✖


Jump to content

Предельная прочность на растяжение

Два тиска прикладывают к образцу напряжение, растягивая его до тех пор, пока он не сломается. Максимальное напряжение, которое он выдерживает до разрушения, является его пределом прочности на разрыв.

Предел прочности на разрыв (также называемый UTS , предел прочности , TS , предел прочности или в обозначениях) [1] Это максимальное напряжение , которое может выдержать материал при растяжении или растяжении, прежде чем он сломается. У хрупких материалов предел прочности при растяжении близок к пределу текучести , тогда как у пластичных материалов предел прочности при растяжении может быть выше.

Предельную прочность на растяжение обычно определяют путем проведения испытания на растяжение и записи зависимости инженерного напряжения от деформации . Самая высокая точка кривой напряжения-деформации представляет собой предел прочности на разрыв и имеет единицы напряжения. Эквивалентная точка для случая сжатия вместо растяжения называется прочностью на сжатие .

Прочность на растяжение редко имеет какое-либо значение при проектировании пластичных элементов, но она важна для хрупких элементов. Они сведены в таблицу для распространенных материалов, таких как сплавы , композитные материалы , керамика , пластмассы и дерево.

Определение

[ редактировать ]

Предельная прочность материала на разрыв является интенсивным свойством ; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако в зависимости от материала это может зависеть от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала.

Некоторые материалы ломаются очень резко, без пластической деформации , что называется хрупким разрушением. Другие, более пластичные, включая большинство металлов, испытывают некоторую пластическую деформацию и, возможно, образование шейки перед разрушением .

Предел прочности определяется как напряжение, которое измеряется как сила на единицу площади. Для некоторых неоднородных материалов (или для сборных компонентов) ее можно указывать просто как силу или как силу на единицу ширины. В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения является паскаль (Па) (или его кратное число, часто мегапаскаль (МПа), с использованием префикса СИ « мега» ); или, что эквивалентно паскалям, ньютонам на квадратный метр (Н/м 2 ). Обычная единица измерения в США — фунты на квадратный дюйм (lb/in). 2 или пси). Килофунты на квадратный дюйм (килофунты на квадратный дюйм или иногда ксило-фунты на квадратный дюйм) равны 1000 фунтов на квадратный дюйм и обычно используются в Соединенных Штатах при измерении прочности на растяжение.

Пластичные материалы

[ редактировать ]
Рисунок 1: «Инженерная» кривая напряжения-деформации (σ–ε), типичная для алюминия.
  1. Абсолютная сила
  2. Предел текучести
  3. Пропорциональное предельное напряжение
  4. Перелом
  5. Смещение деформации (обычно 0,2%)
Рисунок 2: «Инженерная» (красная) и «истинная» (синяя) кривая напряжения-деформации, типичная для конструкционной стали .
  1. Кажущееся напряжение ( F / A 0 )
  2. Фактическое напряжение ( F / A )

Многие материалы могут демонстрировать линейное упругое поведение , определяемое линейным соотношением напряжения и деформации , как показано на рисунке 1 до точки 3. Упругое поведение материалов часто распространяется на нелинейную область, представленную на рисунке 1 точкой 2 ( «предел текучести»), до которого деформации полностью восстанавливаются при снятии нагрузки; то есть образец, упруго нагруженный при растяжении , удлинится, но при разгрузке вернется к своей первоначальной форме и размеру. За пределами этой упругой области для пластичных материалов, таких как сталь, деформации являются пластическими . Пластически деформированный образец при разгрузке не полностью возвращается к исходным размерам и форме. Для многих применений пластическая деформация неприемлема и используется в качестве конструктивного ограничения.

После предела текучести пластичные металлы подвергаются периоду деформационного упрочнения, при котором напряжение снова увеличивается с увеличением деформации, и они начинают сужаться , поскольку площадь поперечного сечения образца уменьшается из-за пластического течения. В достаточно пластичном материале, когда образование шейки становится значительным, это вызывает разворот инженерной кривой напряжения-деформации (кривая А, рисунок 2); это связано с тем, что инженерное напряжение рассчитывается с учетом исходной площади поперечного сечения до образования шейки. Точкой разворота является максимальное напряжение на кривой инженерного напряжения-деформации, а координатой инженерного напряжения этой точки является предел прочности при растяжении, заданный точкой 1.

Предельная прочность на разрыв не используется при проектировании пластичных статических элементов, поскольку практика проектирования диктует использование предела текучести . Однако его используют для контроля качества из-за простоты тестирования. Он также используется для приблизительного определения типов материалов для неизвестных образцов. [2]

Предел прочности на разрыв является общим инженерным параметром для проектирования элементов из хрупких материалов, поскольку такие материалы не имеют предела текучести . [2]

Тестирование

[ редактировать ]
Образец круглого стержня после испытания на растяжение
Образцы алюминия для испытаний на растяжение после разрушения
Сторона «чашки» характерной картины отказов «чашка-конус».
Некоторые части имеют форму «чаши», некоторые — форму «конуса».
Основная статья: Испытание на растяжение

Обычно испытание включает в себя взятие небольшого образца с фиксированной площадью поперечного сечения, а затем вытягивание его с помощью тензометра с постоянной скоростью деформации (изменение расчетной длины, разделенной на начальную расчетную длину) до тех пор, пока образец не сломается.

При испытании некоторых металлов твердость при вдавливании линейно коррелирует с пределом прочности. Это важное соотношение позволяет проводить экономически важные неразрушающие испытания объемных поставок металла с помощью легкого, даже портативного оборудования, такого как ручные твердомеры Роквелла . [3] Эта практическая корреляция помогает обеспечению качества в металлообрабатывающей промышленности выйти далеко за рамки лабораторных и универсальных испытательных машин .

Типичная прочность на растяжение

[ редактировать ]
Типичная прочность на растяжение некоторых материалов
Материал Предел текучести
(МПа) 		Предельная прочность на растяжение
(МПа) 		Плотность
(г/см 3 )
Сталь конструкционная сталь ASTM A36 250 400–550 7.8
Сталь, 1090 г. 247 841 7.58
Хромованадиевая сталь AISI 6150 620 940 7.8
Сталь, 2800 мартенситностареющая сталь [4] 2,617 2,693 8.00
Сталь, АэрМет 340 [5] 2,160 2,430 7.86
Сталь, прецизионная проволока для каротажного кабеля Sandvik Sanicro 36Mo [6] 1,758 2,070 8.00
Сталь, AISI 4130,
закалка в воде, температура 855 °C (1570 °F), температура 480 °C (900 °F) [7] 		951 1,110 7.85
Сталь, API 5L X65 [8] 448 531 7.8
Сталь, высокопрочный сплав ASTM A514. 690 760 7.8
Акрил , прозрачный литой лист (ПММА) [9] 72 87 [10] 1.16
Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) [11] 43 43 0.9–1.53
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) 26–33 37 0.85
Полипропилен 12–43 19.7–80 0.91
Сталь, нержавеющая AISI 302 [12] 275 620 7.86
Чугун 4,5% С, ASTM A-48 130 200 7.3
« Ликвидметалл ». Сплав [ нужна ссылка ] 1,723 550–1,600 6.1
Бериллий [13] 99,9% Быть 345 448 1.84
Алюминиевый сплав [14] 2014-Т6 414 483 2.8
Полиэфирная смола (неармированная) [15] 55 55  
Ламинат из полиэстера и рубленого волокна 30% Е-стекло [15] 100 100  
Эпоксидный композит S-стекла [16] 2,358 2,358  
Алюминиевый сплав 6061-Т6 241 300 2.7
Медь 99,9% Cu 70 220 [ нужна ссылка ] 8.92
Мельхиор 10% Ni, 1,6% Fe, 1% Mn, остальное Cu 130 350 8.94
Латунь 200 + 500 8.73
вольфрам 941 1,510 19.25
Стекло   33 [17] 2.53
Электронное стекло — 1500 за ламинат,
3450 только за волокна 		2.57
S-стекло — 4,710 2.48
Базальтовое волокно [18] — 4,840 2.7
Мрамор — 15 2.6
Конкретный — 2–5 2.7
Углеродное волокно — 1600 за ламинат,
4137 только для волокон 		1.75
Углеродное волокно (Toray T1100G) [19]
(самые прочные искусственные волокна) 		  7000 только волокон 1.79
Человеческие волосы 140–160 200–250 [20]  
Бамбуковое волокно   350–500 0.4–0.8
Паучий шелк (см. примечание ниже) 1,000 1.3
Паучий шелк, корый паук Дарвина [21] 1,652
шелкопряда Шелк 500   1.3
Арамид ( кевлар или тварон ) 3,620 3,757 1.44
СВМПЭ [22] 24 52 0.97
Волокна из СВМПЭ [23] [24] (Дайнима или Спектра) 2,300–3,500 0.97
вектран   2,850–3,340 1.4
Полибензоксазол (Зилон) [25] 2,700 5,800 1.56
Дерево, сосна (параллельно волокну)   40  
Кость (конечность) 104–121 130 1.6
Nylon, molded, 6PLA/6M [26] 75-85 1.15
Нейлоновое волокно, тянутое [27] 900 [28] 1.13
Эпоксидный клей — 12–30 [29] —
Резина — 16  
Бор — 3,100 2.46
Кремний монокристаллический (m-Si) — 7,000 2.33
Волоконно- сверхчистого кварцевого стекла оптические нити из [30] 4,100
Сапфир (Al 2 O 3 ) 400 и 25 °С,
275 и 500 °С,
345 и 1000 °С 		1,900 3.9–4.1
Нанотрубка из нитрида бора — 33,000 2.62 [31]
Алмаз 1,600 2,800
~ 80–90 ГПа на микромасштабе [32] 		3.5
Графен — собственный 130 000; [33]
инженерное дело 50 000–60 000 [34] 		1.0
Первые из углеродных нанотрубок веревки ? 3,600 1.3
Углеродная нанотрубка (см. примечание ниже) — 11,000–63,000 0.037–1.34
Композиты из углеродных нанотрубок — 1,200 [35] —
Высокопрочная пленка из углеродных нанотрубок — 9,600 [36] —
Железо (чистый монокристалл) 3 7.874
Зубы блюдца Patella vulgata ( гетита с усами нанокомпозит ) 4,900
3,000–6,500 [37]
^a Многие значения зависят от производственного процесса, чистоты или состава.
^ b Многостенные углеродные нанотрубки имеют самую высокую прочность на разрыв среди всех когда-либо измеренных материалов: одно измерение составило 63 ГПа, что все еще значительно ниже теоретического значения в 300 ГПа. [38] Первые веревки из нанотрубок (длиной 20 мм), предел прочности которых был опубликован (в 2000 году), имел прочность 3,6 ГПа. [39] Плотность зависит от способа изготовления и наименьшее значение составляет 0,037 или 0,55 (твердый). [40]
^ c Прочность паучьего шелка сильно различается. Это зависит от многих факторов, включая вид шелка (каждый паук может производить несколько штук для разных целей), вид, возраст шелка, температуру, влажность, скорость приложения нагрузки во время тестирования, нагрузку по длине и способ обработки шелка. собранные (принудительное шёление или натуральное прядение). [41] Значение, указанное в таблице, 1000 МПа, примерно соответствует результатам нескольких исследований с участием нескольких различных видов пауков, однако конкретные результаты сильно различались. [42]
^ d Прочность человеческих волос зависит от этнической принадлежности и химической обработки.

Типичные свойства отожженных элементов

[ редактировать ]
Типичные свойства отожженных элементов [43]
Элемент Янг
модуль
(ГПа) 		Урожай
сила
(МПа) 		Окончательный
сила
(МПа)
Кремний 107 5,000–9,000
вольфрам 411 550 550–620
Железо 211 80–100 350
Титан 120 100–225 246–370
Медь 130 117 210
Тантал 186 180 200
Полагать 47 9–14 15–200
Цинк 85–105 200–400 200–400
Никель 170 140–350 140–195
Серебро 83 170
Золото 79 100
Алюминий 70 15–20 40–50
Вести 16 12

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Общая таблица механических свойств MMPDS» . www.stressebook.com . 6 декабря 2014 года. Архивировано из оригинала 1 декабря 2017 года . Проверено 27 апреля 2018 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б «Свойства растяжения» . Архивировано из оригинала 16 февраля 2014 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  3. ^ Э. Дж. Павлина и К. Дж. Ван Тайн, « Корреляция предела текучести и предела прочности на разрыв с твердостью сталей », Журнал Materials Engineering and Performance , 17:6 (декабрь 2008 г.)
  4. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 15 декабря 2013 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  5. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  6. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  7. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 28 марта 2017 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  8. ^ «USStubular.com» . Архивировано из оригинала 13 июля 2009 года . Проверено 27 июня 2009 г.
  9. ^ [1] Архивировано 23 марта 2014 г. в Wayback Machine IAPD. Типичные свойства акрила.
  10. ^, строго говоря, эта цифра представляет собой прочность на изгиб (или модуль разрушения ), которая является более подходящей мерой для хрупких материалов, чем «предельная прочность».
  11. ^ «MatWeb — информационный ресурс онлайн-материалов» .
  12. ^ «Нержавеющая сталь — марка 302 (UNS S30200)» . AZoM.com . 25 февраля 2013 года . Проверено 2 февраля 2023 г.
  13. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  14. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  15. ^ Перейти обратно: а б «Руководство по армированному стекловолокном пластику (стекловолокну) – поставки стекловолокна Восточного побережья» . Архивировано из оригинала 16 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  16. ^ «Свойства трубок из углеродного волокна» . Архивировано из оригинала 24 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  17. ^ «Свойства материала натриево-известкового (флоат) стекла :: MakeItFrom.com» . Архивировано из оригинала 3 июля 2011 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  18. ^ «Базальтовые непрерывные волокна» . Архивировано из оригинала 3 ноября 2009 года . Проверено 29 декабря 2009 г.
  19. ^ «Документ свойств Торая» . Архивировано из оригинала 17 сентября 2018 года . Проверено 17 сентября 2018 г.
  20. ^ «Испытание волос на растяжение» . instron.us . Архивировано из оригинала 28 сентября 2017 года.
  21. ^ Агнарссон, я; Кунтнер, М; Блэкледж, штат Калифорния (2010). «Биоразведка обнаружила самый прочный биологический материал: необыкновенный шелк гигантского речного паука-сферы» . ПЛОС ОДИН . 5 (9): e11234. Бибкод : 2010PLoSO...511234A . дои : 10.1371/journal.pone.0011234 . ПМЦ   2939878 . ПМИД   20856804 .
  22. ^ Орал, Е; Кристенсен, SD; Малхи, А.С.; Ванномаэ, КК; Муратоглу, ОК (2006). «PubMed Central, Таблица 3» . J Артропластика . 21 (4): 580–91. дои : 10.1016/j.arth.2005.07.009 . ПМК   2716092 . ПМИД   16781413 .
  23. ^ «Свойства растяжения и ползучести полиэтиленовых волокон со сверхвысокой молекулярной массой» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 июня 2007 года . Проверено 11 мая 2007 г.
  24. ^ «Данные о механических свойствах» . www.mse.mtu.edu . Архивировано из оригинала 3 мая 2007 года.
  25. ^ «MatWeb – информационный ресурс онлайн-материалов» . Архивировано из оригинала 21 февраля 2015 года . Проверено 20 февраля 2015 г.
  26. ^ «Таблица свойств материала» (PDF) . Усовершенствованный нейлон .
  27. ^ «Нейлоновые волокна» . Университет Теннесси. Архивировано из оригинала 19 апреля 2015 года . Проверено 25 апреля 2015 г.
  28. ^ «Сравнение арамидов» . Тейджин Арамид. Архивировано из оригинала 3 мая 2015 года.
  29. ^ «Эпоксидная смола Uhu endfest 300: прочность в зависимости от температуры схватывания» . Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года.
  30. ^ «Fols.org» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 июля 2011 года . Проверено 1 сентября 2010 г.
  31. ^ «Какова плотность нанотрубок гидрированного нитрида бора (H-BNNT)?» . space.stackexchange.com . Архивировано из оригинала 13 апреля 2017 года.
  32. ^ Данг, Чаокун; и др. (1 января 2021 г.). «Достижение большой однородной эластичности при растяжении в микрообработанном алмазе». Наука . 371 (6524): 76–78. Бибкод : 2021Sci...371...76D . дои : 10.1126/science.abc4174 . ПМИД   33384375 . S2CID   229935085 .
  33. ^ Ли, К.; и др. (2008). «Измерение упругих свойств и внутренней прочности монослойного графена» . Наука . 321 (5887): 385–8. Бибкод : 2008Sci...321..385L . дои : 10.1126/science.1157996 . ПМИД   18635798 . S2CID   206512830 . Архивировано из оригинала 19 февраля 2009 года.
  34. ^ Цао, К. (2020). «Упругое деформирование отдельно стоящего монослоя графена» . Природные коммуникации . 11 (284): 284. Бибкод : 2020NatCo..11..284C . дои : 10.1038/s41467-019-14130-0 . ПМК   6962388 . ПМИД   31941941 .
  35. ^ IOP.org З. Ван, П. Чизелли и Т. Пейс, Nanotechnology 18, 455709, 2007.
  36. ^ Сюй, Вэй; Чен, Юн; Жан, Ханг; Нонг Ван, Цзянь (2016). «Высокопрочная пленка из углеродных нанотрубок для улучшения выравнивания и уплотнения». Нано-буквы . 16 (2): 946–952. Бибкод : 2016NanoL..16..946X . дои : 10.1021/acs.nanolett.5b03863 . ПМИД   26757031 .
  37. ^ Барбер, АХ; Лу, Д.; Пуньо, Нью-Мексико (2015). «У зубов блюдца наблюдается чрезвычайная прочность» . Журнал интерфейса Королевского общества . 12 (105): 105. doi : 10.1098/rsif.2014.1326 . ПМЦ   4387522 . ПМИД   25694539 .
  38. ^ Ю, Мин-Фэн; Лурье, О; Дайер, MJ; Молони, К; Келли, ТФ; Руофф, РС (2000). «Прочность и механизм разрушения многостенных углеродных нанотрубок под действием растягивающей нагрузки». Наука . 287 (5453): 637–640. Бибкод : 2000Sci...287..637Y . дои : 10.1126/science.287.5453.637 . ПМИД   10649994 . S2CID   10758240 .
  39. ^ Ли, Ф.; Ченг, HM; Бай, С.; Су, Г.; Дрессельхаус, MS (2000). «Прочность на растяжение одностенных углеродных нанотрубок, измеренная непосредственно по их макроскопическим веревкам» . Письма по прикладной физике . 77 (20): 3161. Бибкод : 2000ApPhL..77.3161L . дои : 10.1063/1.1324984 .
  40. ^ К.Хата. «От высокоэффективного синтеза УНТ без примесей к лесам ДУНТ, твердым веществам УНТ и суперконденсаторам» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 12 июня 2010 года.
  41. ^ Элис; и др. «В поисках вдохновения в шелковых волокнах паука Argiope Trifasciata» . ДЖОМ. Архивировано из оригинала 15 января 2009 года . Проверено 23 января 2009 г.
  42. ^ Блэкледж; и др. (2005). «Квазистатическая и непрерывная динамическая характеристика механических свойств шелка из паутины паука черной вдовы Latrodectus hesperus» . Журнал экспериментальной биологии . 208 (10). Компания биологов: 1937–1949. дои : 10.1242/jeb.01597 . ПМИД   15879074 . S2CID   9678391 . Архивировано из оригинала 1 февраля 2009 года . Проверено 23 января 2009 г.
  43. ^ AM Howatson, PG Lund и JD Todd, Engineering Tables and Data , p. 41

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ultimate_tensile_strength&oldid=1224154012"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4e86cdfef8d5e96d37e042b068c6334f__1715862720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/4e/4f/4e86cdfef8d5e96d37e042b068c6334f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ultimate tensile strength - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)