Предел прочности при сжатии формула

Предел прочности стали

Прочность металлических конструкций – один из важнейших параметров, определяющих их надежность и безопасность. Издревле вопросы прочности решались опытным путем — если какое-либо изделие ломалось — то следующее делали толще и массивнее. С 17 века ученые начали планомерное исследование проблемы, прочностные параметры материалов и конструкций из них можно рассчитать заранее, на этапе проектирования. Металлурги разработали добавки, влияющие на прочность стальных сплавов.

Предел прочности

Предел прочности — это максимальное значение напряжений, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл определяет усилие растяжения, которое нужно приложить к стрежневидному образцу определенного сечения, чтобы разорвать его.

Каким образом производится испытание на прочность

Прочностные испытания на сопротивление разрыву проводятся на специальных испытательных стендах. В них неподвижно закрепляется один конец испытываемого образца, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создает плавно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, или же на его изгиб или скручивание.

Испытание на разрыв

Электронная система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и другие виды деформации образца.

Виды пределов прочности

Предел прочности — один из главных механических параметров стали, равно как и любого другого конструкционного материала.

Эта величина используется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в конкретной сфере или нужно подбирать более прочный.

Различают следующие виды предела прочности при:

• сжатии — определяет способность материала сопротивляться давлению внешней силы;
• изгибе — влияет на гибкость деталей;
• кручении – показывает, насколько материал пригоден для нагруженных приводных валов, передающих крутящий момент;
• растяжении.

Виды испытаний прочности материалов

Научное название параметра, используемое в стандартах и других официальных документах — временное сопротивление разрыву.

Предел прочности стали

На сегодняшний день сталь все еще является наиболее применяемым конструкционным материалом, понемногу уступая свои позиции различным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета пределов прочности металла зависит его долговечность, надежность и безопасность в эксплуатации.

Предел прочности стали зависит от ее марки и изменяется в пределах от 300 Мпа у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специальных высоколегированных марок.

На значение параметра влияют:

• химический состав сплава;
• термические процедуры, способствующие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.

Некоторые примеси снижают прочность, и от них стараются избавляться на этапе отливки и проката, другие, наоборот, повышают. Их специально добавляют в состав сплава.

Условный предел текучести

Кроме предела прочности, в инженерных расчетах широко применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σ_т. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое необходимо создать в материале, для того, чтобы деформация продолжала расти без наращивания нагрузки. Это состояние материала непосредственно предшествует его разрушению.

На микроуровне при таких напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решетке, а на оставшиеся связи увеличивается удельная нагрузка.

Общие сведения и характеристики сталей

С точки зрения конструктора, наибольшую важность для сплавов, работающих в обычных условиях, имеют физико-механические параметры стали. В отдельных случаях, когда изделию предстоит работать в условиях экстремально высоких или низких температур, высокого давления, повышенной влажности, под воздействием агрессивных сред — не меньшую важность приобретают и химические свойства стали. Как физико-механические, так и химические свойства сплавов во многом определяются их химическим составом.

Влияние содержание углерода на свойства сталей

По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до приблизительно 1% доли, далее начинается снижение прочностных характеристик.

Повышение доли углерода также повышает порог хладоемкости, это используется при создании морозоустойчивых и криогенных марок.

Влияние углерода на механические свойства стали

Рост содержания С приводит к ухудшению литейных свойств, отрицательно влияет на способность материала к механической обработке.

Добавки марганца и кремния

Mn содержится в большинстве марок стали. Его применяют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После этого предела дальнейшее увеличение содержания ведет к образованию трещин при термообработке.

Влияние кремния на свойства сталей

Si применяется в роли раскислителя, используемого при выплавке стальных сплавов и определяет тип стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не более 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.

При производстве ферритов кремний увеличивает их прочностные параметры, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.

Влияние легирующих добавок на свойства стали

В сочетании с Mn или Mo кремний способствует росту закаливаемости, а вместе с Сг и Ni повышает коррозионную устойчивость сплавов.

Азот и кислород в сплаве

Эти самые распространенные в земной атмосфере газы вредно влияют на прочностные свойства. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру существенно снижают прочностные параметры и пластичность.

Легирующие добавки в составе сплавов

Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:

• Хром. Применяется для повышения прокаливаемости и твердости. Доля – 0,8-0,2%.
• Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Доля – 0,003%.
• Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля – 0,1%.
• Молибден. Повышает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, снижает хрупкость. Доля – 0,15-0,45%.
• Ванадий. Улучшает прочностные параметры и упругость. Доля – 0,1-0,3%.
• Никель. Способствует росту прочностных характеристик и прокаливаемости, однако при этом ведет к увеличению хрупкости. Этот эффект компенсируют одновременным добавлением молибдена.

Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.

ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ

где Р — нагрузка, при которой происходит разрушение образца испытуемой породы, в к?; Г — площадь первоначального поперечного сечения образца в см 2 .

Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. — М.: Гостоптехиздат . Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге . 1961 .

Смотреть что такое “ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ” в других словарях:

ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ — см. Временное сопротивление горной породы на сжатие … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

Предел прочности на одноосное сжатие — отношение вертикальной нагрузки на образец грунта, при которой происходит его разрушение, к площади поперечного сечения образца. Источник: ГОСТ 30416 96: Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Предел прочности картона при сжатии — характеристика механической прочности картона при нагрузке силой на сжатие до необратимой деформации или до разрушения … Реклама и полиграфия

Предел прочности — Предел прочности механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Согласно ГОСТу 1497 84 более корректным термином является «Временное сопротивление разрушению», то есть напряжение, соответствующее наибольшему усилию … Википедия

предел прочности при сжатии — 3.1.10 предел прочности при сжатии : Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению; Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

предел прочности — Tensile Strength (TS) Предел прочности Механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. – М.

предел прочности грунта на одноосное сжатие — 3.2.15 предел прочности грунта на одноосное сжатие: Отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения (ГОСТ 26447 85). Источник: ОДМ 218.1.004 2011: Классификация стабилизаторов грунтов в … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ — [СОПРОТИВЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЕ] условное нормальное напряжение, равное отношению максимальной нагрузки, предшествующей разрушению к начальной площади сечения (Болгарский язык; Български) граница на якост (Чешский язык; Čeština) mez pevnosti (Немецкий… … Строительный словарь

предел прочности грунта на одноосное сжатие — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения. (Смотри: ГОСТ 25100 95. Грунты. Классификация.) Источник: Дом: Строительная терминология , М.: Бук пресс, 2006 … Строительный словарь

Предел выносливости — Предел выносливости (также предел усталости) в науках о прочности: одна из прочностных характеристик материала, характеризующих его выносливость, то есть способность воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения в материале … Википедия

Определение предела прочности при сжатии

12.1 Предел прочности изделий при сжатии определяют по методике ГОСТ 8462 с учетом дополнений ГОСТ 530. Образцы испытывают в воздушно-сухом состоянии. Испытываемый образец состоит из двух целых кирпичей, уложенных постелями друг на друга.

12.2 Подготовку опорных поверхностей изделий производят шлифованием. Отклонение от плоскостности опорных поверхностей испытываемых образцов не должно превышать 0,1 мм на каждые 100 мм длины. Непараллельность опорных поверхностей испытуемых образцов (разность значений толщины, измеренной по четырем вертикальным ребрам) должна быть не более 2 мм.

12.3 Испытуемый образец измеряют по средним линиям опорных поверхностей с погрешностью до ± 1 мм. На боковые поверхности образца наносят осевые линии.

12.4 Образец устанавливают в центре машины для испытаний на сжатие, совмещая геометрические оси образца и плиты, и прижимают верхней плитой машины .

При испытаниях нагрузка на образец должна возрастать следующим об­разом; до достижения примерно половины ожидаемого значения разрушающей нагрузки – произвольно, затем поддерживают такую скорость нагружения, чтобы разрушение образца произошло не ранее чем через 1 мин.

Значение разрушающей нагрузки регистрируют и записывают в таблицу 8.

12.5 Предел прочности при сжатии изделий Rсж, МПа (кгс/см 2 ) отдельного образца, вычисляют по формуле

где Р — наибольшая нагрузка, установленная при испытании образца, МН (кгс);

S — площадь поперечного сечения образца (без вычета площади пустот); вычисляют как среднеарифметическое значение площадей верхней и нижней поверхностей, мм 2 (см 2 ).

При вычислении предела прочности при сжатии образцов из двух целых кирпичей толщиной 88 мм результаты испытаний умножают на коэффициент 1,2.

Значение предела прочности при сжатии образцов R вычисляют с точ­ностью до 0,1 МПа (1 кгс/см ) как среднеарифметическое значение результатов испытаний всех образцов.

Результаты испытаний и вычислений заносят в таблицу 8.

Таблица 8 – Результаты определения предела прочности при сжатии

Установление марки по прочности

Марку кирпича по прочности устанавливают по значениям пределов прочности при сжатии и изгибе, которые для полнотелого кирпича и пустотелых изделий с вертикальным расположением пустот должны быть не менее значений указанных в таблице 9.

Определение марки по морозостойкости

По морозостойкости изделия подразделяют на марки F25, F35, F50, F75, F100, F200 и F300. Числа в обозначении марки по морозостойкости отражают количество циклов переменного замораживания при температуре минус 15 ° и оттаивания при 20 °С, которое кирпич должен выдерживать в насыщенном водой состоянии без каких-либо видимых признаков повреждений или разрушений (растрескивание, шелушение, выкрашивание, отколы).

Марка по морозостойкости лицевых изделий должна быть не ниже F50. Допускается по согласованию с потребителем поставлять лицевые изделия марки по морозостойкости F35. Марка по морозостойкости изделий, использу­емых для возведения дымовых труб, цоколей и стен подвалов, должна быть не ниже F50.

Марку по морозостойкости определяют по методикам ГОСТ 7025.

Таблица 9 – Марки керамического кирпича по прочности

Определение предела прочности при сжатии

Пределом прочности при сжатии материала называют напряжение, соответствующее сжимающей нагрузке, при которой происходит разрушение материала.

Предел прочности при сжатии определяют по формуле:

R_сж= , [МПа (кг/см 2 )], 9)

где: Р_сж – разрушающая нагрузка, Н (кг);

F – площадь поперечного сечения образца, м 2 (см 2 ).

Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ на соответствующие материалы.

Для определения предела прочности при сжатии образцы материала подвергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения. Форма и размеры образцов различных строительных материалов должны соответствовать требованиям ГОСТ на данный вид материала. Испытуемые образцы должны быть правильной геометрической формы в виде куба, цилиндра или параллелепипеда. Образцы природных каменных материалов, имеющих форму куба, могут быть приняты с ребром 50, 70, 100, 150 и 200 мм. Образцы из плотных материалов можно принять меньшего размера, а из пористых материалов – большего.

Такие образцы-кубы изготавливают с помощью корундовых или алмазных дисковых пил, а образцы-цилиндры – с помощью специальных полых сверл. После изготовления образцы пришлифовывают так, чтобы противоположные нагружаемые грани были строго параллельны. Правильность плоскостей проверяют угольником и штангенциркулем, образцы маркируют и указывают на них направление сланцеватости (волокнистости). Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравлические прессы (рис. 7). Предварительно высушенные перед испытанием образцы измеряют с точностью до 1 мм. Измерения проводят в соответствии со схемой на рисунке 2.

По результатам измерений вычисляют площадь сечения образца, перпендикулярную к направлению разрушающего усилия. Направление разрушающего усилия при испытании должно быть принято параллельным направлению сланцеватости или волокнистости образца. Для испытаний образец устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру.

Верхнюю опорную плиту при помощи винта опускают на образец, плотно закрепляют его между двумя опорными плитами, включают в действие насос пресса и дают на образец нагрузку, следя за скоростью ее нарастания. Она должна быть 0,5 – 1 МПа в 1 с и обеспечить разрушение через 20-60 сек после начала испытания. Значение разрушающей нагрузки должно составлять не менее 10% предельного развиваемого прессом усилия. В момент разрушения образца стрелка манометра пресса остановится и пойдет обратно. Максимальное показание разрушающей нагрузки фиксируется контрольной стрелкой.

Для каждого материала проводят испытание не менее чем на трех образцах. За окончательный результат принимается среднее арифметическое результатов всех испытаний. После вычисления пределов прочности при сжатии образцов кубов и образцов цилиндров из природного камня их следует пересчитать и перевести к стандартному – кубу размером 150x150x150 мм. Для этого результаты испытаний умножают на масштабный коэффициент (K_м), указанный в таблице 2.