному. [c.196]

Прочность сталей значительно изменяется при переходе к высоким температурам. Так, предел прочности при растяжении хромоникелевой стали типа 18-8 падает с 7000 до 4000 кгс/см при 700 °С до 2000 кгс/см при 800 °С. Модуль Юнга углеродистой и легированной сталей уменьшается при нагревании от 20 до 500 °С на 30%. [c.19]

Иногда для повышения прочности между двумя пьезоэлементами помещают металлическую пластину [318]. Собственная частота преобразователя может быть повышена расположением двух пассивных (например, стальных) пластин по обе стороны от биморфного преобразователя из двух пьезопластин. Это объясняется тем, что модуль Юнга стали много больше, чем у пьезокерамики, а изгибная жесткость конструкции определяется в основном ее [c.70]

Твердость вещества можно оценить при помощи модуля Юнга, представляющего собой отношение приложенного напряжения (или силы, отнесенной к единице площади) и соответствующей ему деформации или удлинения. Типичные значения модуля Юнга для различных материалов представлены на рис. 7.1. На одном конце шкалы расположены неорганические кристаллические материалы, такие, как алмаз, кварц, сталь и т. д., модули которых [c.131]

Еще большее впечатление производит различие в силе, необходимой для осуществления деформации. Для удлинения стальной проволоки диаметром 1 мм на 1% требуется нагрузка в 1600 Н (двукратный средний вес человека), а для удлинения каучуковой нити того же диаметра на ту же величину необходима нагрузка меньше Ю Н. Так называемый модуль Юнга (отношение напряжения к удлинению) для стали в 100 000 раз больше, чем для каучука. [c.45]

Характеристика сталей и сплавов при комнатной температуре и частоте колебаний 20 кгц (р — плотность Е — модуль Юнга Спр — скорость звука рс — волновое сопротивление [c.115]

Следует отметить, что для коммуникаций часто применяют титан неоправданно большой толщины, что не вызывается ни прочностными, ни коррозионными требованиями. Часто на титан как конструкционный материал переносятся представления, сложившиеся в результате многолетней работы со сталью. Так, при замене коммуникаций из стали на титановые используют титан той же толщины, что и сталь. Большой расход титана именно на коммуникации объясняется в некоторой степени и этой причиной. Например, коллекторы влажного хлора на заводах делают из листов титана толщиной 3—5 мм (только на двух предприятиях эти коллекторы сделаны из листов толщиной 2 мм, но и это значительная толщина). За рубежом для данных целей используют титан толщиной 0,8—1,0 мм. В связи с тем, что модуль Юнга у титана незначителен, при расчетах следует обращать внимание на возможный прогиб труб, а при монтаже — на крепление трубопроводов. [c.156]

Любопытные наблюдения публикует Фирс-Виккерс, утверждая, что нержавеющие аустенитовые стали (хромовые и хромоникелевые) дают падение модуля Юнга приблизительно на 1% на каждые 30° повыщения температуры. В случае особенно тяжелых условий работы лучше всего обратиться за информацией к поставщикам стали. [c.670]

Вулканизованный каучук способен испытывать обратимые деформации на сотни процентов при весьма малом значении модуля упругости. (Модуль Юнга для стали 20 000—22 000 кг/см , для каучука [c.10]

Следует отметить, что высокая эластичность каучука совершенно отличается от упругих деформаций кристаллических веществ или металлов, которые составляют всего несколько процентов от исходных размеров, тогда как каучук можно растягивать до десятикратных удлинений. Резко различаются также необходимые для деформации напряжения. Модуль упругости (или модуль Юнга) Е, характеризующий отношение между приложенным напряжением и относительным удлинением образца, составляет для стали около 20 ООО кг/мм», для стекла—около 6000 кг/мм , а для каучука—лишь около 0,1 кг/мм». Эти различия объясняются тем, что нри упругой деформации кристаллов происходят лишь небольшие изменения средних расстояний между молекулами и валентных расстояний между атомами, связанные со значительными изменениями внутренней энергии напротив, при чистой высоко-эластической деформации большие удлинения происходят без изменения валентных расстояний нри постоянстве внутренней энергии. [c.272]

На практике все большее применение стали получать ОВ с двуслойным покрытием, в которых первый слой выполнен мягким (буферным) с низким (1—2 МПа) модулем Юнга, а второй—с высоким модулем Юнга от 0,1 до 4 ГПа [52] [c.101]

В формуле (П1.2) за начальную деформацию 5 обычно (но не обязательно) принимается величина некоторой условно упругой деформации, которая определяет начало пластического течения материала. Так, если известен модуль Юнга Е или условный предел текучести сг (стандартные справочные характеристики конструкционных сталей), то 0 определяется через любую из этих характеристик с помощью очевидных соотношений [c.572]

Относительный вклад в полную деформацию атомов, совершающих большие перемещения, увеличивается при больших напряжениях и повышенных температурах. Зависимость упругих свойств от структуры и времени при этих условиях становится еще более очевидной. Значения модуля Юнга стали при 600 «С могут отличаться примерно вдвое для квазистатических и иысокочастот]1ых нагрузок или для ползучестойкой и мягкой стали [1]. [c.197]

По М.с. различают след. осн. типы материалов 1) жесткие и хрупкие (чугуны, высокоориентир. волокна, камни и др.), для них характерны модули Юнга > 10 ГПа и низкие разрывные удлинения (до неск. %) 2) твердые и пластичные (мн. пластмассы, мягкие стали, нек-рые цветные металлы), для них характерен модуль Юнга > 2 ГПа и большие разрывные удлинения 3) эластомеры (резины)-низкомодульные в-ва (мвновесный модуль высокоэластичности порядка 0,1-2 МПа), способные к огромнььм обратимым деформациям (сотни %) 4) вязкопластичные среды, способные к неограниченным деформациям и сохраняющие приданную им форму после снятия нагрузки (глины, пластичные смазки, бетонные смеси), 5) жидкости, расплавы солей, металлов, полимеров и т п., способные к необратимым деформациям (течению) и принимающие заданную форму. Возможны также разнообразные промежут. случаи проявления М. с. [c.76]

При проведении теоретических расчетов анизотропии модуля Юнга считается, что упругие свойства поликристаллических материалов определяются константами упругости монокристаллов и преимущественными ориентировками зерен в пространстве [299, 301-305, 307]. При этом обычно пренебрегают взаимодействием между соседними зернами и пользуются различными аппроксимациями. Наиболее близкой к эксперименту является аппроксимация Хилла, который предложил брать среднее от аппроксимаций Фойгта (одинаковая деформация всех зерен) и Ройсса (одинаковое напряжение во всех зернах). Бунге в работе [292] рассчитал зависимость величины модуля Юнга от ориентации в плоскости прокатки для холоднокатаной Си. При этом полученная зависимость аналогична по форме экспериментальным данным и ощибка не превышает 7%. Аналогичные исследования были выполнены для Fe промышленной чистоты и Nb [293], стали [294], Си [295]. [c.175]

Следует отметить, что высокая эластичность каучука совершенно отлична от упругих деформаций кристаллических веществ или металлов, составляющих всего несколько процентов от исходных размеров, тогда как каучук можно растягивать в 10 раз. Резко различаются также необходимые для деформации напряжения. Модуль упругости (или модуль Юнга) Е, характеризующий отношение между приложенным напряжением-и относительным удлинением образца, составляет для стали около 20000 кг мм , для стекла около 6000 кгЬш , а для каучука лишь около 0,1 кг/мм . Эти различия объясняются тем, что при упругой деформации кристаллов происходят небольшие изменения средних расстояний между молекулами и валентных расстояний между атомами, связанные со значительными изменениями внутренней энергии. Напротив, при чистой высокоэластической деформации большие удлинения происходят без изменения валентных расстояний, при постоянстве внутренней энергии (во всяком случае, при удлинениях до 3 раз). Лишь у идеальных газов можно также осуществить большие обратимые сжатия под действием небольших напряжений без изменения внутренней энергии. Сжатый газ в замкнутом пространстве после снятия давления вновь возвращается к первоначальному объему благодаря тому, что этот процесс соответствует переходу в наиболее вероятное состояние и происходит с увеличением энтропии. Легко видеть, что механизм упругих деформаций газа, несмотря на внешнее несходство, вполне аналогичен механизму эластической деформации каучука, причем модуль [c.228]

Поражает разнообразие применений, которые уже придуманы для нанотрубок. Первое, это использование нанотрубок в качестве очень прочных микроскопических стержней, нитей, волокон. Как показывают результаты экспериментов и численного моделирования, модуль Юнга однослойной нанотрубки достигает величин порядка 1-5 ТПа, что на порядок больше, че.м у стали Правда, в настоящее время максимальная длина нанотрубок составляет десятки и сотни. микронов — что, конечно, очень велико по ато.мным масштабам, но слишком мало для широкого использования. Однако длина нанотрубок, получаемых в лаборатории, постепенно увеличивается — сейчас ученые уже подошли к миллиметровому рубежу. Поэтов есть все основания надеяться, что в скоро.м будуще.м научатся вьфащивать нанотрубки длиной в сантиметры и даже метры. Безусловно, это сильно повлияет на будущие технологии ведь «трос» толщиной с человеческий волос, способный удерживать груз в сотни килoфa.vIм, найдет себе бесчисленное множество при.менений. [c.175]

В стеклообразном состоянии (см. рис. 29) при малых напряжениях в полимере возникает только упругая деформация с модулем Юнга 200—600 кгс/мм (для стали модуль Юига равен 20 ООО кгс/мм—). При больших напряжениях деформационные свойства. аморфных полимеров сложнее В стеклообразном состоянии, в котором пластмас-сы находятся при обычных, а каучуки и резины при низких температурах, растяжение аморфного полимера (рис. 33) внешне пронсходит так же, как и кристаллического, Когда условное напряжение достигает так называемого предела вынужденной эластичности (точка А), в наиболее слабом месте образца образуется шейка , в которую постепенно переходит весь образец (участок А Б). Затем тонкий образец еиде несколько растягивается до разрыва (участок ББ). [c.69]

Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости, или модулем Юнга. Выше предела применимости закона Гука зависимость деформации от напряжения носит сложный характер. На примере кривой для стали видно, что нри значительных деформа1(иях может возникать упрочнение деформируемого тела (уменьшение зависимости удлинения от напряжения). В конце концов напряжение достигает критического значения, и деформируемое тело разрушается при удлинении — разрывается (рис. 73). [c.338]

Е — модуль Юнга материала, фунт/дюйм (0,07 кГ/см ) р — плотность материала, фунт/фут (0,016 г см ) 8 = 30-106 фунт дюйм — иолуяъ Юнга для стали [c.356]

Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости или модулем Юнга. Выше предела применимости закона Гука зависимость деформации от напряжения носит сложный характер. На примере кривой для стали видно, что при значительных деформациях может возникать упрочнение деформируемого тела (уменьшение зависимости удлинения от напряжения). В конце концов напряжение достигает критического значения и деформируемое тело разрушается при удлинении (рис. 1,1Х)—разрывается. Значение критического напряжения и предельной величины удлинения — важные показатели механических свойств технических полимеров. [c.249]

Опытные данные показывают [124], что трубные стали обладают свойством изотропии своих физико-механических свойств в достаточно хорошем приближении. Кроме того, при малых деформациях они, как и большинство конструкционных материалов, следуют закону Гука. Поэтому, в случае физического обоснования малости ожидаемых деформаций, либо в других строго обоснованных случаях, при анализе НДС промышленной трубопроводной системы можно использовать линейно-упругую модель материала труб, не снижая точности результатов и существенно уменьшая трудоемкость и время проведения расчетов. В качестве независимых параметров упругих свойств материала удобно использовать стандартные технические характеристики модуль Юнга Е коэффициент Пуассона V (либо модуль сдвига О). Эти характеристики связаны между собой соотношением [123] [c.278]

Модуль Юнга (модуль упругости) является в случае пластмасс критерием жёсткости Пластмассы, как и металлы, подвергаются испытанию на разрыв

Каталоги комплексных поставщиков для предприятий и служб сервиса / Catalogues of one-stop shop suppliers HOFFMANN GROUP \| Справочник HOFFMANN GROUP 2012 Обработка резанием Garant (Всего 1091 стр.)

106 Справочник HOFFMANN GROUP 2012 Обработка материалов резанием Garant ToolScout Стр.78
Модуль Юнга (модуль упругости) является в случае пластмасс критерием жёсткости Пластмассы, как и металлы, подвергаются испытанию на разрыв Модуль Юнга (модуль упругости) является в случае пластмасс критерием жёсткости. Пластмассы, как и металлы, подвергаются испытанию на разрыв, конечно не до разрыва. Модуль Юнга достигнут, когда образец перестаёт вести себя линейно. При этом хрупкие (аморфные) пластмассы ведут себя при растяжении иначе, чем вязкие (полукристаллические) пластмассы (см. рис. 1.28). Модуль Юнга не связан жёстко с пределом прочности при растяжении, пределом текучести или твёрдостью. Прямое сравнение с пределом прочности при растяжении недопустимо. Тепло оказывает решающее влияние на жёсткость пластмасс. Модуль Юнга при этом прямо связан с температурой пластмассы. Уже разность температур 77 °С может оказать существенное влияние на модуль Юнга (см. рис. 1.29). Модуль упругости (Н/мм2) Рис. 1.29 Модуль Юнга в зависимости от температуры 78 GARANT Справочник по обработке резанием Материалы 4.2.2 Плотность, прочность и жёсткость Плотность большинства пластмасс лежит между 800 и 2200 кг/м3. Тем самым они заметно легче, чем металлы или керамические материалы. В отношении механических свойств пластмассы часто уступают другим материалам. Их прочность и жёсткость обычно ниже, чем у металлов или керамики. Благодаря небольшой плотности, однако, это можно частично компенсировать с помощью конструктивных средств (более толстых стенок) или использования пластмасс, армированных волокном.



См.также / See also :

Соотношение твердостей Таблица / Hardness equivalent table			Аналоги марок стали / Workpiece material conversion table
Отклонение размера детали / Fit tolerance table			Перевод оборотов в скорость / Surface speed to RPM conversion
Диаметр под резьбу / Tap drill sizes			Виды резьбы в машиностроении / Thread types and applications
Дюймы в мм Таблица / Inches to mm Conversion table			Современные инструментальные материалы / Cutting tool materials

Справочник HOFFMANN GROUP 2012 Обработка резанием Garant (Всего 1091 стр.)

103 Стеклопластики состоят в основном из реактопластов (полиэфирной и эпоксидной смолы и стекловолокна) Вследствие затруднённой работы с отдел	104	105	107	108	109 Химические вещества оказывают различное влияние на пластмассы Наряду с временем обработки и механической нагрузкой необходимо обращать вни

Справочники по резанию и каталоги инструмента HOFFMANN GROUP

Каталог HOFFMANN GROUP 2020 Режущий и вспомогательный инструмент для станков (1098 страниц)	Каталог HOFFMANN GROUP 2020 Измерительный и ручной инструмент Инвентарь (1194 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2020 Промышленная мебель и складское оборудование (666 страниц)	Каталог HOFFMANN GROUP 2020 Средства индивидуальной защиты (англ.яз / ENG) (442 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2018 Инструмент вспомогательный и режущий (1034 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2018 Инструмент Приборы Инвентарь (1162 страницы)
Каталог HOFFMANN GROUP 2017 Вспомогательный и режущий инструмент (998 страниц)	Каталог HOFFMANN GROUP 2017 Ручной и измерительный инструмент (1126 страниц)	Каталог HOFFMANN GROUP 2017 Производственная мебель и системы хранения (624 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2016 Станочный режущий инструмент и оснастка (англ.яз / ENG) (934 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2016 Слесарно- монтажный и мерительный инструмент (англ.яз / ENG) (1094 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2016 Производственная мебель (англ.яз / ENG) (562 страницы)
Каталог HOFFMANN GROUP 2016 Режущий инструмент и оснастка (нем.яз / DEU) (932 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2016 Ручной и измерительный инструмент (нем.яз / DEU) (1094 страницы)	Справочник HOFFMANN GROUP 2016 Режимы резания для режущего инструмента (EN DE ES IT FR) (904 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2015 Инструмент Оборудование Инвентарь (1643 страницы)	Каталог HOFFMANN GROUP 2015 Производственная мебель (459 страниц)	Справочник HOFFMANN GROUP 2012 Обработка резанием Garant (1091 страница)

Каталоги комплексных поставщиков для предприятий и служб сервиса / Catalogues of one-stop shop suppliers

Модуль сдвига стали таблица

Развитие металлургии и других сопутствующих направлений по изготовлению предметов из металла обязано созданию оружия. Сначала научились выплавлять цветные металлы, но прочность изделий была относительно невысокой. Только с появлением железа и его сплавов началось изучение их свойств.

Первые мечи для придания им твердости и прочности делали довольно тяжелыми. Воинам приходилось брать их в обе руки, чтобы управляться с ними. Со временем появились новые сплавы, разрабатывались технологии производства. Легкие сабли и шпаги пришли на замену тяжеловесному оружию. Параллельно создавались орудия труда. С повышением прочностных характеристик совершенствовались инструменты и способы производства.

Виды нагрузок

Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

Понятие о модуле упругости

В середине XVII века одновременно в нескольких странах начались исследования материалов. Предлагались самые разные методики по определению прочностных характеристик. Английский исследователь Роберт Гук (1660 г.) сформулировал основные положения закона по удлинению упругих тел в результате приложения нагрузки (закона Гука). Введены и понятия:

Напряжения σ, которое в механике измеряется в виде нагрузки, приложенной к определенной площади (кгс/см², Н/м², Па).
Модуля упругости Е, который определяет способность твердого тела деформироваться под действием нагружения (приложения силы в заданном направлении). Единицы измерения также определяются в кгс/см² (Н/м², Па).

Формула по закону Гука записывается в виде ε = σz/E, где:

ε – относительное удлинение;
σz – нормальное напряжение.

Демонстрация закона Гука для упругих тел:

Из приведенной зависимости выводится значение Е для определенного материала опытным путем, Е = σz/ε.

В теории прочности принято понятие модуль упругости Юнга. Это английский исследователь дал более конкретное описание способам изменения прочностных показателей при нормальных нагружениях.

Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1: Модуль упругости для металлов и сплавов

*Наименование материала*	*Значение модуля упругости, 10¹²·Па*
Алюминий	65…72
Дюралюминий	69…76
Железо, содержание углерода менее 0,08 %	165…186
Латунь	88…99
Медь (Cu, 99 %)	107…110
Никель	200…210
Олово	32…38
Свинец	14…19
Серебро	78…84
Серый чугун	110…130
Сталь	190…210
Стекло	65…72
Титан	112…120
Хром	300…310

Модуль упругости для разных марок стали

Таблица 2: Упругость сталей

*Наименование стали*	*Значение модуля упругости, 10¹²·Па*
Сталь низкоуглеродистая	165…180
Сталь 3	179…189
Сталь 30	194…205
Сталь 45	211…223
Сталь 40Х	240…260
65Г	235…275
Х12МФ	310…320
9ХС, ХВГ	275…302
4Х5МФС	305…315
3Х3М3Ф	285…310
Р6М5	305…320
Р9	320…330
Р18	325…340
Р12МФ5	297…310
У7, У8	302…315
У9, У10	320…330
У11	325…340
У12, У13	310…315

Видео: закон Гука, модуль упругости.

Модули прочности

Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

Таблица 3: Модули прочности для сталей

*Наименование стали*	*Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па*	*Модуль сдвига* *G, 10¹²·Па*	*Модуль объемной упругости, 10¹²·Па*	*Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па*
Сталь низкоуглеродистая	165…180	87…91	45…49	154…168
Сталь 3	179…189	93…102	49…52	164…172
Сталь 30	194…205	105…108	72…77	182…184
Сталь 45	211…223	115…130	76…81	192…197
Сталь 40Х	240…260	118…125	84…87	210…218
65Г	235…275	112…124	81…85	208…214
Х12МФ	310…320	143…150	94…98	285…290
9ХС, ХВГ	275…302	135…145	87…92	264…270
4Х5МФС	305…315	147…160	96…100	291…295
3Х3М3Ф	285…310	135…150	92…97	268…273
Р6М5	305…320	147…151	98…102	294…300
Р9	320…330	155…162	104…110	301…312
Р18	325…340	140…149	105…108	308…318
Р12МФ5	297…310	147…152	98…102	276…280
У7, У8	302…315	154…160	100…106	286…294
У9, У10	320…330	160…165	104…112	305…311
У11	325…340	162…170	98…104	306…314
У12, У13	310…315	155…160	99…106	298…304

Таблица 1. Модуль сдвига G для материалов, используемых при изготовлении пружин

Модуль сдвига, G·10 3 кгс/мм 2

Стали 70С2ХА, 50ХФА, 4Х13, 60С2, 60С2Н2А, 65Г, У8А

Бронза БрКМц3-1, БрОФ6.5-0.15, БрОЦ4-3

Таблица 2. Модуль сдвига G для различных материалов

Модуль сдвига, G · 10 3 кгс/мм 2

Алюминиевый сплав литейный

Бакелит (без наполнителей)

Бронза фосфористая катанная

Дюралюмин после отжига при 370 0 С

Медь холоднотянутая прокатная

Чугун серый, белый

И.Я. Левин «Справочник конструктора точных приборов»,Государственное научно-техническое издательство, М.,1962г.

Д.Н. Решетилов «Детали машин»,М.:Машиностроение, 1974г

Web-сайт «ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ». Контактная информация. E-mail: [email protected]

Модулем сдвига (модуль упругости II рода, модуль упругости при сдвиге) – называется физическая величина, характеризующая упругие свойства материалов и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям.

Обозначается латинской буквой G ,
единица измерения – Паскаль [Па] (гигапаскаль [ГПа])

В сопромате данный модуль используется в расчетах на сдвиг, срез и кручение.

Рис. 1 Деформация сдвига

Теоретически определяется отношением касательных напряжений τ к углу сдвига γ (рис. 1)

где
τ =F/A — касательные напряжения;
γ — угол сдвига;
F — сдвигающая сила;
A — площадь приложения силы F ;
ΔS — величина сдвига;
a — размер элемента.

Таблица 1. Сравнительные значения модуля для некоторых материалов

Модуль упругости материалов таблица — Морской флот

Все твердые тела, как кристаллические, так и аморфные, имеют свойство изменять свою форму под воздействие приложенной к ним силы. Другими словами, они подвергаются деформации. Если тело возвращается к исходным размерам и форме после того, как внешнее усилие прекращает свое воздействие, то его называют упругим, а его деформацию считают упругой. Для любого тела существует предел приложенного усилия, после которого деформация перестает быть упругой, тело не возвращается в исходную форму и к исходным размерам, а остается в деформированном состоянии или разрушается. Теория упругих деформаций тел была создана в конце 17 века британским ученым Р. Гуком и развита в трудах его соотечественника Томаса Юнга. В их честь Гука и Юнга были названы соответственно закон и коэффициент, определяющий степень упругости тел. Он активно применяется в инженерном деле в ходе расчетов прочности конструкций и изделий.

Основные сведения

Модуль Юнга, (называемый также модулем продольной упругости и модулем упругости первого рода) это важная механическая характеристика вещества. Он является мерой сопротивляемости продольным деформациям и определяет степень жесткости. Он обозначается как E; измеряется н/м 2 или в Па.

Это важный коэффициент применяют при расчетах жесткости заготовок, узлов и конструкций, в определении их устойчивости к продольным деформациям. Вещества, применяемые для изготовления промышленных и строительных конструкций, имеют, как правило, весьма большие значения E. И поэтому на практике значения Е для них приводят в гигаПаскалях (10 12 Па)

Величину E для стержней поддается расчету, у более сложных конструкций она измеряется в ходе опытов.

Приближенные величины E возможно узнать из графика, построенного в ходе тестов на растяжение.

График теста на растяжение

E- это частное от деления нормальных напряжений σ на относительное удлинение ε.

Закон Гука также можно сформулировать и с использованием модуля Юнга.

Физический смысл модуля Юнга

Во время принудительного изменения формы предметов внутри них порождаются силы, сопротивляющиеся такому изменению, и стремящиеся к восстановлению исходной формы и размеров упругих тел.

Если же тело не оказывает сопротивления изменению формы и по окончании воздействия остается в деформированном виде, то такое тело называют абсолютно неупругим, или пластичным. Характерным примером пластичного тела является брусок пластилина.

Р. Гук исследовал удлинение стрежней из различных веществ, под воздействием подвешенных к свободному концу гирь. Количественным выражением степени изменения формы считают относительное удлинение, равное отношению абсолютного удлинения и исходной длины.

В результате серии опытов было установлено, что абсолютное удлинение пропорционально с коэффициентом упругости исходной длине стрежня и деформирующей силе F и обратно пропорционально площади сечения этого стержня S:

Величину, обратную α, и называют модулем Юнга:

ε = (Δl) / l = α * (F/S)

Отношение растягивающей силы F к S называют упругим напряжением σ:

Закон Гука, записанный с использованием модуля Юнга, выглядит так:

Теперь можно сформулировать физический смысл модуля Юнга: он соответствует напряжению, вызываемому растягиванием стержнеобразного образца вдвое, при условии сохранения целостности.

В реальности подавляющее большинство образцов разрушаются до того, как растянутся вдвое от первоначальной длины. Значение E вычисляют с помощью косвенного метода на малых деформациях.

Коэффициент жёсткости при упругой деформации стержня вдоль его оси k = (ES) / l

Модуль Юнга определяет величину потенциальной энергии тел или сред, подвергшихся упругой деформации.

Значения модуля юнга для некоторых материалов

В таблице показаны значения E ряда распространенных веществ.

Материал	модуль Юнга E, ГПа
Алюминий	70
Бронза	75-125
Вольфрам	350
Графен	1000
Латунь	95
Лёд	3
Медь	110
Свинец	18
Серебро	80
Серый чугун	110
Сталь	200/210
Стекло	70

Модуль продольной упругости стали вдвое больше модуля Юнга меди или чугуна. Модуль Юнга широко применяется в формулах прочностных расчетов элементов конструкций и изделий в целом.

Предел прочности материала

Это предел возникающего напряжения, после которого образец начинает разрушаться.

Статический предел прочности измеряется при продолжительном приложении деформирующего усилия, динамический — при кратковременном, ударном характере такого усилия. Для большинства веществ динамический предел больше, чем статический.

Инструмент для определения предела прочности

Кроме того, существуют пределы прочности на сжатие материала и на растяжение. Они определяются на испытательных стенда опытным путем, при растягивании или сжатии образцов мощными гидравлическим машинами, снабженными точными динамометрами и измерителями давления. В случае невозможности достижения требуемого давления гидравлическим способом иногда применяют направленный взрыв в герметичной капсуле.

Допускаемое механическое напряжение в некоторых материалах при растяжении

Из жизненного опыта известно, что разные материалы по-разному сопротивляются изменению формы. Прочностные характеристики кристаллических и других твердых тел определяются силами межатомного взаимодействия. По мере роста межатомных расстояний возрастают и силы, притягивающие атомы друг к другу. Эти силы достигают максимума при определенной величине напряжения, равной приблизительно одной десятой от модуля Юнга.

Испытание на растяжение

Эту величину называют теоретической прочностью, при ее превышении начинается разрушение материала. В реальности разрушение начинается при меньших значениях, поскольку строение реальных образцов неоднородно. Это вызывает неравномерное распределение напряжений, и разрушение начинается с тех участков, где напряжения максимальны.

Материалы	σ_раст
Бор	5700	0,083
Графит	2390	0,023
Сапфир	1495	0,030
Стальная проволока	415	0,01
Стекловолокно	350	0,034
Конструкционная сталь	60	0,003
Нейлон	48	0,0025

Эти цифры учитываются конструкторами при выборе материала деталей будущего изделия. С их использованием также проводятся прочностные расчеты. Так, например, тросы, используемые для подъемно- транспортных работ, должны иметь десятикратный запас по прочности. Периодически их проверяют, подвешивая груз в десять раз больше, чем паспортная грузоподъемность троса.

Запасы прочности, закладываемые в ответственные конструкции, также многократны.

Коэффициент запаса прочности

Для количественного выражения запаса прочности при конструировании применяют коэффициент запаса прочности. Он характеризует способность изделия к перегрузкам выше номинальных. Для бытовых изделий он невелик, но для ответственных узлов и деталей, могущих при разрушении представлять опасность для жизни и здоровья человека, его делают многократным.

Точный расчет прочностных характеристик позволяет создать достаточный для безопасности запас прочности и одновременно не перетяжелить конструкцию, ухудшая ее эксплуатационные характеристики. Для таких расчетов используются сложные математические методы и совершенное программное обеспечение. Наиболее важные конструкции обсчитывают на суперкомпьютерах.

Связь с другими модулями упругости

Модуль Юнга связан с модулем сдвига, определяющим способность образца к сопротивлению против деформации сдвига, следующим соотношением:

E связан также и с модулем объёмной упругости, определяющим способность образца к сопротивлению против одновременного сжатия со всех сторон.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

Общее понятие

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

Дополнительные характеристики механических свойств

Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

Значение модуля упругости

Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

Некоторые упруго – пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгссм2) некоторых материалов:

Чугун белый – 1,15.
Чугун серый -1,16.
Латунь – 1,01.
Бронза – 1,00.
Кирпичная каменная кладка – 0,03.
Гранитная каменная кладка – 0,09.
Бетон – 0,02.
Древесина вдоль волокон – 0,1.
Древесина поперек волокон – 0,005.
Алюминий – 0,7.

Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки:

Стали конструкционные высокого качества (20, 45) – 2,01.
Стали обычного качества (Ст.3, Ст.6) – 2,00.
Стали низколегированные (30ХГСА, 40Х) – 2,05.
Стали нержавеющие (12Х18Н10Т) – 2,1.
Стали штамповые (9ХМФ) – 2,03.
Стали пружинные (60С2) – 2,03.
Стали подшипниковые (ШХ15) – 2,1.

Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката:

Проволока высокой прочности – 2,1.
Плетенный канат – 1,9.
Трос с металлическим сердечником – 1,95.

Как видим, отклонения между сталями в значениях модулей упругой деформации имеют небольшую величину. Поэтому в большинстве инженерных расчетов можно пренебречь погрешностями и брать значение Е=2,0.

Виды нагрузок

Сжатие – действующая сила сдавливает предмет, вызывая уменьшение длины вдоль направления приложения нагрузки. Такую деформацию ощущают станины, опорные поверхности, стойки и ряд других конструкций, выдерживающих определённый вес. Мосты и переправы, рамы автомобилей и тракторов, фундаменты и арматура, – все эти конструктивные элементы находятся при постоянном сжатии.

Растяжение – нагрузка стремится удлинить тело в определенном направлении. Подъемно-транспортные машины и механизмы испытывают подобные нагружения при подъеме и переноске грузов.

Сдвиг и срез – такое нагружение наблюдается в случае действия сил, направленных вдоль одной оси навстречу друг другу. Соединительные элементы (болты, винты, заклепки и другие метизы) испытывают нагрузку подобного вида. В конструкции корпусов, металлокаркасов, редукторов и других узлов механизмов и машин обязательно имеются соединительные детали. От их прочности зависит работоспособность устройств.

Кручение – если на предмет действует пара сил, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, то возникает крутящий момент. Эти усилия стремятся произвести скручивающую деформацию. Подобные нагружения наблюдаются в коробках передач, валы испытывают именно такую нагрузку. Она чаще всего непостоянная по значению. В течение времени величина действующих сил меняется.

Изгиб – нагрузка, которая изменяет кривизну предметов, считается изгибающей. Мосты, перекладины, консоли, подъемно-транспортные механизмы и другие детали испытывают подобное нагружение.

Понятие о модуле упругости

Напряжения σ, которое в механике измеряется в виде нагрузки, приложенной к определенной площади (кгс/см², Н/м², Па).
Модуля упругости Е, который определяет способность твердого тела деформироваться под действием нагружения (приложения силы в заданном направлении). Единицы измерения также определяются в кгс/см² (Н/м², Па).

Формула по закону Гука записывается в виде ε = σz/E, где:

ε – относительное удлинение;
σz – нормальное напряжение.

Демонстрация закона Гука для упругих тел:

Из приведенной зависимости выводится значение Е для определенного материала опытным путем, Е = σz/ε.

Значения модуля упругости для некоторых материалов приведены в таблице 1.

Таблица 1: Модуль упругости для металлов и сплавов

*Наименование материала*	*Значение модуля упругости, 10¹²·Па*
Алюминий	65…72
Дюралюминий	69…76
Железо, содержание углерода менее 0,08 %	165…186
Латунь	88…99
Медь (Cu, 99 %)	107…110
Никель	200…210
Олово	32…38
Свинец	14…19
Серебро	78…84
Серый чугун	110…130
Сталь	190…210
Стекло	65…72
Титан	112…120
Хром	300…310

Модуль упругости для разных марок стали

Таблица 2: Упругость сталей

*Наименование стали*	*Значение модуля упругости, 10¹²·Па*
Сталь низкоуглеродистая	165…180
Сталь 3	179…189
Сталь 30	194…205
Сталь 45	211…223
Сталь 40Х	240…260
65Г	235…275
Х12МФ	310…320
9ХС, ХВГ	275…302
4Х5МФС	305…315
3Х3М3Ф	285…310
Р6М5	305…320
Р9	320…330
Р18	325…340
Р12МФ5	297…310
У7, У8	302…315
У9, У10	320…330
У11	325…340
У12, У13	310…315

Видео: закон Гука, модуль упругости.

Модули прочности

Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.

Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.

Таблица 3: Модули прочности для сталей

*Наименование стали*	*Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па*	*Модуль сдвига* *G, 10¹²·Па*	*Модуль объемной упругости, 10¹²·Па*	*Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па*
Сталь низкоуглеродистая	165…180	87…91	45…49	154…168
Сталь 3	179…189	93…102	49…52	164…172
Сталь 30	194…205	105…108	72…77	182…184
Сталь 45	211…223	115…130	76…81	192…197
Сталь 40Х	240…260	118…125	84…87	210…218
65Г	235…275	112…124	81…85	208…214
Х12МФ	310…320	143…150	94…98	285…290
9ХС, ХВГ	275…302	135…145	87…92	264…270
4Х5МФС	305…315	147…160	96…100	291…295
3Х3М3Ф	285…310	135…150	92…97	268…273
Р6М5	305…320	147…151	98…102	294…300
Р9	320…330	155…162	104…110	301…312
Р18	325…340	140…149	105…108	308…318
Р12МФ5	297…310	147…152	98…102	276…280
У7, У8	302…315	154…160	100…106	286…294
У9, У10	320…330	160…165	104…112	305…311
У11	325…340	162…170	98…104	306…314
У12, У13	310…315	155…160	99…106	298…304

Обнаружены новые свойства углеродных алмазоподобных фаз

Аспирантом Рысаевой Л.Х. и ведущим научным сотрудником Баимовой Ю.А. совместно с коллегами из Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН Лисовенко Д.С. и Городцовым В.А. исследованы новые свойства углеродных алмазоподобных фаз на основе листов графена. На основе исследований, проведенных методом молекулярной динамики, показано, что устойчивые углеродные алмазоподобные фазы являются устойчивыми и могут демонстрировать необычные механические свойства. В статье, опубликованной в журнале 1-го квартиля (Leysan Kh.Rysaeva, Dmitry S.Lisovenko, Valentin A.Gorodtsov, Julia A.Baimova. Stability, elastic properties and deformation behavior of graphene-based diamond-like phases // Computational Materials Science (Available online 18 November 2019, 109355. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109355), представлены результаты, демонстрирующие ауксетическое поведение одной из исследованных структур. Ранее механические характеристики и модули упругости данных углеродных алмазоподобных фаз не были исследованы. Авторами рассматриваются два важных критерия для изучения устойчивости структуры, которые после релаксации и упругого деформирования структур позволяют получить несколько устойчивых углеродных алмазоподобных фаз. Третьим критерием является хорошо известный критерий термодинамической устойчивости. Авторами получен и проанализирован полный спектр технических коэффициентов упругости – коэффициент Пуассона, модуль Юнга, модуль сдвига и объемный модуль, а также исследовано деформационное поведение устойчивых фаз. Модуль Юнга, измеренный в линейно-упругом режиме, в зависимости от направления растяжения фазы может отличаться в два-три раза. Модуль сдвига также зависит от ориентации и для некоторых направлений изменяется в два раза. В неупругом режиме стабильные алмазоподобные фазы можно растянуть до больших деформаций около 12% и сжать до 10%. Основным механизмом неупругой деформации является растяжение ковалентных связей и валентных углов.

Модуль упругости и коэффициент Пуассона цветных металлов

В таблицах ниже показаны значения модуля Юнга (модуля упругости) и коэффициента Пуассона при комнатной температуре для нескольких цветных металлов, используемых в технике. Свойства материала выражаются в средних значениях или в диапазонах, которые могут значительно варьироваться в зависимости от обработки и качества материала. Точные значения могут быть измерены с помощью неразрушающего тестирования систем Sonelastic ^® при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах.

Алюминиевые сплавы

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
Материал	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм	Коэффициент Пуассона
Алюминиевые сплавы
Сплав 1100:	69	10	0,33
Сплав 2024:	72,4	10,5	0,33
Сплав 6061:	69	10	0.33
Сплав 7075:	71	10,3	0,33
Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Основные области применения:

— 1100: оборудование для химической и пищевой промышленности.
— 2024: конструкции самолетов, заклепки и колеса грузовиков.
— 6061: алюминий морского применения, также используется в трубах и ультразвуковых преобразователях для очистки.
— 7075: конструкции самолетов, приложения, подверженные высоким напряжениям, и ультразвуковые преобразователи для сварки. Обычно он выпускается в виде пластин или квадратных стержней. Это самый дорогой алюминиевый сплав, стоимость которого примерно в четыре раза превышает стоимость сплава 6061.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование алюминиевых сплавов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего метода Sonelastic ^{. ®} Тестирование систем при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах.Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов. Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

В случае сплава 7075, когда он применяется в производстве ультразвуковых преобразователей, знание скорости звука также очень важно. Скорость звука характеризуется неразрушающим контролем систем Sonelastic ^®.

Куперовские сплавы

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
Материал	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм	Коэффициент Пуассона
Медные сплавы
C11000 (электролитическая вязкая смола):	115	16,7	0,33
C17200 (бериллий-медь):	128	18,6	0.30
C26000 (патрон латунь):	110	16	0,35
Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Основные области применения:

— C11000: провода и электрические кабели.
— C17200: пружины, втулки, клапаны и диафрагмы.
— C26000: гильзы картриджей и автомобильные радиаторы.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование медных сплавов (например, при оценке растяжения проволоки под нагрузкой) можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего испытания систем Sonelastic ^® при при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах. Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов. Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

Магниевые сплавы

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм
Магниевые сплавы:
Сплав AZ31B:	45	6,5	0,35
Сплав AZ91D:	45	6,5	0,35
Значения только для справки.Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Основные области применения:

— AZ31B: конструкции, трубы и катодная защита.
— AZ91D: литые детали для автомобилей и электронных устройств.

Магниевые сплавы также используются при производстве автомобильных колес.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование магниевых сплавов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего испытания систем Sonelastic ^® при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах.Знание точных значений имеет основополагающее значение для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов. Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

Титановые сплавы

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
Материал	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм	Коэффициент Пуассона
Титановые сплавы
Коммерчески чистый:	103	14.6	0,34
Сплав Ti-5A1-2.5Sn:	110	16	0,34
Сплав Ti- 6A1-4V:	114	16,5	0,34
Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Основные области применения:

— Ti-5A1-2.5Sn: фюзеляж самолетов и антикоррозийное оборудование.
— Ti-6A1-4V: хирургические имплантаты и элементы конструкции самолетов.

Одно из наиболее распространенных применений Ti-6A1-4V связано с дентальными имплантатами. В этом случае титановые элементы подвергаются обработке поверхности для улучшения биосовместимости и остеоинтеграции.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование титановых сплавов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего испытания систем Sonelastic ^® при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах.Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов. Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

Благородные металлы

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм
Благородные металлы
Золото (чистое):	77	11.2	0,42
Платина (чистая):	171	24,8	0,39
Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Основные области применения:
— Золото: электрические контакты и реставрация зубов.
— Платина: тигли, катализатор и термопары для повышенных температур.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование благородных металлов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего испытания систем Sonelastic ^® при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах.Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов. Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

тугоплавкие металлы

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
Материал	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм	Коэффициент Пуассона
тугоплавкие металлы
Молибден (чистый):	320	46.4	0,32
Тантал (чистый):	185	27	0,35
Вольфрам (чистый):	400	58	0,28
Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Основные области применения:
— Молибден: экструзионные матрицы и конструктивные детали космических аппаратов.
— Тантал: коррозионно-стойкий материал и химическое воздействие.
— Вольфрам: нити накаливания, рентгеновские трубки и сварочные электроды.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование тугоплавких металлов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего испытания систем Sonelastic ^® при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах. Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов.Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

Сплавы разные цветные

Материал	Модуль упругости		Коэффициент Пуассона
Материал	ГПа	10 ⁶ фунт / кв. Дюйм	Коэффициент Пуассона
Прочие сплавы цветных металлов
Никель 200:	204	29,6	0.31
Инконель 625:	207	30	0,31
Монель 400:	180	26	0,32
Сплав Хейнса 25:	236	34,2	–
Инвар:	141	20,5	–
Супер Инвар:	144	21	–
Ковар:	207	30	–
Химический свинец:	13.5	2	0,44
Олово (техническая чистота):	44,3	6,4	0,33
Свинцово-оловянный припой (60Сн-40Пб): (60Сн-40Пб):	30	4,4	–
Цинк (техническая чистота):	104,5	15,2	0,25
Цирконий (реакторная чистота 702):	99.3	14,4	0,35
Значения только для справки. Для получения точных значений охарактеризуйте материал с помощью систем Sonelastic ^®.

Модули упругости (модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона) и демпфирование этих цветных сплавов можно точно охарактеризовать с помощью неразрушающего испытания систем Sonelastic ^® при комнатной температуре, а также при низких и высоких температурах. . Знание точных значений жизненно важно для оптимизации использования материала и надежности моделирования с помощью конечных элементов.Модули упругости и характеристики демпфирования также используются при разработке новых вариантов этих материалов.

Список литературы

Справочники ASM, Vol. 1 и 2, Справочник по инженерным материалам, Том. 1 и 4, Справочник по металлам: свойства и выбор: цветные сплавы и чистые металлы, Vol. 2, 9-е издание, и Advance Materials and Processes, Vol. 146, № 4, ASM International, Materials Park, OH.

Откройте для себя системы Sonelastic

^®: Система Sonelastic ^® для малых образцов
Система Sonelastic ^® для средних образцов
Система Sonelastic ^® для больших образцов
Специальная система Sonelastic ^® и цитата модуля Юнга

— обзор

6.2 Модуль Юнга

Модуль Юнга является мерой силы межатомных связей и лишь незначительно зависит от морфологии микроструктуры материалов. Действительно, в микрокристаллических (МК) материалах степень пластической деформации и размер зерен не имеют существенного влияния на значение модуля Юнга; Однако одной из характерных особенностей наноструктурированных материалов являются более низкие значения их упругих постоянных по сравнению с таковыми в материалах МК [13–17]. Уменьшение значений модуля упругости обычно связывают с существенным увеличением объемной доли границ зерен и тройных стыков [18].Одной из причин уменьшения модуля Юнга считается упругая деформация границ зерен [19].

Было предложено несколько геометрических моделей, предназначенных для оценки объемной доли атомов, находящихся в области границ зерен, как функции среднего диаметра зерен [20–23]. Объемная доля границ зерен может быть рассчитана из соотношения Паламбо [23]:

(6.3) fG = 1 − d − Δd3

, где f _G — объемная доля границ зерен, d — диаметр зерна, а Δ — толщина границы зерна (обычно принимается равной 1 нм).Используя уравнение. (6.3) авторы работы [23] показали, что объемная доля атомов внутри такой границы зерен (ширина 1 нм) быстро увеличивается, когда диаметр зерна становится меньше 40 нм. В материалах с диаметром зерен 5 нм относительная объемная доля атомов в границах зерен достигает 50%. В этом диапазоне размеров зерен влияние площади поверхности границы зерен может быть значительным.

Влияние объемной доли границ зерен на упругие свойства наноматериалов можно проследить, рассмотрев поведение Ni – P, полученного методом электроосаждения.При размерах зерен 4,1 и 28,9 нм объемная доля границ зерен составляла 60% и 10% соответственно. В образце с размером зерна 28,9 нм модуль Юнга составил 205 ГПа, т.е. он был сопоставим с литературными данными для крупнозернистых (КЗ) аналогов (207 ГПа [17]). В образцах с размером зерна 4,1 нм модуль упругости был ниже (178 ГПа).

В титане NC объемная доля границ зерен на порядок меньше, чем в Ni – P, где уменьшение модуля Юнга существенно.Следовательно, это может быть не единственный фактор, влияющий на значение модуля упругости. Высокая плотность дислокаций, наблюдаемая в титане NC, может быть еще одним фактором, который может способствовать эффекту микропластичности. Этот эффект заключается в обратимой пластической деформации изолированных субзерен или обратимых смещениях отдельных участков закрепленных дислокаций [24]. Обратимая пластическая деформация может снизить измеренные значения модуля упругости. В литературе это явление часто называют «эффектом релаксации» [25,26].Возникновение обратимых деформаций в NC-металлах было обнаружено в экспериментах с NC-алюминием, медью и золотом [24,27].

Значение модуля Юнга также может быть связано с технологией производства наноматериалов, которые могут быть причиной образования микроструктурных дефектов, таких как пористость и микротрещины. Многие ранние результаты измерений модуля Юнга в материалах с НК оказались весьма противоречивыми в зависимости от метода производства структур НК.В тех материалах NC, которые были получены путем конденсации инертного газа (IGC), модуль упругости был значительно ниже по сравнению с тем же материалом, полученным другими методами [28]. В то же время материал с размером зерна 7 нм, полученный электроосаждением, имел модуль Юнга, сравнимый с таковым у аналога CG. Основной причиной такого существенного снижения модуля упругости считалось нарушение сплошности микроструктуры наноматериалов, полученных из ИГК, связанное с их пористостью [29–31].Результаты, представленные Шеном и соавт. [32], а позже Чжоу и др. [17] подтвердили, что величина модуля Юнга слабо зависит от размера зерна в непористых сплавах Ni – P с НК, полученных электроосаждением. Пониженное значение модуля Юнга наблюдалось только в материалах с размером зерна менее 20 нм.

При работе с NC-металлами, полученными различными методами интенсивной пластической деформации (SPD), фактором внутренних дефектов можно пренебречь, поскольку плотность этих материалов очень высока.Материалы, обработанные ИПД, характеризуются текстурой деформации и повышенными остаточными напряжениями. Таким образом, реальное значение модуля Юнга NC Ti может быть даже ниже. Тем не менее полученные результаты могут быть использованы для качественного анализа влияния размера зерна на модуль Юнга Ti. Из этого анализа можно сделать вывод, что модуль упругости в титане снижается уже при размерах зерен около 90 нм. Стоит отметить, что неэмпирические расчеты, выполненные Dobosz et al.[33] показали, что модуль Юнга в области границ зерен может быть примерно на 30% ниже, чем в области внутри зерен.

Еще одним фактором, который может повлиять на значение модуля Юнга, является метод измерения. Метод наноиндентирования чаще всего используется для оценки свойств эластичных наноматериалов [15,21,30,31]. В небольших объемах образцов NC модуль Юнга редко определяется с помощью статического испытания на растяжение или ультразвукового метода.При измерении методом наноиндентирования очень важно правильно подготовить поверхность образца. Механическое шлифование и полировка вызывают напряжения в приповерхностной зоне образца, что приводит к его упрочнению. Чтобы избежать этого эффекта, образцы подвергают электролитической полировке. Шероховатость ( R _a) образцов MC и NC, полученных таким образом, оказалась одинаковой (44,1 и 37,1 нм соответственно).

Измерения модуля Юнга с помощью циклического одноосного испытания на растяжение проводились при различных скоростях деформации (приблизительно 10 ^{— 4} –10 ^{— 3} с ^{— 1}).Диапазон напряжения, прилагаемого к образцам во время испытания на растяжение, выбирался индивидуально для каждого исследуемого материала в зависимости от предела текучести (10–250 МПа для MC Ti и 10–800 МПа для NC Ti). Каждый образец был подвергнут циклу нагружения, в течение которого напряжение увеличивалось от минимального до максимального значения (которое всегда ниже, чем предел текучести), а затем в обратном направлении от максимума до минимума. Эта последовательность составляла один цикл загрузки. Во время каждого теста, проводимого при заданных параметрах, этот цикл повторялся пять раз.В расчетах использовались только данные, полученные при увеличении напряжения.

Значения модуля Юнга, полученные с использованием различных методов испытаний, приведены в таблице 6.1 для MC и NC Ti; последний был получен методом гидростатической экструзии (ГЭ). Видно, что измельчение зерна до режима NC привело к уменьшению модуля Юнга Ti [34].

Таблица 6.1. Измеренные значения модуля Юнга

19 019 MC.0

Метод исследования	Состояние Ti	Значение модуля Юнга (ГПа)	Δ E
Наноиндентирование	4,01
Наноиндентирование	NC	110,0	2,10
Напряжение (медленнее)	MC	104,4	1,98
Напряжение (медленнее)	NC	91,2	0,89
Напряжение (быстрее )	MC	108,1	1,74
Напряжение (быстрее )	NC	92,9	2,28

Однако следует отметить, что модуль Юнга поликристаллического образца, измеренный методом наноиндентирования, немного завышен для сравнения. с литературными данными [35,36] из-за определенных ограничений этого метода, поскольку деформация не является строго упругой.По оценкам, модуль Юнга, измеренный методом наноиндентирования, становится более завышенным при увеличении сжимающего напряжения [37–39].

В случае испытания на одноосное растяжение результаты, полученные для условий МК, согласуются с литературными данными. Более того, было обнаружено, что увеличение скорости деформации приводит к увеличению модуля Юнга в обоих материалах. Зависимость модуля Юнга от скорости деформации также была экспериментально показана Сакаи и др.[40] с золотом NC. Чувствительность материалов NC к изменению скорости деформации зависит от механизма деформации, размера зерна материала и кристаллической структуры. В металлах NC снижение чувствительности к напряжению для скорости деформации является основным фактором, ответственным за сильную тенденцию к локализации деформации в полосах сдвига.

Модуль Юнга — обзор

9.4.3 Модуль упругости

Модуль Юнга является очень важным свойством материала из-за его влияния на деформации материала при недогрузке и, следовательно, на смещение конструкции.Инженеры должны знать значение этого параметра, чтобы проводить компьютерное моделирование поведения конструкции. В случае бетона значение модуля Юнга связано с прочностью на сжатие, которая аналогичным образом увеличивается по мере продвижения процесса гидратации цемента. Поэтому мониторинг этого параметра важен (Jurowski and Grzesczyk, 2015). Модуль Юнга может быть получен как по статическим, так и по динамическим принципам. Статические методы определения упругих свойств обычно основаны на измерении напряжений и деформаций во время механической нагрузки (стандартное испытание на сжатие, испытание на трехточечный изгиб, испытание на четырехточечный изгиб и т. Д.), а модуль упругости определяется по наклону линейного участка кривой растяжения. Большой недостаток этих методов состоит в том, что они разрушительны, а оборудование для этих методов обычно большое и тяжелое. Таким образом, измерения можно проводить только в лаборатории (Černý, 2010).

Среди динамических методов популярны испытание на удар резонансной частотой и ультразвуковой импульсный контроль (Ito and Uomoto, 1997). Преимущества динамических методов перед статическими заключаются в их неразрушающем характере, большом разнообразии форм и размеров образцов, которые могут быть использованы, портативном измерительном оборудовании и дешевизне измерения.Кроме того, ультразвуковой импульсный контроль можно использовать для исследования однородности бетона и равномерного распределения пластиковых частиц.

Пример статического модуля упругости для бетонных смесей с крупнозернистым заполнителем ПП 10, 20 и 30 об.% Без (группа NC) и с (группа HC) суперпластификатора при 28-дневном отверждении в воде представлен на рис. 9.7. .

Рисунок 9.7. Модуль упругости бетона через 28 дней (Озбаккалоглу и др., 2017).

Мы видим, что использование более высокого содержания крупного заполнителя ПП приводит к снижению модуля упругости.Эту тенденцию можно объяснить более низким модулем упругости использованных переработанных пластиковых заполнителей (1,6 ГПа) по сравнению с модулями упругости природных заполнителей (73 ГПа), что приводит к упругой несовместимости и концентрации напряжений и, следовательно, к слабости в межфазной переходной зоне между частицами пластика и цементом. матрица (Озбаккалоглу и др., 2017).

В таблице 9.12 представлены обобщенные результаты динамического модуля упругости для легкого бетона, содержащего заполнители из полипропилена, а именно дробленого полипропилена (Záleská et al., 2016), измельченный PPGF (Záleská et al., 2016) и повторно гранулированный PPR (Záleská et al., 2017b) вместо 10, 20, 30, 40 и 50 мас.% Через 28 дней отверждения. В этом случае модуль Юнга был получен по динамическому принципу с использованием импульсного ультразвукового метода. Этот метод основан на измерении времени прохождения ультразвуковой волны, исходящей от устройства и проходящей через материал. Поскольку наличие влаги отрицательно влияет на воспроизводимость результатов измерений, образцы сушили в вакуумной сушилке при 60 C.

Таблица 9.12. Динамический модуль упругости для легкого бетона с выбранными заполнителями из полипропилена через 28 дней

Материал / ссылка	Динамический модуль упругости Юнга (ГПа)
Материал / ссылка	Измельченный PPR (Záleská et al., 2016)	Измельченный PPGF (Záleská et al., 2016)	Регранулированный PPR (Záleská et al., 2018a)
Ref	23,1	23,1	23,1
10%	8.8	5,6	9,0
20%	4,6	3,2	5,2
30%	2,3	1,9	3,1
40%	0,6	0,4	2,2
50%	н / д	0,2	н / п

Модуль Юнга значительно снизился с увеличением количества пластичных заполнителей для всех испытанных бетонов.Низкий модуль упругости разработанных легких бетонов можно объяснить двумя основными факторами: низким динамическим модулем упругости ПП и нарушением распространения ультразвуковых волн на границах между цементной матрицей и частицами ПП из-за большой разницы в скоростях волн в цементе. гель и ПП.

В таблице 9.13 представлены данные по динамическому модулю упругости для легкого бетона, содержащего заполнитель EPP в количестве 60 об.%, При 28 и 90 днях отверждения в воде, как сообщалось в Záleská et al.(2018а, б, в). Гу и Озбаккалоглу (2016) заявили, что модуль упругости бетона с включенными в него пластиковыми заполнителями зависит от большого количества параметров, таких как в / ц, тип отработанных пластиковых частиц, пористость пластиковых частиц, уровень замещения и т. Д. это относится к прочности на сжатие, модуль Юнга пластиковых отходов бетона обычно ниже, чем у обычного бетона с той же массой воды. Это наблюдение согласуется с нашими результатами.

Таблица 9.13. Динамический модуль упругости легкого бетона, содержащего заполнитель EPP (Záleská et al., 2018a, b, c)

	Модуль упругости (ГПа)
Материал	28d	90d
Эталонный мелкозернистый бетон	25,7	25,8
Бетон EPP	8,1	10,9

Что такое модуль Юнга? Определение и уравнение

Модуль Юнга ( E или Y ) — это мера жесткости твердого тела или сопротивления упругой деформации под нагрузкой.Он связывает напряжение (силу на единицу площади) с деформацией (пропорциональной деформацией) вдоль оси или линии. Основной принцип заключается в том, что материал подвергается упругой деформации при сжатии или растяжении, возвращаясь к своей исходной форме при снятии нагрузки. В гибком материале происходит большая деформация по сравнению с жестким материалом. Другими словами:

Низкое значение модуля Юнга означает, что твердое тело эластично.
Высокое значение модуля Юнга означает, что твердое тело неэластично или жестко.

Уравнения и единицы

Уравнение для модуля Юнга:

E = σ / ε = (F / A) / (ΔL / L ₀) = FL ₀ / AΔL

Где:

E — модуль Юнга, обычно выражаемый в паскалях (Па)
σ — одноосное напряжение
ε — деформация
F — сила сжатия или растяжения
A — площадь поперечного сечения или поперечное сечение, перпендикулярное приложенной силе
Δ L — изменение длины (отрицательное при сжатии; положительное при растяжении)
L ₀ — исходная длина

В то время как единицей СИ для модуля Юнга является Па, значения чаще всего выражаются в единицах мегапаскалей (МПа), ньютонов на квадратный миллиметр (Н / мм ²), гигапаскалей (ГПа) или килоньютонов на квадратный миллиметр (кН / мм). ²).Обычная английская единица — фунты на квадратный дюйм (PSI) или мега PSI (Mpsi).

История

Основная концепция модуля Юнга была описана швейцарским ученым и инженером Леонардом Эйлером в 1727 году. В 1782 году итальянский ученый Джордано Риккати провел эксперименты, приведшие к современным расчетам модуля. Тем не менее, модуль получил свое название от британского ученого Томаса Янга, который описал его расчет в своем курсе лекций по естественной философии и механическим искусствам в 1807 году.Вероятно, его следует назвать модулем Риккати в свете современного понимания его истории, но это приведет к путанице.

Изотропные и анизотропные материалы

Модуль Юнга часто зависит от ориентации материала. Изотропные материалы обладают одинаковыми механическими свойствами во всех направлениях. Примеры включают чистые металлы и керамику. Обработка материала или добавление к нему примесей может привести к образованию зернистой структуры, которая делает механические свойства направленными.Эти анизотропные материалы могут иметь очень разные значения модуля Юнга в зависимости от того, приложена ли сила вдоль зерна или перпендикулярно ему. Хорошие примеры анизотропных материалов включают дерево, железобетон и углеродное волокно.

Таблица значений модуля Юнга

Эта таблица содержит репрезентативные значения для образцов из различных материалов. Имейте в виду, что точное значение для образца может несколько отличаться, поскольку метод испытания и состав образца влияют на данные.Как правило, большинство синтетических волокон имеют низкие значения модуля Юнга. Натуральные волокна более жесткие. Металлы и сплавы имеют тенденцию демонстрировать высокие значения. Самый высокий модуль Юнга — для карбина, аллотропа углерода.

Материал	ГПа	МПа
Резина (малая деформация)	0,01–0,1	1,45–14,5 × 10 ⁻³
Полиэтилен низкой плотности	0.11–0,86	1,6–6,5 × 10 ⁻²
Створки диатомовых водорослей (кремниевая кислота)	0,35–2,77	0,05–0,4
ПТФЭ (тефлон)	0,5	0,075
ПНД	0,8	0,116
Капсиды бактериофагов	1–3	0,15–0,435
Полипропилен	1,5–2	0,22–0,29
Поликарбонат	2–2.4	0,29–0,36
Полиэтилентерефталат (ПЭТ)	2–2,7	0,29–0,39
Нейлон	2–4	0,29–0,58
Полистирол твердый	3–3,5	0,44–0,51
Пенополистирол, пена	2,5–7×10 ^-3	3,6–10,2х10 ^-4
ДВП средней плотности (МДФ)	4	0.58
Дерево (вдоль волокон)	11	1,60
Кортикальная кость человека	14	2,03
Матрица из полиэстера, армированного стекловолокном	17,2	2,49
Ароматические пептидные нанотрубки	19–27	2,76–3,92
Бетон высокопрочный	30	4,35
Молекулярные кристаллы аминокислот	21–44	3.04–6.38
Пластик, армированный углеродным волокном	30–50	4,35–7,25
Пеньковое волокно	35	5,08
Магний (Mg)	45	6.53
Стекло	50–90	7,25–13,1
Льняное волокно	58	8,41
Алюминий (Al)	69	10
Перламутр перламутр (карбонат кальция)	70	10.2
Арамид	70,5–112,4	10,2–16,3
Эмаль зубная (фосфат кальция)	83	12
Волокно крапивы двудомной	87	12,6
бронза	96–120	13,9–17,4
Латунь	100–125	14,5–18,1
Титан (Ti)	110,3	16
Титановые сплавы	105–120	15–17.5
Медь (Cu)	117	17
Пластик, армированный углеродным волокном	181	26,3
Кристалл кремния	130–185	18,9–26,8
Кованое железо	190–210	27,6–30,5
Сталь (ASTM-A36)	200	29
Железо-иттриевый гранат (ЖИГ)	193-200	28–29
Кобальт-хром (CoCr)	220–258	29
Ароматические пептидные наносферы	230–275	33.4–40
Бериллий (Be)	287	41,6
Молибден (Мо)	329–330	47,7–47,9
Вольфрам (Вт)	400–410	58–59
Карбид кремния (SiC)	450	65
Карбид вольфрама (WC)	450–650	65–94
Осмий (Os)	525–562	76.1–81,5
Одностенные углеродные нанотрубки	1 000+	150+
Графен (C)	1050	152
Алмаз (C)	1050–1210	152–175
Карбин (К)	32100	4660

Модули упругости

Модуль — это буквально «мера». Вы можете слышать модуль Юнга, называемый модулем упругости , но есть несколько выражений, используемых для измерения упругости:

Модуль Юнга описывает упругость при растяжении вдоль линии при приложении противоположных сил.Это отношение растягивающего напряжения к растягивающей деформации.
Модуль объемной упругости (K) аналогичен модулю Юнга, за исключением трех измерений. Это мера объемной эластичности, рассчитываемая как объемное напряжение, деленное на объемную деформацию.
Сдвиг или модуль жесткости (G) описывает сдвиг, когда на объект действуют противодействующие силы. Он рассчитывается как напряжение сдвига по сравнению с деформацией сдвига.

Осевой модуль, модуль продольной волны и первый параметр Ламе — это другие модули упругости.Коэффициент Пуассона можно использовать для сравнения деформации поперечного сжатия с деформацией продольного растяжения. Вместе с законом Гука эти значения описывают упругие свойства материала.

Источники

ASTM E 111, «Стандартный метод испытаний модуля Юнга, модуля упругости и модуля хорды». Книга стандартов Том: 03.01.2015.
G. Riccati, 1782, Delle vibrazioni sonore dei cilindri , Mem. мат. fis. соц. Italiana, т.1. С. 444-525.
Лю, Минцзе; Артюхов, Василий I; Ли, Хункён; Сюй, Фангбо; Якобсон, Борис I (2013). «Карбин из первых принципов: цепочка атомов углерода, наностержень или наноропа?». САУ Нано . 7 (11): 10075–10082. DOI: 10.1021 / nn404177r
Трусделл, Клиффорд А. (1960). Рациональная механика гибких или упругих тел, 1638–1788: Введение в оперу Леонхарди Эйлера «Омния», т. X и XI, Seriei Secundae . Орелл Фуссли.

Определение модуля Юнга алюминиевых, медных, железных, латунных и стальных сплавов с помощью метода голографической интерферометрии с двойной экспозицией (DEHI)

Определение модуля Юнга для алюминия, меди, железа, латуни и стальных сплавов с помощью голографической интерферометрии с двойной экспозицией ( DEHI) Техника

Х. Р. Кулькарни ¹, С. Н. Шукла ² и М. Б. Донгаре ³

¹ KJEI’s KJ College of Engineering and Management Research, Pune, Maharashtra, India

² Инженерный колледж Матошри и исследовательский центр, Эклахаре Насик, Махараштра, Индия

³ Физический факультет, Университет Шиваджи, Колхапур, Махараштра, Индия

Автор, ответственный за переписку Электронная почта: hrkulkarni @ rediffmail.com

DOI: http://dx.doi.org/10.13005/msri/140207

История публикации статьи
Статья получена: 22 сентября 2017 г.
Статья принята: 4 октября 2017 г.
Статья опубликована: 13 октября 2017 г.
Проверка на плагиат: Да

АННОТАЦИЯ:

Метод голографической интерферометрии с двойной экспозицией (DEHI) имеет широкое применение в области науки и техники.DEHI можно использовать для определения очень небольших изменений поверхности объекта за очень небольшой промежуток времени.

В данном случае метод DEHI используется для записи голограммы одного и того же объекта в разное время, подвергнутой разным нагрузкам. Этот метод успешно использовался для определения модуля Юнга (Y) алюминия, меди, железа, латуни и некоторых стальных сплавов. Обнаружено, что значения Y, полученные с помощью метода DEHI, хорошо согласуются со стандартными значениями Y, доступными для соответствующих металлов и их сплавов.Метод также используется для установления стандартной связи между влиянием углеродного состава и Y стальных сплавов.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ДЭХИ; Голографическая интерферометрия с двойной экспозицией; Модуль для младших

Скопируйте следующее, чтобы процитировать эту статью:

Кулкарни Х. Р., Шукла С. Н., Донгаре М. Б. Определение модуля Юнга алюминиевых, медных, железных, латунных и стальных сплавов с помощью голографической интерферометрии с двойной экспозицией (DEHI ) Техника.Математические науки и ресурсы Индии; 14 (2)

Скопируйте следующее, чтобы процитировать этот URL:

Кулкарни Х. Р., Шукла С. Н., Донгаре М. Б. Определение модуля Юнга алюминиевых, медных, железных, латунных и стальных сплавов с помощью двойной экспозиции Метод голографической интерферометрии (DEHI). Математические науки и ресурсы Индии; 14 (2). Доступно по ссылке: http://www.materialsciencejournal.org/?p=6086

Введение

Технология DEHI используется для записи голограмм одних и тех же объектов в разное время.¹ Этот метод имеет некоторые преимущества перед другими методами, особенно для изучения переходных явлений. Анализ, конечно, существенно не отличается от анализа, приведенного для метода однократной экспозиции, и результирующая интерференционная картина определяется разностью фаз между волной объекта в первом положении и волной объекта во втором положении. ² Этот метод может быть использован при изучении зависимости напряжения от деформации и механики жидкости, ³ механики разрушения для неразрушающего контроля.⁴ Интерферометрия голограмм также может использоваться для отображения изменений формы в образце. ⁵

Качественное определение механической деформации [6] на поверхности объекта произвольной формы с помощью голографической интерферометрии требует решения следующих трех основных задач.

Связь между деформацией поверхности и смещением поверхности;
Связь между получением смещения поверхности и интерференционными полосами в плоскости изображения;
Интерполяция интерференционной картины и количественное определение интерференционной фазы.

Развитие практической техники получения количественной информации ⁷ из голограммы с двойной экспозицией по-прежнему остается одной из наиболее интересных задач голографической интерферометрии. Применение методов голографической интерферометрии для неразрушающего контроля привлекло в последние годы большое внимание. Благодаря своей чрезвычайной чувствительности голографическая интерферометрия позволяет обнаруживать небольшие дефекты и аномалии в диффузных трехмерных объектах.^7-9 Описаны различные голографические методы ^10-12 для измерения трехмерных перемещений объекта под нагрузкой. К ним относятся просмотр поверхности объекта через разные точки голограммы под разными углами и подсчет количества полос, которые проходят через рассматриваемую точку между двумя экспозициями, очень мало или меньше одной полосы. Однако успех голографического неразрушающего контроля ¹³ материала зависит от принятой техники напряжения.Напряжение должно деформировать тестируемое тело таким образом, чтобы «хорошие» области отличались от «плохих», просто изучая интерференцию, создаваемую на голографической интерферограмме.

Измерение модуля Юнга ¹⁴

Модуль Юнга материала можно рассчитать, используя уравнение прогиба кантилевера. Уравнение прогиба кантилевера:,

ΔZ = (WL ³) / (3YI)….. (1)

Где,

Вт = прилагаемая нагрузка в кг

L = эффективный диапазон в см

Y = модуль Юнга в кгФ / см ²

I = момент инерции в см ⁴, можно получить из физических размеров

консоль. Его значение для прямоугольной балки шириной «a» и толщиной «b»

— это ab ³/12 .

Уравнение (1) можно записать как,

Y = (WL ³) / (3 I ΔZ) …………………… (2)

Где ΔZ измеряется с помощью голографической интерферометрии.

Пусть θ _i и θ _o будет углом, определяющим направления освещения и наблюдения соответственно. Они измеряются исходя из геометрии фигуры, как показано на рисунке 2. Разность хода Δ между двумя лучами, рассеянными из двух идентичных точек на объекте, равна,

Δ = ΔZ. п. (Cos θ _i + Cos θ _o) ……………………… .. (3)

Где n = показатель преломления, обычно 1 для воздуха.

Если образуется N полос на длине пролета консоли L, отсчитываемой от фиксированного конца, то

ΔZ = Nλ / (Cos θ _i + Cos θ _o) ………………… (4).

Подставляя значение ΔZ в уравнение 2. Тогда значение модуля Юнга можно рассчитать из:

Y = WL ³ (Cos θ _i + Cos θ _o) / (3 I Nλ) …………… (5)

Результаты экспериментов по Y для металлов и сплавов

Модуль Юнга

был определен для алюминия, меди, железа, латуни и некоторых стальных сплавов с использованием метода DEHI. Образцы для этой цели были получены от Mayura Steel Industries, Колхапур.Состав сплавов и их состав, а также их размеры приведены в Таблице 1 .

Схема эксперимента для записи голограммы с двойной экспозицией с нагруженными объектами показана на рисунке 1.

Рисунок 1: Экспериментальная установка для DEHI

Голограммы с двойной экспозицией соответствующих объектов были записаны в двух различных ситуациях. Один в нормальном состоянии, а другой в деформированном состоянии из-за приложения нагрузки.Для приложения нагрузки использовались струна и шкив, как показано на Рисунке 3 .

Рисунок 2: Измерение углов

Голограммы записывались на голографическую пластину 8E75HD с помощью гелий-неонового лазера мощностью 2 мВт. Для записи голограмм использовался двухлучевой внеосевой метод. Голограммы обрабатывались обычным образом. Восстановленные голограммы выявили ряд полос, расположенных на поверхности металлических пластин. Для обеих экспозиций было дано время экспозиции по 7 секунд каждая.Размеры объекта были точно измерены и представлены в таблице 2. Точно подсчитано количество полос. Они показаны на фотографиях 1-7. Используя уравнение (5), был определен модуль Юнга материала объекта. Значения Y, вычисленные этим методом, были введены в Таблицу 2 вместе с размерами объекта и углом освещения и рассеяния света от поверхности объекта.

Рисунок 3: Объект при приложении нагрузки

Фото 1: Механически напряженная алюминиевая пластина

Фото 2: Механически напряженная медная пластина

Фото 3: Металлическая пластина, механически напряженная

Фото 4: Механически напряженная латунная пластина

Фото 5: Механическое напряжение K ₁ плита

Фото 6: Механическое напряжение K ₂ плита

Фото 7: Механическое напряжение K ₃ плита

Результаты и обсуждение

Расчетные значения Y для пластин из алюминия, меди, латуни, железа и стальных сплавов с помощью метода DEHI приведены в таблице 2.Установлено, что рассчитанные значения Y хорошо согласуются со стандартными значениями.

В случае стальных сплавов K ₁, K ₂ и K ₃ (даны общие названия) найденное значение Y выше, чем у железа. Это в основном зависит от процентного содержания углерода в этом сплаве. Этот процент углерода приведен в таблице 1. Содержание углерода в K ₁, K ₂ и K ₃ находится в порядке возрастания, что приводит к увеличению их модуля Юнга.Для образца K ₁ он в 1,04 раза больше, чем у железа, а для K ₂ наблюдается в 1,08 раза, а для K ₃ в 1,19 раза больше, чем у железа. Значения, определенные для образцов K ₁, K ₂ и K ₃, нигде недоступны. Значения Y, определенные для алюминия, меди, латуни и железа, хорошо согласуются с доступными стандартными значениями. Эти результаты показывают, что метод DEHI можно использовать для определения стандартных значений модуля упругости материала Юнга.Этот результат подтверждает, что значения Y, определенные для образцов K ₁, K ₂ и K ₃, являются правильными.

Таблица 1: Состав стальных сплавов

Составляющие%	Образцы стали
Составляющие%	К ₁	К ₂	К ₃
С	0.184	0,40	1,17
Мн	0,93	0,090	13,15
Si	0,41	0,42	0,42
S	0,037	0,039	0.004
П	0,030	0,038	0,066
Cr	0,099	0,763	0,23
Ni	–	3,258	0,038
Пн	30.00	0,231	–

Таблица 2: Определенные значения Y

Объектная табличка	Длина L, см	Ширина ‘a’ в см	Глубина ‘b’ в см	Прилагаемая нагрузка, Вт, кг	Кол-во полос на объекте	Угол (в градусах)		Модуль Юнга Y в кгФ / см ²
Объектная табличка	Длина L, см	Ширина ‘a’ в см	Глубина ‘b’ в см	Прилагаемая нагрузка, Вт, кг	Кол-во полос на объекте	Подсветка θ _i	Рассеяние θ _o	Определяемые значения	Стандартные значения
Al	3.00	3,00	0,110	0,007	10	6˚ 30 ’	46˚	0,672 х 10 ⁶	0,70 x 10 ⁶
Cu	1,80	3,00	0,110	0.650	11	6˚ 00 ’	44˚ 30 ’	1,240 x 10 ⁶	1,240 х 10 ⁶
Утюг	3,00	3,00	0,120	0,140	36	5˚ 30 ’	48˚	2.130 х 10 ⁶	2,00 х 10 ⁶
Латунь	3,00	3,00	.011	0,015	15	6˚ 30 ’	44˚ 30 ’	0,970 х 10 ⁶	от 0,90 до 1 x 10 ⁶
К ₁	2.40	3,00	0,380	3,00	12	4˚ 30 ’	48˚	2,230 х 10 ⁶	——
К ₂	2,40	2,90	0,353	3.00	15	7˚ 00 ’	46˚	2,311 х 10 ⁶	——
К ₃	2,50	3,00	0,310	1,800	13	4˚ 30 ’	48˚	2.549 х 10 ⁶	——

Список литературы

Helfinger L.O., Brooks R.E и Wuerker R.F. J. Appl. Phys . 1966; 37: 642.
Tanner L.H. J. Sci. Инструмент . 1967; 44: 1015.
CrossRef
Дуддерар Т. Д. Эксп. Мех . 1969; 9: 281.
CrossRef
Стил В. Х. Интерферометрия, Cambridge University Press. 1968; 188.
Дандликер Р., Элиассон Б., Инейхен Б., Моттерер Ф. М. Инженерное использование когерентной оптики, Cambridge University Press, Кембридж. 1976; 99-117.
Маром Э., Фризем А. А., Авнир В. Э. Применение голографии и оптической обработки данных, Pergamon Press, Лондон. 1977; 225.
Робертсон Э. Р. Инженерное использование когерентной оптики, Издательство Кембриджского университета. 1976.
Эрф Р. К. Голографический неразрушающий контроль, Academic Press, Нью-Йорк. 1974.
Харихаран П.Оптическая голография, принципы, методы и приложения, Cambridge University Press. 214. 1984.
King III P. W. Appl. Опция . 1974; 13: 231.
CrossRef
Hansche B.D., Murphy G.G. Appl. Опция . 1974; 13: 630.
CrossRef
Сарма А. В. С. С. С. Р., Кутти Г. Т. Г. Прил. Опция . 1978; 17: 3964.
CrossRef
Мехта П. С., Мохан Д., Бхан К., Лал П., Райдайнат Р. Оптика и лазерные технологии. 1982; 269.
CrossRef
Сирохи Р.С. Курс экспериментов с гелий-неоновым лазером, Wiley Eastern Limited, Нью-Дели. 1986; 67.

Эта работа находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

Механические свойства металлов — Weld Guru

Механические свойства металлов определяют диапазон полезности металла и устанавливают ожидаемый сервис.

Другими словами, это относится к тому, как металлы будут реагировать на внешние нагрузки.

Это включает в себя то, как они деформируются (скручиваются, сжимаются, удлиняются) или ломаются в зависимости от приложенной температуры, времени, нагрузки и других условий.

Механические свойства также используются для определения и идентификации металлов.

Они важны при сварке, потому что сварной шов должен обеспечивать те же механические свойства, что и соединяемые основные металлы.

Адекватность сварного шва зависит от того, обеспечивает ли он свойства, равные или превосходящие свойства соединяемых металлов.

Механические свойства характеризуются напряжением и деформацией (растяжение, сжатие, сдвиг, кручение), упругой деформацией и пластической деформацией (предел текучести, предел прочности, пластичность, вязкость, твердость).

Твердость : Устойчивость к истиранию и вдавливанию.
Прочность и упругость : Измерение того, как металл поглощает энергию
Пластичность : мера способности пластической деформации без разрушения (деформация разрушения, уменьшение площади, удлинение)
Прочность : текучесть при смещении, стойкость, разрушение, текучесть, предел прочности — измеряется как напряжение
Жесткость : модуль Юнга или модуль упругости
Нагрузка : растяжение (растяжение за каждый конец металлического стержня является пределом прочности), сжатие, сдвиг, кручение)
Напряжение и деформация : растяжение и сжатие, сдвиг и кручение

Механические свойства металлов почти всегда выражаются в МПа или Ksi.(1000 фунтов / кв. Дюйм = 1 тыс. Фунтов / кв. Дюйм = 6,89 МПа).

Подробнее о каждой концепции механических свойств металлов читайте ниже.

Современная система испытаний материалов. Экстензометр прикреплен к металлическому образцу для испытания механических свойств металла.

Таблица механических свойств металлов

Механические свойства металлов. Значения зависят от термической обработки, механического состояния или массы металла.

Напряжение и деформация

Напряжение и деформация металла являются одними из основных механических свойств металлов.Еще один способ осмыслить концепцию — нагрузка / площадь. Деформацию металла можно измерить напрямую, но нельзя измерить напряжение.

Деформация: деформация детали / исходная длина
Напряжение: скручивающее, касательное и прямое

Примеры прямого напряжения на металле

Предел прочности металла на растяжение

Типичная универсальная испытательная машина

Прочность на растяжение определяется как максимальная нагрузка при растяжении, которую материал выдержит до разрушения, или способность материала сопротивляться растяжению под действием противоположных сил.

Также известный как предел прочности, это максимальная прочность, развиваемая в металле при испытании на растяжение. (Испытание на растяжение — это метод определения поведения металла при действительной растягивающей нагрузке.

Это испытание определяет предел упругости, удлинение, предел текучести, предел текучести, предел прочности при растяжении и уменьшение площади.) Предел прочности на разрыв — это значение, которое чаще всего указывается для прочности материала и выражается в фунтах на квадратный дюйм ( psi) (килопаскали (кПа)).

Предел прочности на разрыв — это сила в фунтах, необходимая для разрыва бруска материала шириной 1,0 дюйма (25,4 мм) и толщиной 1,00 дюйма (25,4 мм) (см. Рисунок 7-1 ниже).

Прочность металла на растяжение — Рис. 7-1

Прочность на сдвиг

Напряжение сдвига и деформация

Прочность на сдвиг — это способность материала противостоять разрушению под действием противоположных сил, действующих по прямой линии, но не в одной плоскости, или способность металла сопротивляться разрушению противоположными силами, не действующими по прямой линии. линия (см. рисунок 7-2 ниже).

Диаграмма сопротивления сдвигу металла — Рис. 7-2 Диаграмма напряжения сдвига и деформации

: напряжение сдвига
, t = нагрузка сдвига / площадь
деформация сдвига, g = угол деформации (радианы), модуль сдвига
, G = t / g (область упругости) )

Усталостная прочность

Усталостная прочность — это максимальная нагрузка, которую материал может выдержать без разрушения во время большого количества реверсивных нагрузок. Например, вращающийся вал, который поддерживает груз, имеет растягивающие силы в верхней части вала и сжимающие силы в нижней части.При вращении вала происходит повторяющееся циклическое изменение прочности на растяжение и сжатие. Значения усталостной прочности используются при проектировании крыльев самолетов и других конструкций, подверженных быстро меняющимся нагрузкам. На усталостную прочность влияют микроструктура, состояние поверхности, агрессивная среда и холодные работы.

Прочность на сжатие

Прочность на сжатие — это максимальная нагрузка при сжатии, которую материал может выдержать до заданной величины деформации, или способность материала выдерживать давления, действующие в заданной плоскости (рисунок 7-3).

Прочность на сжатие как чугуна, так и бетона превышает их предел прочности на разрыв. Для большинства материалов верно обратное.

Прочность металла на сжатие — рисунок 7-3)

Эластичность

Коэффициент Пуассона, v

Эластичность — это способность металла возвращаться к своему первоначальному размеру, форме и размерам после деформации, растяжения или изменения формы.

Предел упругости — это точка, при которой начинается необратимое повреждение.
Предел текучести — это точка, в которой происходит определенное повреждение с незначительным увеличением нагрузки или без нее.
Предел текучести — это количество фунтов на квадратный дюйм (килопаскали), необходимое для повреждения или деформации до предела текучести.

Измерено с использованием коэффициента Пуассона (отношение поперечной деформации к осевой), согласно которому, когда металл деформируется в одном направлении, соответствующие деформации возникают во всех других направлениях.

Модуль упругости

Модуль упругости Диаграмма жесткости, напряжения и деформации

Модуль упругости — это отношение внутреннего напряжения к производимой деформации.

Упругая деформация

Закон Гука:

S = Ee

Понятие упругой деформации относится к деформации, которая не является постоянной.

Нагрузка на металл создает деформацию, которая возвращается к своей первоначальной форме и размерам при снятии нагрузки.

У большинства металлов упругая область является линейной.

К нелинейным металлам относится чугун.

Закон Гука применяется к линейному упругому поведению, где E — модуль упругости.

Пластичность

Пластичность металла — AR% и ER%

Пластичность металла — это свойство, которое позволяет ему растягиваться или иным образом изменять форму без разрушения и сохранять измененную форму после снятия нагрузки.

Это способность материала, такого как медь, постоянно вытягиваться или растягиваться без разрушения.

Пластичность металла может быть определена испытанием на растяжение путем определения относительного удлинения.

Недостаток пластичности — это хрупкость или отсутствие видимых повреждений до того, как металл потрескается или сломается (например, у чугуна).

Уравнение удлинения

Деформация при разрыве при растяжении, выраженная в процентах:

((конечная измерительная длина — начальная измерительная длина) / начальная измерительная длина) x 100

Относительное удлинение в процентах — это показатель пластичности.

Уменьшение площади

Уменьшение площади поперечного сечения образца на растяжение при разрыве:

((начальная область — конечная область) / начальная область) x 100

Процентное уменьшение площади также является показателем пластичности.

Хрупкость

Хрупкость — это свойство, противоположное пластичности или пластичности.

Хрупкий металл — это металл, который нельзя постоянно деформировать визуально, или металл, не обладающий пластичностью.

Металлы хрупкие — EL% <5% (приблизительно)
Металлы являются пластичными, если EL%> 8% (приблизительно)

Хрупкие и вязкие материалы

Пластичность

Микроструктурные истоки пластичности металла

Пластичность — это способность металла сильно деформироваться без разрушения.Пластичность подобна пластичности.

Он измеряет скольжение, подъем и скольжение атомов в кристаллической структуре.

Подъем и скольжение происходят на дислокациях, а скольжение происходит на границах зерен.

Ковкость

Ковкость — это еще одна форма пластичности, которая представляет собой способность материала постоянно деформироваться при сжатии без разрыва. Именно это свойство позволяет производить ковку и прокатку металлов в тонкие листы. Золото, серебро, олово и свинец являются примерами металлов, проявляющих высокую пластичность.Золото обладает исключительной пластичностью и может раскатываться в листы, достаточно тонкие, чтобы пропускать свет.

Уменьшение площади

Это мера пластичности, полученная в результате испытания на растяжение путем измерения исходной площади поперечного сечения образца до площади поперечного сечения после разрушения.

Устойчивость и стойкость

Прочность — это сочетание высокой прочности и средней пластичности.

Это способность материала или металла сопротивляться разрушению, а также способность противостоять разрушению после того, как повреждение началось.

Прочный металл, такой как холодное долото, — это металл, который может выдерживать значительные нагрузки, медленно или внезапно приложенные, и который деформируется до выхода из строя.

Прочность — это способность материала противостоять началу необратимой деформации, а также способность противостоять ударам или поглощать энергию.

Обратите внимание, что уравнения прочности и устойчивости определяются как:

энергии на единицу объема

Уравнение прочности:

(Дж / м ³ или Н.мм / мм ³ = МПа)

Таблица ударной вязкости, Ut

Устойчивость — это мера способности материала поглощать энергию без пластической или остаточной деформации.

Уравнение устойчивости:

(Дж / м ³ или Н-мм / мм ³ = МПа)

Таблица упругости, Ur

Свариваемость и обрабатываемость

Свойство свариваемости и обрабатываемости — это сложность или легкость, с которой материал можно сваривать или обрабатывать.

Сопротивление истиранию

Устойчивость к истиранию — это сопротивление истиранию при трении.

Ударопрочность

Стойкость металла к ударам оценивается по ударной вязкости.

Металл может обладать удовлетворительной пластичностью при статических нагрузках, но может разрушиться при динамических нагрузках или ударах.

Ударная вязкость металла определяется путем измерения энергии, поглощенной в трещине.

Жесткость

Твердость — это способность металла сопротивляться проникновению и износу другим металлом или материалом.

Требуется сочетание твердости и прочности, чтобы выдерживать тяжелые удары.

Твердость металла ограничивает легкость его обработки, поскольку ударная вязкость уменьшается с увеличением твердости.

В таблице 7-3 ниже показана твердость различных металлов.

Таблица преобразования твердости — Таблица 7-3 Таблица преобразования твердости — Таблица 7-3 (продолжение)

Упругая деформация

Понятие упругой деформации определяется законом Гука. Идея состоит в том, что упругая деформация непостоянна.

При снятии нагрузки деталь возвращается к своим первоначальным размерам и форме.

Тесты металлических жгутов

Испытание привязи по Бринеллю

В этом испытании шар из закаленной стали медленно прижимается известной силой к поверхности испытываемого металла.

Затем измеряется диаметр вмятины на поверхности и определяется число твердости по Бринеллю (bhn) по стандартным таблицам (см. Таблицу 7-3).

Испытание ремня безопасности по Роквеллу

Этот тест основан на разнице между глубиной, на которую контрольная точка врезается в металл легкой нагрузкой, и глубиной, на которую она врезается тяжелой нагрузкой.

Сначала прикладывается легкая нагрузка, а затем, не перемещая деталь, прикладывается тяжелая нагрузка.

Номер твердости автоматически указывается на циферблате.

Буквенные обозначения на шкале Роквелла, такие как B и C, указывают тип используемого пенетратора и величину тяжелой нагрузки (таблица 7-3).

Всегда используется одна и та же легкая нагрузка.

Проверка твердости склероскопом

Этот тест измеряет твердость, позволяя молотку с алмазным наконечником упасть под собственным весом с фиксированной высоты и отскочить от поверхности; отскок измеряется по шкале.

Используется на гладких поверхностях, где нежелательны вмятины.

Для дополнительного чтения

мех. Свойства металлов — Бор, Университет Вирджинии,

Роль осадков в поведении модуля Юнга в алюминиевых сплавах

D. J. Mack: Trans. AIME, 1946, т. 166, с. 68-85.

Google Scholar

F. Morestin и M. Boivin: Nuclear Eng. И дизайн, 1996, т.162, с. 107-116.

Артикул Google Scholar

Х. М. Ледбеттер, С.А. Ким: Матем. Sci. Англ. А, 1988, т. 101, с. 87-92.

Google Scholar

M. Lucena, J.A. Бенито, Дж. Хорба и А. Рока: Rev. Metal. Мадрид, 1998, т. 34, с. 310-313.

Артикул Google Scholar

Дж.А. Бенито, Дж. Калле, А. Рока и Дж. Хорба: Proceedings Propiedades Mecánicas de Sólidos , ETSEIB UPC, Барселона, Испания, 1996, стр. 320–25.

Дж. А. Бенито, Дж. М. Манеро, Дж. Хорба и А. Рока: Металл. Мат. Пер. А, 2005, т. 36A, стр. 3317-3324.

Артикул Google Scholar

К. Ямагути, Х. Адачи и Н. Такакура: Металлы и матем., 1998, т. 4 (3), стр. 420-425.

Google Scholar

H.Y. Ю: Мат. Дизайн, 2009, Т. 30, (3), с. 846-850.

Артикул Google Scholar

Х. Ю, Л. Бао, Ю. Гао: J. Mech. Англ., 2010, т. 46 (18), стр. 46-51.

Артикул Google Scholar

10.

R. Pérez, J.A. Бенито, Дж. М. Прадо; ISIJ International, 2005, Vol. 45 (12), стр. 1925-1933.

Артикул Google Scholar

11.

A. Ghaei, D.E. Зеленый: Вычислительное материаловедение, 2010, т. 48, (1), стр.195-205.

Артикул Google Scholar

12.

A. Ghaei: Int. J. Mech. Наук, 2012, т. 65, (1), стр. 38-47.

Артикул Google Scholar

13.

Т. Отомо, Х. Мацумото, Н. Номбра и А. Чиба: J. Japan Inst. Мет., 2009. 73, (2), с. 74-80.

Артикул Google Scholar

14.

М. Тане, Т. Накано, С. Курамото, М. Хара, М. Ниимони, Н. Такесуэ, Т. Яно и Х. Накадзима: Acta Mater., 2011, Vol. 59 (18), стр. 6975-6988.

Артикул Google Scholar

15.

I. Fonseca, J.A. Бенито, Дж. Хорба и А. Рока: Rev. Metal. Мадрид, 2002, 38, стр. 249-256.

Артикул Google Scholar

16.

А. Виллуендас, Дж. Хорба и А. Рока: Rev.Металл. Madr. , 2005, т. EXTR, стр. 46–52.

17.

E.P. Пападакис, К.А. Стиклс и Р. Иннес: Журнал матов. and Manufac., 1995, Vol. 104, с. 830-837.

Google Scholar

18.

Э. П. Пападакис: J. Applied Phys., 1964, Vol. 35, стр. 1474-1482.

Артикул Google Scholar

19.

H.G. Masing, W. Veroff: Siemens-Konzern, 1929, Vol.8, (1), с. 142-148.

Google Scholar

20.

Л. Гийе: J. Rev. de Met., 1939, Vol. 36, стр. 497-521.

Google Scholar

21.

W. Heyroth, E. Becker: Mat. Sci. Форум, 1987, т. 13-14, стр. 383-388.

Артикул Google Scholar

22.

A. Villuendas, J. Jorba, and A. Roca: Symp.Propiedades Mecánicas de Sólidos , Университет Сантьяго-де-Компостела, Сантьяго-де-Компостела, Испания, 2006 г., стр. 107–111.

23.

А. Виллуендас, А. Рока и Дж. Хорба: Матем. Sci. Форум, 2007, Тт. 539-543, стр. 293-298.

Артикул Google Scholar

24.

А. Виллуендас: Ph.D. Диссертация, Университет Барселоны, Барселона, 2007.

25.

Дж. Крауткремер и Х. Крауткрамер: Ультразвуковой контроль материалов, Springer-Verlag, Берлин, 1969.

Забронировать Google Scholar

26.

Б. Карлин: Ультразвук, 2-е изд., Мак. Graw-Hill Publishing Company, Inc, 1960.

Google Scholar

27.

F. Dupont, C.A. Браун и Э. Эль Батави: Практик. Мет., 1986, т. 23. С. 493-501.

Google Scholar

28.

R. K. Ham: Phil. Mag., 1961, т. 6, стр. 1183-1184.

Артикул Google Scholar

29.

P. Howard, R. Pilkington, G.W. Лоример и Ф. Продажа: High Temp High Press., 1985, Vol. 17. С. 123–29.

Google Scholar

30.

А. Нин, З. Лю и С. Цзэн: Пер. Цветные металлы. Soc. Китай, 2006, т. 16. С. 1341-1347.

Артикул Google Scholar

31.

Н.Ф. Мотт и Ф. Набарро: Учеб. Физ., 1940, т. 52, стр. 86.

Статья Google Scholar

32.