Hlavní mechanické vlastnosti materiálů a jejich použití

Znalost mechanických a fyzikálních vlastností materiálů je nezbytná pro všechny, kteří jako součást své služby musí zvolit optimální suroviny pro výrobu určitého předmětu. Informace z této oblasti - oblast zájmu vědců, fyziků a chemiků, zástupců vědeckých oborů jiných oborů. Pochopení přírody, vlastností materiálů kolem nás dává člověku schopnost vytvářet, vytvářet nové vzory jedinečné ve své složitosti a trvanlivosti.

Obecné informace

Stanovení mechanických vlastností materiálů zahrnuje identifikaci schopnosti odolat zátěži, úsilí, které potenciálně změní tvar materiálu a zničí ho. Nejčastěji v praxi zvažují takové zatížení, které se vztahují na ty materiály, které se podílejí na pracovním procesu navrhování kapitálových objektů. Stavební struktury jsou nuceny odolávat mnoha významným nákladům rozděleným do dvou velkých skupin - dynamika, statika.

Při analýze mechanických vlastností konstrukčních materiálů je třeba vzít v úvahu, že zatížení z kategorie statiky nevyvolává tvorbu inerciální síly. Typickým příkladem života jsou sněhové hmoty nahromaděné na střeše budovy. Ale dynamika - to je rychlý dopad, často - jenom jeden okamžik, pro který se zvyšuje na maximum. Proces je doprovázen vzhledu inerciálních sil působících na objekt. Často nalezený ve skutečnosti je známým příkladem tohoto druhu zatížení vlak, který vede přes most a působí na podpěrné nosníky konstrukce.

O čem to mluvíme?

Je známo široké spektrum mechanických vlastností materiálů: pevnost, tendence k opotřebení, mírnější a deformace. Důležitou vlastností je tvrdost suroviny. S komplexní analýzou všech parametrů konkrétní látky je možné rozhodnout o její použitelnosti na určitý úkol. V současné době existují v našem státě zvláštní normy a požadavky, které určují, jaké jsou minimální kvantitativní ukazatele pro všechny důležité parametry, aby se suroviny staly použitelnými pro určitý úkol (například stavba zdí obytné budovy).

Pevný voják z cínu

V praxi je použití mechanických vlastností materiálů obzvláště důležité v oblasti vytváření struktur používaných lidmi, jako je doprava, bydlení, průmyslové a jiné objekty, stroje a další mechanismy. Je důležité, aby tyto položky zachovaly svůj původní tvar. Současně jsou také užitečné takové materiály, které se mohou měnit v objemu, formě, pod vlivem kontrolovaných faktorů. Za účelem posouzení kvality některého materiálu v tomto aspektu je odhalena kvantitativní charakteristika deformovatelnosti - takový parametr, který odráží, kolik tvaru a objemu jsou korigovány za přítomnosti zatížení. Obvykle se mluví o absolutních, relativních ukazatelích.

Absolutní deformace je kvantitativní odraz změn rozměrů, když se objeví zatížení. Parametr je popsán lineárními jednotkami. Tato mechanická vlastnost je do značné míry závislá na složení materiálu. Relativní - procentuální hodnota, která odráží, kolik se změnil objem vyšetřovaného objektu oproti počátečnímu, když byla použita síla.

Mnoho možností

Při zkoumání mechanických a technologických vlastností materiálů se věnuje zvláštní pozornost skutečnosti, že ve stejné kategorii zatížení a parametru, který je zodpovědný za jejich odolnost, existuje mnoho poddruhů. Například, mluvit o deformaci, pro plnohodnotné studium vzorku, je třeba pečlivě zhodnotit schopnost pevně vnímat kompresi, ohýbání, zkroucení, protažení, střih. Pokud je například třeba zkoumat beton, železobeton, pak se věnuje zvláštní pozornost protažení, stlačování, ohýbání - předměty se při montáži objektu a jeho následném provozu s takovým vnějším úsilím srazí.

Existují elastické, plastové deformace, vyvolané vnějšími zatíženími. První z nich zmizí, jakmile zmizí zdroj úsilí, poslední zůstávají po dlouhou dobu. Často označováno jako zbytkové. Pro kvantifikaci mechanických vlastností a mechanických vlastností materiálů včetně deformovatelnosti je nutné nejdříve analyzovat zbytkové deformace. Objekt je zkoumán ve druhé zničení. V praxi to bývá často při studiu vzorků oceli používaných jako výztuž. V době zničení objektu se ukázalo, jak velké zbytkové prodloužení. To umožňuje klasifikovat konkrétní vzorek jako plastovou skupinu nebo ji nazvat křehkou. První, když se zhroutí, hromadí působivé zbytkové deformující změny, tyto se v této funkci nijak neliší. Měď se liší v plasticitě, měkkých ocelí, ale křehkých - kamenů, litiny.

O síle

Ze všech základních mechanických vlastností materiálů je věnována zvláštní pozornost. Objektivní analýza je také provedena s ohledem na schopnost odolávat zatížení, jako je dynamika, statika. Při použití statické síly se v materiálu vytvoří vnitřní napětí. Síla udává, kolik se hodnoty mění, je-li stav zatížení upraven. Zjistěte, jaké změny jsou pozorovány ve vztahu k elasticitě, zda je deformace, zda je vzorek zničen.

Stres v analýze základních mechanických vlastností materiálů se běžně chápe jako takový parametr, který popisuje sílu uvnitř testovaného objektu vyvolanou zatíženími zvenčí. Parametr je vypočítán ve vztahu k ploše jednotky. K určení správných hodnot je nutné provést výpočty týkající se sekce. Parametry, kterými se tělo dostává do nového stavu, se nazývají napětí, které popisují mez kluzu a sílu.

Některé funkce testování

Aby bylo možné přesně stanovit chemické a mechanické vlastnosti materiálů, je nezbytné vzít prototypy a zkoumat jejich reakce na použití různých zatížení, vnějších faktorů, sloučenin. Procesy, ke kterým dochází s objektem, jsou pečlivě zaznamenávány. Aby byl výrobek použitelný v provozu, musí ukazovat parametry, které odpovídají normám zavedeným v zemi. Podmínky pro pevnost, odolnost proti deformacím, agresivní média a další faktory jsou systematizovány do tabulek předepsaných pro různé materiály a kategorie materiálů. Chcete-li stanovit standardy pro konkrétní objekt, měli byste k němu použít aktuální vydání GOST.

Jako součást testování jsou vzorky načteny. Pokud je třeba zkoumat například sílu, použijte speciální lisy - mechanické nebo hydraulické. Můžete použít stroje, které se mohou ohýbat, odtrhnout vzorky. Stanoví určitý limit zatížení a vyhodnotí výsledek jeho aplikace, opraví ji v oficiálním pořadí, porovná jej s referenčním chováním. V některých případech byste měli také použít speciální vzorce pro výpočet složitých deformací konkrétní látky.

Vypočítat, porovnat, analyzovat

Abychom odhalili vliv mechanických vlastností na materiál a inverzní vztah, je třeba zkontrolovat, jak testovací objekt reaguje na různé vnější faktory. Za tímto účelem jsou všechny informace zjištěné během experimentů zaznamenány v tabulce a použity jako základ pro vytváření diagramů. Grafy odrážejí deformaci, sílu, schopnost smršťování, roztažení. Parametry pevnosti umožňují vyhodnotit fyzikální vlastnosti studovaných surovin a určit normativní odpory - základní parametry, které se pak používají při konstrukci složitých objektů.

Nejjednodušší způsob, jak zhodnotit fyzikální a mechanické vlastnosti materiálů, pokud patří k počtu homogenních. K určení norem odolnosti vezmeme fyzikální veličiny, které jsou standardní pro určitou surovinu a jsou stanoveny na federální úrovni platnými normami. Na základě shody získaného při testování ukazatelů a ověřené metodologií metrologie, vědy o materiálech můžeme mluvit o použitelnosti předmětu k vyřešení problému. Není-li výrobek jednotný, je třeba mít na paměti, že pevnost je často nižší než úroveň předpokládaná nebo stanovená během testů. Při navrhování plánu je důležité při stanovení odolnosti surovin stanovit bezpečnostní rezervu.

Pozor na všechny podrobnosti

Vyhodnocení fyzikálně-mechanických vlastností materiálů pro následné vytváření důležitých velkých konstrukcí čelících těmto zatížením je třeba mít na paměti, že provozní podmínky mají silný vliv na jakost výrobku jak celku, tak na látku, ze které jsou vyráběny. Při identifikaci vypočítaných charakteristik není zdaleka vždy možné vzít v úvahu všechny podmínky, které nepříznivě ovlivní předmět během jeho používání v praxi. Aby výrobek nezklamal uživatele, měl by být již ve fázi hodnocení materiálu pro výpočet koeficientu provozních podmínek, který může snížit parametry odporu.

Návrháři často čelí složité situaci nejistoty, kdy není jasné, jak se například změní mechanické vlastnosti stavebních materiálů pod vlivem vnějších zátěží, protože neexistuje přesná idea skutečné práce. Tím dochází k určitým omezením přesnosti výpočtů. Aby byla zajištěna slušná úroveň výkonu, je třeba zvážit bezpečnostní faktor. Tento parametr odráží rozsah, v jakém je konstrukční odpor snížen ve vztahu k původně odvozené úrovni.

Pevnost v rázu

Jedná se o takovou mechanickou vlastnost materiálů (konstrukce, kovy, konstrukční a různé další), které ukazují, jak velká by měla být práce, což by umožnilo zničit vzorek vybraný pro experimenty. Parametr lze vypočítat pro každou volumetrickou jednotku testovaného objektu. Pro získání zkušeností je nutné, aby na ně byl spuštěn zdrojový materiál a standardní zatížení. Aby byly testy systematické a přesné, musí se použít zatížení stejné hmotnosti. Nejprve je odhozen z malé výšky, postupně se zvyšuje a zvyšuje počáteční bod letu. Interval - centimetr. Testování se provádí, dokud se vzorek nezničí pod vlivem dynamického zatížení. Parametr zjištěný v průběhu tohoto výzkumu se považuje za podmíněné hodnoty, centimetry, což se ukázalo být dost destrukcí objektu tím, že se na něj objevil objekt.

Oděr

Tato mechanická vlastnost materiálu je zvláště důležitá ve vztahu k surovinám, které se podílejí na výrobě předmětů, které jsou během provozu vystaveny abrazivnímu zatížení. Například beton, sliník a kámen používaný při vytváření dálnic, letišť, hydraulických konstrukcí, podlah, chodníků a schodů se s nimi spojují.

Nejčastěji je v praxi nutné vypočítat obrusitelnost betonu z mechanických vlastností materiálů - možná nejběžnější surovinu pro vytváření kapitálových struktur. Je třeba se soustředit na GOST 13087-81. Pro testy se odebírají kubické vzorky, jejichž délka okraje je přesně 7,07 cm. V některých případech bude optimální volba válce s podobným průměrem. Testovací objem se měří, zjišťuje se hmotnost a namontuje se do kruhu z litiny posypané abrazivními látkami. Zatížení se provádí v rozsahu 0,06 MPa, po kterém se kružnice začne otáčet. 110 otáček - krok, který umožňuje otáčet zkušební hlasitost v pravém úhlu. 440 otáček umožňuje návrat do výchozí pozice. Tím se dokončí primární cyklus, odebere se vzorka z instalace a změří se. Odhalují, kolik se změnila hmotnost a výška objektu. Tyto parametry ukazují, jak dobře surovina odolává otěru.

Změkčování

Tato mechanická vlastnost materiálu, známá také jako odolnost proti vodě, odráží rozsah, v jakém se síla změní po navlhčení testovaného předmětu. Srovnání se provádí se suchým předmětem. Je známo, že obvykle materiály, které pohlcují vodu, se stávají méně odolné, protože tuhé složky se mohou rozpouštět, bobtnáním. Místa, kde krystaly rostou společně, mohou být ovlivněny vlhkostí způsobenou rozpouštěním jedné ze složek, které jsou méně odolné vůči kapalině. Vodní vrstva klínu objekt, pokud leží přímo v povrchu.

Odolnost vůči vodě ve vztahu k kamínkům je mechanickou vlastností materiálu, který je hodnocen ve zvláštní měřítku. Koeficienty jsou odhaleny spíše jednoduchým vzorcem: zjišťují, jak pevnost suchého a navlhčeného materiálu souvisí navzájem. Před provedením výzkumu se suchý vzorek, pro který již byly získány parametry, umístí do kapaliny po dobu dvou dnů. Poté můžete spustit přímo kompresi.

O číslech

Pokud se některý materiál vůbec nerozpustí v kapalině, je pro něj indikovaný koeficient. Tyto vlastnosti jsou ocel a sklo, stejně jako několik poddruhů žulových kamenů. Ale některé jsou zničeny pouze nasycením vodou. Klasickým představitelem takové skupiny je křída.

Pokud je určený koeficient 0,7 nebo méně, surovina nemůže být použita k vytvoření konstrukcí potenciálně v kontaktu s vodou. Například, pokud potřebujete vybudovat základnu pro budovu ve vlhkém prostředí s vysokou úrovní vlhkosti půdy, takový materiál není absolutně vhodný. Pokud je známo, že během operace bude předmět neustále v kontaktu s vodou, v rámci testu se okamžitě testuje ve stavu s vodou nasyceným tak, aby nedocházelo k jeho nadhodnocování.

Váhy a hmoty

Pro správné a úplné posouzení mechanických vlastností je nutné zjistit, které jsou volumetrické, specifická hmotnost vzorku. Specifickou hmotností se rozumí taková váha dané jednotky, která se vypočte v ideálním hustém stavu. Měření parametru pomocí poměru gramů k centimetrům v krychli. Standard pro ocel - 7.85, pro dřevo všech druhů - 1.53, pro kámen - do 3.3.

Volumetric - to je hmotnost, která popisuje parametr volumetrické jednotky v normálním, přirozeném stavu. Tato charakteristika se používá při výpočtu konstrukčních prvků plánovaného objektu a při výběru vozidel s vhodnou nosností. Pro popis objemové hmotnosti se používá poměr kilogramů k metrům v krychli.

Póry a voda

Důležitým rysem materiálu je pórovitost. Tato mechanická vlastnost ukazuje, jak velký je objem pórů v materiálu. Parametr se odráží v procentech. Celková hustota a pórovitost dávají 100% objemu objektu.

Stejně důležitá je schopnost vzorku absorbovat a procházet vodou. Při posuzování toho, do jaké míry objekt absorbuje vlhkost, udržuje ji v objemu, odhalí procento hmotnosti před kontaktem s kapalinou a po ní. Je také možné odhalit, jak absorbovaný objem a celková charakteristika vzorku korelují. Propustnost se však běžně chápe jako schopnost provádět kapalinu za přítomnosti tlaku. Tato hodnota je určena strukturou hmoty, hustotou, vlastnostmi toku vody. Pro odhad hodnoty se vypočte, kolik kapaliny prochází čtvercový centimetr povrchu. Zkoušky se provádějí na předem stanovené a přesně měřené standardní kapalině. Naprosto nepropustné pro vodní sklo, ocel.

Je to teplo nebo zima?

Mezi další mechanické vlastnosti, mrazuvzdornost není poslední. Tento parametr ukazuje, jak negativní negativní teploty ovlivňují objekt. Pro testování jsou vzorky nejprve nasyceny tekutinou, po které jsou organizovány několik cyklů odtávání a mrazu. Vypočítejte, kolik cyklů je zapotřebí k poklesu trvanlivosti, vnějším známkám deformace, zničení.

Počet cyklů umožňuje vyhodnotit parametry materiálu s přihlédnutím k obecně akceptované měrné odolnosti. Je důležité věnovat pozornost klimatickým podmínkám, ve kterých zmrzne skutečný objekt, třídu struktur a struktur. Normálně se hodnota Mrz pohybuje od 5 do 200.

Teplejší ohřívač

Každý materiál má vlastnost tepelné vodivosti. Ve fyzice se termín používá k označení schopnosti přenášet teplo, který je vyvolán rozdílem v úrovni ohřevu média mezi různými povrchy objektu. Čím vyšší je vlhkost a hustota, tím větší bude kvalita vedení tepla. Pro výpočet ukazatele pomocí zvláštního vzorce.

Stejně důležitým parametrem je tepelná kapacita, která popisuje, kolik energie může určitý vzorek absorbovat, pokud se do něj přenese teplo. Fyzici vynalezli pro výpočet speciální vzorec a samotný parametr se nazýval koeficient specifické tepelné kapacity.

Existuje světlo?

Různé materiály jsou popsány různými schopnostmi se zhroutit pod vlivem velmi vysokých teplot a rychlého ochlazování vodou (například při hašení požáru). Některé jsou ohnivzdorné, jiné jsou obtížně hořitelné a všechny ostatní patří do kategorie hořlavých. První popsaná třída není schopna vznícení, charging, dokonce ani doutnající nezačíná, ale to vše je pro druhé typické, i když procesy probíhají s velkým úsilím. A konečně, hořlavé materiály, které se mohou snadno vznítit, mají tendenci třást a pokud je zdroj ohně odstraněn, budou i nadále hořet.

V blízkosti popsaného parametru - refraktérnost. Toto je charakteristika, která popisuje, jak účinně může objekt pod vlivem ohřevu až do 1580 stupňů nebo více (podle stupnice Celsia) nehořit, nehořit, odolat negativnímu vlivu okolních faktorů.