ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ — Общие сведения и классификация

ИСПЫТАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ - Общие сведения и классификация методов испытания; - Статические испытания; - Динамические испытания; - Испытания при циклическом нагружении; - Испытания долговечности; - Неразрушающие методы контроля; - Общие принципы выбора материалов «Создание новых конструкций редко ждет, пока конструкторы устранят все пробелы в своем образовании» Д. Р. Ирвин

Общие сведения Требования к испытаниям: - Пригодны для массового контроля - Просты в проведении - Не трудоемки - Регламентированы стандартами - и т. п.

Общие сведения Классификация видов испытаний • • • Статические испытания Динамические испытания Испытания переменной нагрузкой Испытания на термическую усталость Испытания на ползучесть и длительную прочность • Испытание на сопротивление развитию трещины • Испытания материалов в условиях сложнонапряженного состояния

Общие сведения Классификация видов испытаний • По способу нагружения: - растяжение - сжатие - изгиб - кручение - срез - циклическое нагружение • По скорости нагружения: - статические - динамические • По продолжительности процесса во времени: - кратковременная - длительная

Классификация: По методу нагружения:

Статические испытания Статическая нагрузка – это однократно приложенная нагрузка, плавно и относительно медленно возрастающая от нуля до своей максимальной величины. Статические испытания – это испытания, при которых материал подвергают воздействию постоянной силы или силы, возрастающей весьма медленно. Виды статических испытаний: - на растяжение; - измерение твердости; - на вязкость разрушения; - на изгиб; - на сжатие

Статические испытания Измерение твердости Твердость – это сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела (индентора) Индентор – твердое малодеформируемое тело (алмаз, твердый сплав, закаленная сталь) определенной геометрической формы (шар, пирамида, конус, игла), вдавливаемое в поверхность образца или изделия Методы измерения твердости подразделяются на: - макротвердость - микротвердость

Статические испытания Измерение твердости по Бринеллю по Роквеллу по Виккерсу

Статические испытания Приборы для измерения твердости

Статические испытания Измерение вязкости разрушения Трещиностойкость (cracking resistance) оценивает конструкционную прочность методами механики разрушения Количественная характеристика: KQ – коэффициент интенсивности напряжений, для линейно-упругих тел JIC – интеграл, для вязкоупругих материалов Расчетные формулы:

Статические испытания Измерение вязкости разрушения Типы раскрытия трещины: I – разрушение отрывом; II – поперечный сдвиг; III – антиплоская деформация Виды разрушения: а – сдвигом; б – частичным сдвигом; в – от нормальных напряжений

Статические испытания Измерение вязкости разрушения Форма образцов:

Статические испытания Испытание на изгиб P l l г l P l a l а Изгибающий момент P P a в б Изгибающий момент l a Изгибающий момент д е a

Испытание на изгиб Способность сопротивляться изгибающим нагрузкам стандартизирована ГОСТ для: - металлических материалов; - керамики, кирпича и бетона; - древесины; - композитов.

Статические испытания Испытание на сжатие Для хрупких материалов испытание на сжатие заменяет испытание на растяжение. Для сжатия применим закон Гука

Статические испытания Испытание на сжатие для целлюлозно-бумажных материалов RCT SCT

Динамические испытания Динамическая (ударная) нагрузка – это однократно приложенная нагрузка, действующая на материал резко и с большой скоростью возрастающая от нуля до своей максимальной величины. Виды динамических испытаний: - растяжение; - сжатие; - кручение; - ударный изгиб Наибольшее распространение получило испытание на ударный изгиб (или ударную вязкость)

Динамические испытания Испытание на ударную вязкость Принцип действия по Изоду Точка вращения Шкала Маятник по Шарпи Образец Ребро поражающего ножа

Динамические испытания Испытание на ударную вязкость Фотографии поверхности материалов при хрупком разрушении металл композит

Испытания при циклическом нагружении (испытания на усталость) Процесс постепенного снижения прочности материала в следствие появления и развития в нем трещин под действием циклических нагрузок называют усталостью, а свойство противостоять усталости – сопротивлением усталости. Усталостное разрушение наблюдается при: - растяжение; - сжатие; - кручение; - изгибе Испытания на усталость проводят как для пластичных, так и для малопластичных и хрупких материалов

Испытания при циклическом нагружении (испытания на усталость) Схемы нагружения: изгиб кручение растяжение и сжатие

Испытания при циклическом нагружении (испытания на усталость) Цикл нагружения – совокупность последовательных значений переменных напряжений за один период процесса их изменения

Испытания долговечности Виды испытаний на определение долговечности: - на ползучесть; - трибологические испытания (износ, износостойкость) Ползучесть - медленная пластическая деформация материала под действием постоянной нагрузки, создающей в детали напряжения, превышающие предел упругости, но меньшие, чем предел текучести при данной температуре.

Испытания долговечности Испытание на ползучесть Различают ползучесть: - при низких температурах (только для мягких материалов); - при высоких температурах (для твердых материалов). Диаграммы длительной прочности и ползучести Схема нагружения s s 1 s 2 D s 3 B C A 0 t 1 t 2 t 3 lnt 0 t

Испытания долговечности Трибологические испытания Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров, формы, массы или состояния поверхности вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя изделия при трении Износ – результат изнашивания, определяемый с помощью количественной оценки процесса изнашивания Износостойкость – способность материалов или деталей сопротивляться изнашиванию в условиях внешнего трения

Неразрушающие методы контроля Классификация По назначению: 1) выявляющие дефекты в виде нарушения сплошности материала; 2) оценивающие структуру материала; 3) контролирующие геометрические параметры; 4) оценивающие физико-механические свойства материала По принципу работы контрольных средств: - оптические, - магнитные, - акустические, - радиационные (радиоволновые), - метод вихревых токов, - капиллярная дефектоскопия, - контроль течеисканием.

Неразрушающие методы контроля Капиллярная дефектоскопия Материалы Тип проявителя Самопроявляющиеся Нет Порошковые Порошок: оксид магния, тальк, мел, каолин, силикагель и др. Суспензионные Суспензия проявляющего порошка в воде или органических растворителях Красочные (лаковые) Проявляющая краска (лак) Пленочные Липкая лента, пленка

Неразрушающие методы контроля

Общие принципы выбора материалов Требования к выбираемому материалу: - Какие свойства материала требуются? - Каковы требования к переработке материала и их значения для изменения его свойств? - Какие материалы подходят? - Какова стоимость материала?

Схема разработки новых материалов по системе «инжиниринг материалов»

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !!!