Материалы с высоким сопротивлением ударным нагрузкам реферат

то из формул (11.1) и (11.2) получим При внезапном приложении нагрузки деформации и напряжения вдвое больше, чем при статическом действии той же нагрузки.

2. Если высота падения h значительно больше статической деформации

то для определения динамического коэффициента получим

следующую приближенную формулу:

Пример 1. На стальную двутавровую балку № 27а пролетом 3 м падает посредине пролета груза Q — 100 кГ с высоты h = 10 см. Момент инерции сечения J_x = 5500 см 4 , момент сопротивления W_x = = 407 см 3 (из таблиц сортамента); Е = 210 6 кГ/см 2 .

Определить наибольший прогиб балки и максимальные напряжения в ее поперечном сечении.

Решение. Вычисляем статический прогиб балки под грузом по формуле Динамический коэффициент равен В данном случае динамический эффект падающего груза в 64 раза превосходит его статический эффект.

Вычисляем статическое напряжение от груза Q.

Наибольший изгибающий момент будет в среднем сечении балки. Он равен Наибольшее статическое напряжение Наибольшее динамическое напряжение Из этого примера видно, насколько опасными по своему действию являются динамические нагрузки. К этому добавляется еще и то обстоятельство, что допускаемые напряжения при ударе принимают более низкими, чем при действии статических нагрузок.

Внецентренный удар.

Значительно больший практический интерес представляет внецентренный удар, с которым на практике обычно и приходится встречаться.

Сохраним те же допущения о характере удара, что и при центральном ударе.

Поскольку при внецентренном ударе, кроме деформаций и напряжений растяжения (сжатия), возникают еще деформации и напряжения изгиба, примем гипотезу о том, что изогнутая ось стержня при ударе совпадает по форме с изогнутой осью при статическом действии нагрузки [9, "https://referat.bookap.info"].

Сделанные допущения приемлемы при небольших скоростях удара.

Вычисляем работу веса Q груза, падающего с высоты h

где — перемещение в точке удара С (рис. 11.5). Это перемещение

может быть представлено в виде суммы

где —. укорочение оси стержня от действия продольной силы

— укорочение оси стержня вследствие его искривления. При нижнем заделанном конце стержня оно может быть определено по формуле.

В частном случае, когда точка удара лежит на одной из главных осей сечения, имеем

Здесь а — эксцентриситет силы удара относительно главной центральной оси х. Перемещение — есть перемещение точки удара вследствие поворота сечения

где — угол поворота верхнего сечения стержня (По малости деформаций принимается)

При вычислении перемещений б₂ и б₃ эффект продольно-поперечного изгиба не учитываем, т. е. принимаем стержень достаточно большой жесткости.

Окончательно, формула (3) принимает вид

Вычисляем потенциальную энергию деформации стержня

где — момент инерции сечения относительно оси х_с, проходящей параллельно оси x через точку удара С. На основании закона сохранения энергии приравниваем После преобразований получим следующее квадратное уравнение для определения силы удара :

где — радиус инерции сечения относительно оси х;

— статическое укорочение стержня;

— гибкость стержня относительно оси х.

Определив из этого уравнения, можно по формуле (4) определить перемещение в точке удара. Напряжения при сжимающем ударе найдутся из формулы

Если деформации стержня малы по сравнению с высотой падения h, то, приравнивая работу силы Q, равную А = Qh, потенциальной энергии деформации (11.13), получим

где —динамический коэффициент, равный

(17а) Напряжения равны

Аналогичным способом можно получить решение задачи и в общем случае удара, когда точка удара не лежит ни на одной из главных осей поперечного сечения стержня.

Пример 2. Определить силу удара и напряжения от падающего груза весом Q в стержне круглого сечения для двух случаев: 1) центрального удара; 2) внецентренного удара при а = r.

Решение. Динамические коэффициенты вычисляем по приближенным формулам, считая, что h велико по сравнению с .

1. Центральный удар.

Динамический коэффициент вычисляем по формуле (2а)

2. Внецентренный удар. определяем по формуле (17а) Сравнивая результаты, видим, что при центральном ударе сила удара Р_днн в 2,24 раза больше, чем при внецентренном ударе, а напряжения в 0,43 раза меньше.

Из этого следует, например, что при забивке свай выгодно центрировать удар для того, чтобы увеличивать силу удара, погружающую сваю в грунт и уменьшать динамические напряжения за счет ликвидации изгибающего момента, не оказывающего влияния на погружение сваи.

Для центрирования удара наголовник для сваи следует делать с центрирующим выступом (рис. 11.4, б).

Испытания материалов ударной нагрузкой (ударная проба).

Исследования показывают, что скорость деформирования заметно влияет на механические свойства материалов.

На рис. 11.6 показаны две диаграммы растяжения — при статическом нагружении и при динамическом нагружении 2. Из этих диаграмм видно, что предел текучести и предел прочности при ударном растяжении повышаются. Исследования Н. Н. Давиденкова и других показывают, что предел текучести повышается на 20—70%, а предел прочности — на 10—30% по сравнению со статическим растяжением. Пластичность с ростом скорости деформирования убывает. Уже при сравнительно невысоких скоростях нагружения наблюдается склонность к хрупкому разрушению.

Для построения диаграммы ударного растяжения типа диаграммы 2 на рис. 11.6 требуются специальные очень сложные машины. Обычно применяют другой, более упрощенный способ оценки свойств материалов при действии ударной нагрузки, так называемую ударную пробу. Для испытания применяют образцы стандартной формы. Один из таких образцов показан на рис. 11.7.

В образце посредине делают надрез глубиной 2 мм для того, чтобы поставить материал в наиболее тяжелые условия работы, так как надрез создает концентрацию напряжений.

Образец подвергается ударному разрушению на специальном копре маятникового типа (рис. 11.8). Нож маятника С, поднятый на высоту hy опускаясь, ломает образец, ударяя его в точке К (см. рис. 11.7), из-за счет оставшейся кинетической энергии поднимается на высоту

Работа, совершенная маятником, равна А = Q(h₁—h₂). Она расходуется на разрушение образца, за исключением небольшой ее части АА, затрачиваемой на вредные сопротивления (трение в машине, сопротивление воздуха). Величина этих потерь для каждого экземпляра копра известна.

За характеристику способности материала сопротивляться действию ударной нагрузки принимают величину.

где — работа, затраченная на разрушение образца;

F — площадь поперечного сечения образца в месте надреза.

Величина а_к называется удельной ударной вязкостью материала. Чем больше а_к, тем лучше материал сопротивляется удару, тем более он вязок.

Величина ударной вязкости а_к зависит от температуры t, при которой производятся испытания. Для стали Ст. 3 график зависимости а_к от t показан на рис. 11.9. При понижении температуры величина а_к уменьшается. Существует интервал температуры t_kp, когда а_к уменьшается особенно быстро. Этот интервал называется критическим интервалом температуры.

Область температур левее критического интервала называется областью температурной хрупкости. Как видим, область температурной хрупкости для стали Ст. 3 соответствует температуре ниже —25° С. При температуре от —20 до +30° величина а_к для этой стали составляет 6—12 (кГ-м)/см 2 .

Отметим для сравнения, что у стеклотекстолитов величина а_к составляет 1—4 (кГм)/см 2 . Следовательно, стеклопластики значительно хуже сопротивляются действию ударных нагрузок, нежели малоуглеродистая сталь.

Материалы, устойчивые к изнашиванию в условиях больших давлений и ударных нагрузок.

Трение с высокими давлениями и ударным нагружением характерно для работы траков гусеничных машин, крестовин железнодорожных рельсов, ковшей экскаваторов и других деталей. Их изготовляют из высокомарганцовистой аустенитной стали содержащей примерно 1,1% С и Высокая износостойкость этой стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению (наклепу). Сталь плохо обрабатывается резанием, поэтому детали получают литьем (буква Л в марке стали) или ковкой.

Износостойкость стали максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде от После закалки сталь имеет низкую твердость и высокую вязкость. Если такая сталь во время работы испытывает только абразивное изнашивание, то оказывается неизносостойкой. В условиях же ударного воздействия в поверхностном слое стали образуется большое количество дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки). В результате твердость поверхности повышается до и сталь становится износостойкой.

Изнашивание, связанное с ударным нагружением поверхности, наблюдается также при кавитации, которая возникает при работе гребных винтов, лопастей гидротурбин, цилиндров гидронасосов. Кавитационное изнашивание- создают струи жидкости в момент захлопывания пузырьков газа или воздуха. Образующиеся при этом многочисленные микроудары вызывают развитие процессов усталости, которые усиливаются под влиянием коррозии.

В качестве кавитационно-стойких применяют стали с нестабильной структурой аустенита и др. При ударном воздействии аустенит этих сталей испытывает наклеп и частичное мартенситное превращение, на развитие которых расходуется энергия удара. Упрочнение поверхности стали в условиях эксплуатации затрудняет образование трещин усталости.

Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛИТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА РАВНОВЕСНУЮ СТРУКТУРУ СПЛАВОВ

Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Раздел первый. Конструкционные материалы

Глава 8. СТАЛИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЖЕСТКОСТЬ, СТАТИЧЕСКУЮ И ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

Глава 9. МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Глава 12. МАТЕРИАЛЫ С МАЛОЙ ПЛОТНОСТЬЮ

Глава 13. МАТЕРИАЛЫ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ

Глава 14. МАТЕРИАЛЫ, УСТОЙЧИВЫЕ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

Раздел второй. Материалы с особыми физическими свойствами

Глава 16. МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ТЕПЛОВЫМИ СВОЙСТВАМИ

Глава 17. МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Глава 18. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕЖУЩИХ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Глава 19. СТАЛИ ДЛЯ ИНСТРУМЕНТОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

© 2022 Научная библиотека

Копирование информации со страницы разрешается только с указанием ссылки на данный сайт

1.6. Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали.

1.7. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали.

1.8. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием.

1.9. Мартенситно-стареющие высокопрочные стали.

1.10. Высокопрочные стали с высокой пластичностью (ТРИП- или ПНП-стали)

1.11. Рессорно-пружинные стали общего назначения.

1.12. Шарикоподшипниковые стали.

1.13. Износостойкие стали.

1.14. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы.

1.15. Криогенные стали.

1.16. Жаропрочные стали и сплавы.

2. Инструментальные стали и твердые сплавы.

2.1. Стали для режущего инструмента.

2.2. Стали для измерительного инструмента.

2.3. Стали для штампов холодного деформирования.

2.4. Стали для штампов горячего деформирования.

2.5. Твердые сплавы.

3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.

3.1. Магнитные стали и сплавы.

3.2. Металлические стекла (амфорные сплавы).

3.3. Стали и сплавы с высоким электрическим сопротивлением для нагревательных элементов.

3.4. Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения.

3.5. Сплавы с эффектом “памяти формы”.

4. Тугоплавкие металлы и их сплавы.

5. Титан и сплавы на его основе.

5.2. Сплавы на основе титана.

6. Алюминий и сплавы на его основе.

6.2. Классификация алюминиевых сплавов.

6.3. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой.

6.4. Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

6.5. Литейные алюминиевые сплавы.

7. Магний и сплавы на его основе.

7.2. Сплавы на основе магния.

8. Медь и сплавы на ее основе.

8.2. Сплавы на основе меди.

9. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой, цинковой и алюминиевой основах.

10. Композиционные материалы с металлической матрицей.

11. Конструкционные порошковые материалы.

1. Общие сведения о неметаллических материалах.

1.1. Особенности свойств полимерных материалов.

2. Пластические массы.

2.1. Состав, свойства пластмасс.

2.2. Термопластичные пластмассы.

2.3. Термореактивные пластмассы.

2.4. Газонаполненные пластмассы.

3. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.

3.1. Общие сведения, состав.

4. Резиновые материалы.

4.1. Общие сведение, состав и классификация резин.

4.2. Резины общего назначения.

4.3. Резины специального назначения.

5. Клеящие материалы и герметики.

5.1. Общие сведение, состав пленкообразующих материалов.

5.2. Конструкционные, смоляные и резиновые клеи.

5.3. Неорганические клеи.

6. Неорганические материалы.

6.2. Неорганическое стекло.

6.3. Керамические материалы.

I РАЗДЕЛ

Конструкционные стали и сплавы

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).

Углеродистые конструкционные стали

Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений.

С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (sв) и текучести (s0.2) и снижается пластичность (d,y). Ст3сп имеет sв=380¸490МПа, s0.2=210¸250МПа, d=25¸22%.

Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций.

С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.

Сопротивление материала ударным нагрузкам характеризует работа, которую необходимо затратить на его разрушение. Но работа выражается произведением силы на пройденный ею путь. Сила, которую нужно приложить для разрушения материала, пропорциональна пределу его прочности, а путь силы пропорционален деформационной способности материала. Деформационную способность материала при растяжении характеризует его относительное удлинение, предельная величина которого, по данным Л. Н. Пицкеля * и Т. М, Берковича **, ε = n· 10—4, где n в зависимости от процентного содержания и марки асбеста в асбестоцементе, плотности и возраста последнего изменяется в пределах от 2 до 4. Величина n возрастает с увеличением процентного содержания в асбестоцементе асбеста и длины его волокон, а также с уменьшением плотности асбестоцемента и снижается с увеличением его возраста.

Приведенные данные показывают, что деформативность асбестоцемента невелика и она определяет относительно невысокую его сопротивляемость ударным нагрузкам.

Помимо небольшой величины ударной вязкости асбестоцемент при воздействии на него ударных нагрузок обнаруживает еще следующие отрицательные свойства. Под воздействием удара, сила которого приближается к разрушающей, но еще недостаточна для разрушения, асбестоцементное изделие сохраняет форму, и при внешнем осмотре каких-либо признаков нарушения его целостности не обнаруживается. Однако при последующем испытании оказывается, что в результате этого удара оно потеряло до 60—80% прочности, т. е. уже непригодно для использования. Небольшие удары мало влияют на прочность изделий, но все же несколько снижают ее. Указанное свойство асбестоцемента объясняется его структурой. Он является цементным камнем, армированным тончайшими волокнами асбеста, которые, хотя и ориентированы преимущественно в линейном направлении по их длине, но в основной своей массе расположены друг к другу под различными углами.

При приложении к асбестоцементному телу растягивающей (или изгибающей) нагрузки волокна асбеста нагружаются неравномерно: те из них, направление которых совпадает с направлением напряжений, возникающих в асбестоцементном изделии под действием нагрузки, будут разорваны, когда эта нагрузка возрастет, первыми. Следовательно, при воздействии ударной нагрузки, близкой по величине к разрушающей, значительная часть волокон асбеста будет разорвана, а цементный камень покроется сетью невидимых для глаза микротрещин. Однако целостность изделие сохранит, так как будет связано сохранившимися волокнами, направленность которых составляет некоторый угол с направлением вызванных ударной нагрузкой напряжений. Чем ближе величина ударной нагрузки к разрушающей, тем больше будет этот угол, тем большая часть волокон асбеста будет разорвана, а следовательно, тем в меньшей степени сохранит изделие свою начальную прочность. Поэтому при транспортировании, разгрузке и монтаже всех видов асбестоцементных изделий необходимо оберегать их от ударов и не бросать их.

Сопротивляемость асбестоцементных изделий ударным нагрузкам определяют на маятниковом копре. Для этого из испытываемых изделий вырезают плоские призматические образцы.

В НИИАсбестцементе (Г. С. Блох) ударную вязкость определяли на копре МК-0,5. Эти исследования привели его к следующим выводам.

С увеличением влажности асбестоцемента его ударная вязкость возрастает, что можно объяснить повышением его деформативности. С достаточной для практического использования точностью эта зависимость выражается следующей формулой:

где Rуд — величина ударной вязкости сухого асбестоцемента;
ω — влажность испытываемого образца, выраженная в %.

С возрастанием влажности увеличивается также и коэффициент однородности ударной вязкости асбестоцемента. Поэтому целесообразно асбестоцементные образцы перед их испытанием на ударную вязкость выдерживать около суток в воде.

Для характеристик величины ударной вязкости асбестоцемента (как материала) независимо от толщины его образцов, испытываемых на маятниковом копре, следует пользоваться расчетной формулой, предложенной Г. С. Блохом:

где А — работа, затраченная копром на излом образца, выраженная в кг·см;
b — ширина испытываемого образца в см;
h — толщина испытываемого образца в см;
Rуд — ударная вязкость асбестоцемента в кг/см 3 /2.

Приведенная формула проверена на большом количестве образцов асбестоцемента с толщиной от 5 до 10 мм, что соответствует большинству асбестоцементных листов, применяемых в строительстве, и только при этих толщинах образцов следует ею пользоваться.

Маятниковый копер МК-0,5 имеет два сменных молота № 1 и № 2. Вес первого молота 0,804 кг, второго 0,402 кг. Исследования показали, что при одинаковом угле их зарядки как при первом, так и при втором молоте результаты определений ударной вязкости асбестоцемента существенно не различаются. Угол же зарядки маятника (угол его отклонения от вертикальной линии), как показали исследования, существенно влияет на результат определений. Объясняется это тем, что с возрастанием угла зарядки скорость движения маятника в момент соприкосновения с испытываемым образцом возрастает. В результате увеличивается количество энергии, затрачиваемой на приведение в движение его обломков. Поэтому для получения сопоставимых результатов определения ударной вязкости асбестоцемента необходимо все испытания проводить при одной и той же величине угла зарядки маятника.

Подавляющее количество асбестоцементных листовых изделий вырабатывается в виде волнистых листов. Существенной характеристикой надежности их службы является величина ударной вязкости асбестоцемента, из которого они изготовлены. В связи с этим крайне важно установить, как следует испытывать образцы волнистых листов.

Исследования большого количества образцов различной формы показали, что для характеристики ударной вязкости асбестоцемента в волнистых листах следует вырезать образцы из гребня или впадины волнистого листа и устанавливать их на маятниковом копре вогнутостью в сторону молота. Ударную вязкость в этом случае рассчитывают по той же формуле, которая приведена для расчета ударной вязкости плоских образцов.

Читайте также:

  
• Откуда у кометы хвост реферат
  
• Жанры речи реферат конспект урока 9 класс
  
• Диоген синопский реферат по философии
  
• Рентгенологиялық зерттеу әдістері реферат
  
• Общие и частные принципы управления в таможенном менеджменте реферат