Контрольная работа по дисциплине: «Материаловедение»

Министерство образования  и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановская государственная  текстильная академия»

 

 

 

 

 

Кафедра: Материаловедения и товароведения, стандартизации

 и сертификации.

 

Контрольная работа по дисциплине: «Материаловедение»

Вариант: №6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Иваново 2010 -

 

Содержание:

1. Механические свойства металлов при переменных нагрузках (циклических) нагрузках. Основные понятия, методы определения...........................................3
2. Свойства полимерных материалов при сжатии…………………………...........7

Список использованных источников.....................................................................8

 

1  Механические свойства металлов при переменных нагрузках (циклических) нагрузках. Основные понятия, методы определения.

      Из известных в настоящее время 106 элементов 76 из них являются металлами. Металлы в твердом, и отчасти, в жидком состоянии обладают рядом свойств: высокой тепло- и электропроводностью, положительным температурным коэфициентом сопротивления, способностью испускать электроны при нагреве, способностью к деформации.

     Наличие этих  свойств и характеризует так  называемое металлическое состояние  вещества.

     К одним из механических  свойств металлов относят: усталость - это постепенное накопление повреждений металлов при циклических  нагрузках, приводящие к образованию трещин и разрушению, и  выносливость - это свойство металлов сопротивляться усталости.

    При усталостном  разрушении излом состоит из  двух зон. Первая зона  (рис.2,поз.2) – зона усталости имеет гладкую притертую поверхность. Образование этой зоны происходит постепенно. На начальной стадии приложения циклической нагрузки на поверхности образуется большое количество трещин, однако, растет только та, которая имеет достаточно большую длинну и острую вершину.  Продвигаясь в глубь образца усталостная трещина образует глубокий и острый надрез. В зоне усталости нередко можно видеть полосы (бороздки) отражающие последовательное положение растущей трещины (рис.2, а). В период каждого циклона нагружения у её вершины протекает большая пластическая деформация. Скорость роста трещины не велика. Рост трещины продолжается до тех пор, пока сечение не окажется столь малым, что действующие в нем напряжения превысят разрушающие. Тогда происходит быстрое разрушение. Это приводит к образованию второй зоны в усталостном изломе – зоны долома (рис2, поз.3). Зона долома имеет структуру, характерную для хрупкого или вязкого разрушения при однократных нагрузках (статистических или ударных).

     Испытание на усталость (ГОСТ12860-67) проводят для определения предела выносливости, под которым понимают наибольшего знение максимального напряжения цикла, под действием котогого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа цикловнагружения. Цикл напряжения – это совокупность переменных значений напряжений за один период их изменения. За максимальное σ_мах и минимальное σ_мin  напряжение цикла принимают наибольшее (наименьшее) по алгебраической величине напряжение. Цикл характеризуется коэфициентом ассиметрии R_σ = σ_мin / σ_мах , если R_σ = -1, то цикл называют симметричным (рис.1,б). Если σ_мах  и σ_мin   не равны по величине -  цикл ассиметричный.

     Предел выносливости  обозначается σ_R (R-коэфициент асимметрии цикла), а при семметричном цикле σ_-1 Предел выносливости чаще определяют на врвщающем образце – гладком или с надрезом с приложением изгибающей нагрузке по симметричному циклу (рис1, а).

     Для определения  предела выносливости используют  не менее десяти образцов. Каждый  образец испытывают только на  одном уровне напряжений до  разрушения или до базового  числа циклов.  По результатам  испытаний отдельных образцов  строят кривые усталости в  полулогарифмических или логарифмических  координатах (рис.3). С уменьшение максимального напряжения возрастает долговечность. Горизонтальный участок на кривой усталости, т.е максимальное напряжение, не вызывающие разрушения при бесконечно большом числе циклов N, соответствует пределу выносливости (рис.3, поз.1).

     Многие цветнык  металлы не имеют горизонтального  участка на  кривой 

выносливости. В этом случае определяю тограниченный предел выносливости  - наибольше напряжение, которое выдерживает  металл (сплав) в течении заданного числа  циклов нагружения.    База испытания N не должна  быть ниже 10*10⁶  для стали и 100*10⁶  циклов для легких сплавов и других цветных металлов, не имеющих горизонтального участка на кривой усталости (рис.3, поз.2).

     Наклонная часть кривой усталости характеризует так называемую ограниченную выносливость.

     При напряжениях,  соответствующих ограниченной выносливости, заранее известно, что через какое то время деталь разрушится от усталости, поэтому до разрушения её нужно заменить.

     Предел выносливости  снижается при наличае концентратов  напряжения. Чувствительность σ_R к концентратам напряжений при симметричном цикле нагружения определяется эффективным коэфициентом концентрации напряжений К_о.

К_о=σ_-1/σ_-1^н

 σ_-1 и σ_-1^н  - пределы выносливости образцов гладкого и с надрезом (концентратом напряжения).

 

Рис. 1 Схема испытаний на усталость (а) и диограмма циклического изменений напряжений (б).

 

 

Рис. 2 Излом при усталостном разрушении: а) схема излома, б) макроструктура излома, 1 – очаг зарождения трещины,  2 – излом, 3 – зона долома.

 

 

Рис. 3 Кривые усталости.

 

3. Свойства полимерных материалов при сжатии

     При описании текстильных изделий отмечалась одна из их характерных особенностей — значительная протяженность по сравнению с поперечными размерами. Если эти изделия подвергаются действию сил (или полей), направленных перпендикулярно или под малыми углами к их длине, то возникающие в них деформации, как принято в механике, называются сжатием. Большинство текстильных изделий легко сжимается даже под действием сравнительно небольших по величине сил. Это связано с тем, что изделия имеют сравнительно рыхлое строение, т. е. их объем далеко не полностью занят теми или иными веществами, из которых состоят формирующие их волокна или нити. Остальную часть объема занимает воздух. Напомним, что и самим волокнам и нитям свойственна эта «рыхлость».

     Термин «сминаемость» неполно отражает сущность строения и свойств, так как не поясняет характер деформации, которая, как и при других видах нагружения, состоит из упругих, эластических и остаточных компонентов. При сжатии происходит не только собственно деформация исходных материалов, но и их конфирмация. Средняя плотность текстильных изделий (ткани, трикотаж и нетканые материалы) колеблется от 0,15 др 0,7 мг/мм3

(для самих нитей она  составляет около 0,8 мг/мм3). Что  касается средних значений, то  они примерно составляют для  тканей 0,4—0,5 мг/мм3, трикотажных, полотен 0,15—0,25 мг/мм3, не тканых прошивных полотен 0,2—0,3 мг/мм3, нетканых проклеенных латексом полотен 0,18—0,25 мг/мм3. В процессе смятия уменьшается толщина изделий и лишь у некоторых из них наблюдается небольшое увеличение длины и ширины. Ими можно практически пренебречь, считая, что средняя плотность изменяется пропорционально относительной деформации сжатия, которую рассчитывают по формуле:

₀ – h_k )/h₀

 

где h₀— начальная толщина изделия;

h_k— конечная толщина (в сжатом состоянии).

      А. Н. Соловьев и американский исследователь Г. Богата показали, что существует связь между толщиной изделия и давлением р, которому они подвергаются. Для определения толщины изделий, при разных давлениях можно использовать следующую зависимость:

h_k=h_p + (p-p_k)/(A+B p_k )

где h_p — толщина изделия, мм, измеренная при давлении,

 p, p_k — давление, для которого рассчитывается толщина, Па;

 А — постоянная, характеризующая  начальное сопротивление материала  сжатию (жесткость при сжатии) Па/мм;

 В — постоянная, определяющая конечную сжимаемость изделия мм-1.

     Для наиболее распространенных видов полотен постоянных А и В получены при давлении р = 0,2 кПа. Одноцикловые характеристики для нетканых и других изделий остаются теми же, что и для волокон и нитей, из которых они состоят. Однако во всех случаях при испытаниях нетканых полотен следует иметь в виду особенности их структуры — наличие связующих материалов.

 

Список использованных источников:

1. Пейсахов  М.А. Материаловедение и технология конструкционных материалов. СПб.: Изд-во Михайлова В.А. 2003
2. Лахтин Ю.М. Материаловедение М.: машиностроение 1990
3. Кукин Г.Н. Соловьев А.Н.  Колблякова  А. И.   М. : Легпромбыт  издат 1992
4. Бузов Б.А. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности