Испытание на растяжение , также известный как испытаний на растяжение , [1] является одним из основных материалов науки и инженерного теста , в котором образец подвергают воздействию контролируемой напряженности до отказа. Свойства, которые непосредственно измеряются посредством испытания на растяжение, включают предел прочности на разрыв , предел прочности на разрыв , максимальное удлинение и уменьшение площади. [2] Из этих измерений также могут быть определены следующие свойства: модуль Юнга , коэффициент Пуассона , предел текучести и характеристики деформационного упрочнения .[3] Испытания на одноосное растяжение чаще всего используются для получения механических характеристик изотропных материалов. Некоторые материалы используют испытание на двухосное растяжение . Основное различие между этими испытательными машинами заключается в том, как нагрузка прилагается к материалам.
Цели испытаний на растяжение [ править ]
Испытания на растяжение могут иметь множество целей, например:
- Выберите материал или предмет для применения
- Предскажите, как материал будет работать при использовании: нормальные и экстремальные нагрузки .
- Определите, выполняются ли требования спецификации , нормативного акта или контракта , или убедитесь, что они выполнены.
- Решите, идет ли по плану программа разработки нового продукта
- Продемонстрируйте доказательство концепции
- Продемонстрировать полезность предлагаемого патента
- Предоставлять стандартные данные для других научных, инженерных функций и функций обеспечения качества.
- Обеспечить основу для технической коммуникации
- Приведем технические средства сравнения нескольких вариантов.
- Предоставлять доказательства в судопроизводстве
Образец на растяжение [ править ]
Подготовка образцов для испытаний зависит от целей испытаний и от основного метода испытаний или технических требований . Образцы на растяжение обычно представляют собой стандартизованное поперечное сечение образца. Он имеет два плеча и промежуточный калибр (секцию). Плечи большие, поэтому за них можно легко ухватиться, в то время как измерительная секция имеет меньшее поперечное сечение, так что в этой области могут произойти деформация и выход из строя. [2] [4]
Плечи испытуемого образца могут быть изготовлены различными способами, чтобы соответствовать различным захватам в испытательной машине (см. Изображение ниже). У каждой системы есть свои преимущества и недостатки; например, плечи, предназначенные для зубчатых захватов, просты и дешевы в производстве, но выравнивание образца зависит от навыков техника. С другой стороны, фиксированная рукоятка обеспечивает хорошее выравнивание. Резьбовые выступы и захваты также обеспечивают хорошее совмещение, но техник должен знать, как врезать каждое плечо в захват, по крайней мере, на длину одного диаметра, в противном случае резьба может оборваться до того, как образец сломается. [5]
В большие отливки и поковки обычно добавляют дополнительный материал, который предназначен для удаления из отливки, чтобы из нее можно было изготовить образцы для испытаний. Эти образцы могут не быть точным представлением всей заготовки, потому что структура зерен может быть различной. В случае небольших заготовок или когда необходимо испытать критические части отливки, заготовка может быть принесена в жертву для изготовления образцов для испытаний. [6] Для деталей, изготовленных из прутковой заготовки , испытательный образец может быть изготовлен из той же детали, что и пруток.
Воспроизводимость испытательной машины может быть обнаружена путем использования специальных испытательных образцов, которые тщательно изготовлены так, чтобы они были как можно более похожими. [6]
Стандартный образец изготавливается в круглом или квадратном сечении по измерительной длине, в зависимости от используемого стандарта. Оба конца образцов должны иметь достаточную длину и такое состояние поверхности, чтобы они надежно удерживались во время испытания. Начальная измерительная длина Lo стандартизирована (в нескольких странах) и варьируется в зависимости от диаметра (Do) или площади поперечного сечения (Ao) образца, как указано в списке.
| Тип образца | США (ASTM) | Британия | Германия |
|---|---|---|---|
| Лист (Lo / √Ao) | 4.5 | 5,65 | 11,3 |
| Род (Lo / Do) | 4.0 | 5.00 | 10.0 |
В следующих таблицах приведены примеры размеров и допусков образцов для испытаний в соответствии со стандартом ASTM E8.
| Все значения в дюймах | Тип пластины (ширина 1,5 дюйма) | Тип листа (ширина 0,5 дюйма) | Образец малого размера (0,25 дюйма в ширину) |
|---|---|---|---|
| Расчетная длина | 8,00 ± 0,01 | 2,00 ± 0,005 | 1.000 ± 0.003 |
| Ширина | 1,5 + 0,125–0,25 | 0,500 ± 0,010 | 0,250 ± 0,005 |
| Толщина | 0,188 ≤ Т | 0,005 ≤ Т ≤ 0,75 | 0,005 ≤ Т ≤ 0,25 |
| Радиус скругления (мин.) | 1 | 0,25 | 0,25 |
| Общая длина (мин.) | 18 | 8 | 4 |
| Длина уменьшенной секции (мин.) | 9 | 2,25 | 1,25 |
| Длина секции захвата (мин.) | 3 | 2 | 1,25 |
| Ширина захвата (прибл.) | 2 | 0,75 | 3 / 8 |
| Все значения в дюймах | Стандартный образец номинального диаметра: | Образец малого диаметра при номинальном диаметре: | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,500 | 0,350 | 0,25 | 0,160 | 0,113 | |
| Расчетная длина | 2,00 ± 0,005 | 1,400 ± 0,005 | 1.000 ± 0.005 | 0,640 ± 0,005 | 0,450 ± 0,005 |
| Допуск диаметра | ± 0,010 | ± 0,007 | ± 0,005 | ± 0,003 | ± 0,002 |
| Радиус скругления (мин.) | 3 / 8 | 0,25 | 5 / 16 | 5 / 32 | 3 / 32 |
| Длина уменьшенной секции (мин.) | 2,5 | 1,75 | 1,25 | 0,75 | 5 / 8 |
Оборудование [ править ]
Испытания на растяжение чаще всего проводятся в лаборатории по испытанию материалов. ASTM D638 - один из наиболее распространенных протоколов испытаний на растяжение. ASTM D638 измеряет свойства пластмасс на растяжение, включая предел прочности на разрыв, предел текучести, удлинение и коэффициент Пуассона.
Самая распространенная испытательная машина, используемая при испытаниях на растяжение, - это универсальная испытательная машина . Этот тип машины имеет две траверсы ; один регулируется по длине образца, а другой приводится в действие для приложения напряжения к испытуемому образцу. Бывают двух типов: машины с гидравлическим и электромагнитным приводом. [4]
Машина должна иметь соответствующие характеристики для испытуемого образца. Есть четыре основных параметра: сила, скорость, точность и аккуратность . Допустимая сила относится к тому факту, что машина должна быть способна создавать достаточное усилие для разрушения образца. Машина должна иметь возможность прикладывать силу быстро или достаточно медленно, чтобы должным образом имитировать реальное приложение. Наконец, машина должна быть способна точно и точно измерять измерительную длину и прилагаемые силы; например, большая машина, предназначенная для измерения большого удлинения, может не работать с хрупким материалом, который испытывает короткие удлинения перед разрушением. [5]
Выравнивание испытуемого образца в испытательной машине имеет решающее значение, потому что, если образец смещен под углом или смещен в одну сторону, машина будет оказывать на образец изгибающее усилие. Это особенно плохо для хрупких материалов, потому что это сильно исказит результаты. Эту ситуацию можно свести к минимуму, используя сферические опоры или карданные шарниры между захватами и испытательной машиной. [5] Если начальный участок кривой напряжения-деформации изогнутый, а не линейный, это означает, что образец смещен в испытательной машине. [8]
Измерения деформации чаще всего измеряются экстензометром , но тензодатчики также часто используются на небольших образцах для испытаний или при измерении коэффициента Пуассона . [5] Новые испытательные машины имеют цифровые системы измерения времени, силы и удлинения, состоящие из электронных датчиков, подключенных к устройству сбора данных (часто к компьютеру), и программного обеспечения для обработки и вывода данных. Однако аналоговые машины по-прежнему соответствуют и превосходят требования к точности испытаний металлов на растяжение ASTM, NIST и ASM, продолжая использоваться сегодня. [ необходима цитата ]
Процесс [ править ]
В процессе испытания образец для испытаний помещается в испытательную машину и медленно растягивается до его разрушения. Во время этого процесса регистрируется удлинение измерительной секции в зависимости от приложенной силы. Данные обрабатываются таким образом, чтобы они не зависели от геометрии тестового образца. Измерение удлинения используется для расчета инженерного штамма , ε , используя следующее уравнение: [4]
где Δ L - изменение калибровочной длины, L 0 - начальная калибровочная длина, а L - конечная длина. Измерение силы используется для расчета инженерного напряжения σ с использованием следующего уравнения: [4]
где F - сила растяжения, A - номинальное поперечное сечение образца. Машина выполняет эти расчеты по мере увеличения силы, так что точки данных могут быть отображены в виде кривой зависимости напряжения от деформации . [4]
Стандарты [ править ]
Металлы [ править ]
- ASTM E8 / E8M-13: «Стандартные методы испытаний металлических материалов на растяжение» (2013 г.)
- ISO 6892-1: «Металлические материалы. Испытание на растяжение. Метод испытания при температуре окружающей среды» (2009 г.)
- ISO 6892-2: «Металлические материалы. Испытание на растяжение. Метод испытания при повышенной температуре» (2011 г.)
- JIS Z2241 Метод испытания металлических материалов на растяжение
- Стандарт испытаний MPIF 10: «Метод определения свойств при растяжении материалов из порошковой металлургии (ПМ)» Стандартные методы испытаний металлических материалов на растяжение »(2015 г.)
Композиты [ править ]
- ASTM D 3039 / D 3039M: «Стандартный метод испытаний свойств при растяжении композитных материалов с полимерной матрицей»
Гибкие материалы [ править ]
- ASTM D638 Стандартный метод испытаний свойств пластмасс на растяжение
- ASTM D828 Стандартный метод испытания свойств при растяжении бумаги и картона с использованием аппарата постоянной скорости удлинения
- ASTM D882 Стандартный метод испытаний свойств при растяжении тонких пластиковых листов
- Резина ISO 37, вулканизированная или термопластичная - определение свойств растяжения и деформации.
Ссылки [ править ]
- ^ Czichos Хорст (2006). Справочник Springer по методам измерения материалов . Берлин: Springer. С. 303–304. ISBN 978-3-540-20785-6.
- ^ a b Дэвис, Джозеф Р. (2004). Испытание на растяжение (2-е изд.). ASM International. ISBN 978-0-87170-806-9.
- ^ Дэвис 2004 , стр. 33.
- ^ а б в г д Дэвис 2004 , стр. 2.
- ^ а б в г Дэвис 2004 , стр. 9.
- ^ а б Дэвис 2004 , стр. 8.
- ^ а б Дэвис 2004 , стр. 52.
- ^ Дэвис 2004 , стр. 11.
Внешние ссылки [ править ]
- Видео об испытании на растяжение
- Определение свойств материала с помощью испытаний на растяжение
- Узнайте больше об испытании на растяжение ASTM D638
- ИСПЫТАНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ НА РАЗРЫВ РЕЗИНОВОГО РЕМНЯ
- Машина для испытаний на растяжение
