Principali proprietà meccaniche dei materiali e loro utilizzo

La conoscenza delle proprietà meccaniche e fisiche dei materiali è necessaria per tutti coloro che, come parte del loro servizio, devono selezionare le materie prime ottimali per la fabbricazione di un determinato oggetto. Informazioni da quest'area - l'area di interesse di ricercatori, fisici e chimici, rappresentanti di comunità scientifiche di altre discipline. Comprensione della natura, le caratteristiche dei materiali che ci circondano danno alla persona la capacità di creare, creare nuovi design, unici nella sua complessità e durata.

Informazioni generali

La determinazione delle proprietà meccaniche dei materiali implica l'identificazione della capacità di resistere ai carichi, gli sforzi che potenzialmente cambiano la forma del materiale, distruggendolo. Molto spesso nella pratica considerano tali carichi applicati a quei materiali che sono coinvolti nel processo di lavoro della progettazione di oggetti capitali. Le strutture edilizie sono costrette a resistere a numerosi carichi significativi, divisi in due grandi gruppi: dinamica, statica.

Analizzando le proprietà meccaniche dei materiali strutturali, è necessario considerare che il carico dalla categoria di statica non provoca la formazione di forze inerziali. Un tipico esempio di vita sono le masse di neve accumulate sul tetto di un edificio. Ma la dinamica - questo è un impatto rapido, spesso - solo un momento, per il quale c'è un aumento al massimo. Il processo è accompagnato dall'apparizione di forze inerziali che influenzano l'oggetto. Spesso trovato in realtà, un noto esempio di tale carico è un treno che attraversa un ponte e agisce sulle travi portanti di una struttura.

Di cosa stiamo parlando?

È nota un'ampia gamma di proprietà meccaniche dei materiali: resistenza, tendenza a logorarsi, indebolirsi e deformarsi. Una caratteristica piuttosto importante è la durezza della materia prima. Con un'analisi completa di tutti i parametri di una particolare sostanza, è possibile prendere una decisione in merito alla sua applicabilità a un determinato compito. Attualmente, nel nostro stato, esistono standard e requisiti speciali che regolano quali sono gli indicatori quantitativi minimi per tutti i parametri importanti, in modo che le materie prime diventino applicabili per un compito specifico (ad esempio, la costruzione di muri di un edificio residenziale).

Soldatino di stagno

In pratica, l'uso di proprietà meccaniche dei materiali è particolarmente importante nel campo della creazione di strutture utilizzate da persone, come trasporti, abitazioni, oggetti industriali e altri, macchine e altri meccanismi. È importante che questi oggetti mantengano la loro forma originale. Allo stesso tempo, tali materiali sono anche utili, che possono variare in volume, forma, sotto l'influenza di fattori controllati. Per valutare la qualità di alcuni materiali in questo aspetto, viene rivelata una caratteristica quantitativa della deformabilità, un parametro che riflette quanto la forma e il volume sono corretti in presenza di un carico. È consuetudine parlare di indicatori assoluti e relativi.

La deformazione assoluta è un riflesso quantitativo delle variazioni di dimensioni quando appare un carico. Il parametro è descritto da unità lineari. Questa proprietà meccanica è in gran parte correlata alla composizione del materiale. Relativo: il valore percentuale che riflette quanto il volume dell'oggetto esaminato è cambiato rispetto a quello iniziale quando è stata applicata la forza.

Molte opzioni

Studiando le proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali, si presta particolare attenzione al fatto che all'interno della stessa categoria di carichi e al parametro responsabile della loro resistenza, ci sono molte sottospecie. Per esempio, parlando di deformazione, per uno studio a pieno titolo di un campione, è necessario valutare attentamente la capacità di percepire saldamente compressione, flessione, torsione, stiramento, taglio. Ad esempio, se è necessario esaminare il calcestruzzo, il cemento armato, si presta particolare attenzione allo stiramento, alla compressione, alla flessione - gli oggetti si scontreranno con tali sforzi esterni durante l'installazione dell'oggetto e la sua successiva operazione.

Ci sono deformazioni elastiche, plastiche, innescate da carichi esterni. I primi scompaiono non appena la fonte dello sforzo scompare, il secondo rimane a lungo. Spesso indicato come residuo. Per quantificare le proprietà meccaniche e le caratteristiche meccaniche dei materiali, compresa la deformabilità, è necessario prima analizzare le deformazioni residue. L'oggetto è investigato nel secondo della distruzione. In pratica, questo è spesso il caso quando si studiano campioni di acciaio usati come rinforzo. Al momento della distruzione dell'oggetto rivela quanto è grande l'allungamento residuo. Ciò rende possibile classificare un campione specifico come un gruppo di plastica o chiamarlo fragile. I primi nel momento in cui crollano accumulano cambiamenti deformanti residui impressionanti, i secondi non differiscono in questa caratteristica. Il rame differisce per la plasticità, i tipi di acciaio tenero, ma fragile: pietre, ghisa.

A proposito di forza

Di tutte le proprietà meccaniche di base dei materiali, un'attenzione particolare è sempre rivolta a questo. L'analisi dell'oggetto viene eseguita anche per quanto riguarda la capacità di resistere a carichi come dinamica, statica. Se viene applicata una forza statica, la sollecitazione interna viene generata nel materiale. Forza indica quanto cambiano i valori se lo stato del carico viene regolato. Valutare quali cambiamenti si osservano in relazione all'elasticità, se vi è deformazione, se il campione è distrutto.

Lo stress nell'analisi delle proprietà meccaniche di base dei materiali è comunemente inteso come un parametro che descrive la forza all'interno dell'oggetto di prova, provocata da carichi provenienti dall'esterno. Il parametro è calcolato in relazione all'area dell'unità. Per determinare i valori corretti, è necessario effettuare calcoli relativi alla sezione. I parametri a cui il corpo va in un nuovo stato sono chiamati stress, che descrivono la forza di snervamento e la forza.

Alcune funzionalità del test

Per determinare con precisione le proprietà chimiche e meccaniche dei materiali, è necessario prendere i prototipi e studiare le loro reazioni all'uso di vari carichi, fattori esterni, composti. I processi che si verificano con l'oggetto vengono accuratamente registrati. Affinché il prodotto sia applicabile, deve mostrare i parametri corrispondenti agli standard introdotti nel paese. Le condizioni per resistenza, resistenza alla deformazione, mezzi aggressivi e altri fattori sono sistematizzate in tabelle prescritte per diversi materiali e categorie di materiali. Per determinare gli standard per un particolare oggetto, dovresti usare l'edizione corrente di GOST su di esso.

Come parte del test, i campioni vengono caricati. Se è necessario esaminare, ad esempio, la forza, utilizzare presse specializzate, meccaniche o idrauliche. Puoi usare macchine che possono piegare, strappare campioni. Impostano un certo limite di carico e valutano il risultato della sua applicazione, lo correggono nell'ordine ufficiale, lo confrontano con il comportamento di riferimento. In alcuni casi, dovresti anche usare formule speciali per calcolare le deformazioni complesse di una particolare sostanza.

Calcola, confronta, analizza

Per rivelare l'influenza delle proprietà meccaniche sul materiale e la relazione inversa, è necessario verificare in che modo l'oggetto del test risponde a vari fattori esterni. Per fare ciò, tutte le informazioni identificate durante gli esperimenti sono registrate in una tabella e utilizzate come base per la costruzione di diagrammi. I grafici riflettono la tensione, la forza, la capacità di restringersi, allungare. I parametri di resistenza consentono di valutare le qualità fisiche delle materie prime studiate e di determinare le resistenze normative - i parametri di base che vengono poi utilizzati nella costruzione di oggetti complessi.

Il modo più semplice per valutare le proprietà fisiche e meccaniche dei materiali, se appartengono al numero di omogeneità. Per determinare gli standard di resistenza, prendiamo le quantità fisiche che sono standard per una particolare materia prima e sono stabilite a livello federale dagli standard applicabili. Sulla base della conformità ottenuta durante la verifica degli indicatori e verificata dal controllo metrologico e della scienza dei materiali, possiamo parlare dell'applicabilità del soggetto per risolvere il problema. Se il prodotto non è uniforme, si deve ricordare che la forza è spesso inferiore al livello assunto o determinato durante i test. È importante quando si progetta il piano per gettare un margine di sicurezza, data la resistenza delle materie prime.

Attenzione a tutti i dettagli

Valutando le proprietà fisico-meccaniche dei materiali per la successiva creazione di importanti strutture di grandi dimensioni che affrontano questi carichi, è necessario ricordare che le condizioni operative hanno una forte influenza sul livello di qualità sia del prodotto nel suo insieme sia della sostanza da cui viene prodotto. Quando si identificano le caratteristiche calcolate, è lungi dall'essere sempre possibile prendere in considerazione tutte quelle condizioni che influenzeranno negativamente l'oggetto durante il suo utilizzo nella pratica. In modo che il prodotto non deluda l'utente, dovrebbe essere già nella fase di valutazione del materiale per calcolare il coefficiente di condizioni operative che possono ridurre i parametri di resistenza.

Spesso, i progettisti si trovano di fronte a una situazione complessa di incertezza, quando non è chiaro come, ad esempio, le proprietà meccaniche dei materiali da costruzione cambieranno sotto l'influenza di carichi esterni, poiché non esiste un'idea esatta del vero lavoro. Ciò impone alcune restrizioni sulla precisione dei calcoli. Per garantire un livello decente di prestazioni, è necessario considerare un fattore di sicurezza. Questo parametro riflette la misura in cui la resistenza di progetto è ridotta rispetto al livello inizialmente derivato.

Forza d'impatto

Questa è una proprietà meccanica dei materiali (costruzione, metalli, costruzione e vari altri), che mostra quanto dovrebbe essere grande il lavoro, permettendo di distruggere il campione scelto per gli esperimenti. Il parametro può essere calcolato per ogni unità volumetrica dell'oggetto test. Per esperienza, è necessario avere il materiale sorgente e il carico standard lasciato cadere su di esso. Affinché i test siano sistematici e precisi, è necessario utilizzare un carico della stessa massa. In primo luogo, viene lanciato da una piccola altezza, aumentando gradualmente e aumentando il punto di partenza del volo. Intervallo - centimetro. Il test viene eseguito fino a quando il campione non viene distrutto sotto l'influenza del carico dinamico. Il parametro rilevato nel corso di tale ricerca è considerato come valori condizionali, centimetri, che si sono rivelati sufficienti per distruggere un oggetto facendo cadere un oggetto su di esso.

vestibilità

Questa proprietà meccanica del materiale è particolarmente importante in relazione alle materie prime coinvolte nella fabbricazione di oggetti che sono sottoposti a carico abrasivo durante il funzionamento. Ad esempio, cemento, clinker e pietra utilizzati nella creazione di autostrade, campi di aviazione, strutture idrauliche, pavimenti, marciapiedi e scale si scontrano con quelli.

Molto spesso, in pratica, è necessario calcolare l'abradabilità del calcestruzzo dalle proprietà meccaniche dei materiali, forse la materia prima più comune per la creazione di strutture capitali. È necessario concentrarsi su GOST 13087-81. Per le prove, vengono presi campioni cubici, la cui lunghezza del bordo è esattamente 7,07 cm. In alcuni casi, optare per un cilindro con un diametro simile sarà ottimale. Il volume del test viene misurato, viene rilevato il peso, montato su un cerchio di ghisa cosparso di sostanze abrasive. Il carico viene effettuato entro 0,06 MPa, dopodiché il cerchio inizia a ruotare. 110 giri: un passaggio che consente di ruotare il volume del test ad angolo retto. 440 giri consentono di tornare alla posizione di partenza. Questo completa il ciclo primario, rimuove il campione dall'installazione e lo misura. Essi rivelano quanto sono cambiate la massa e l'altezza dell'oggetto. Questi parametri mostreranno quanto bene la materia prima resiste ai carichi di abrasione.

Razmyagchaemost

Questa proprietà meccanica del materiale, nota anche come resistenza all'acqua, riflette la misura in cui la resistenza cambia in seguito all'umidificazione dell'oggetto da testare. Il confronto è fatto con un oggetto asciutto. È noto che solitamente i materiali, assorbendo l'acqua, diventano meno durevoli, poiché i componenti solidi possono dissolversi, l'argilla - si gonfia. Luoghi in cui i cristalli crescono insieme possono essere influenzati dall'umidità a causa della dissoluzione di uno dei componenti che sono meno resistenti al liquido. Lo strato d'acqua incunea l'oggetto, se giace direttamente nella superficie.

La resistenza all'acqua in relazione alle pietre è una proprietà meccanica del materiale, che viene valutata su una scala speciale. I coefficienti sono rivelati da una formula piuttosto semplice: scoprono come la forza di un materiale asciutto e bagnato sia correlata l'una con l'altra. Prima di condurre la ricerca, un campione secco, per il quale sono già stati ottenuti i parametri, viene posto in un liquido per due giorni. Successivamente, puoi iniziare a comprimere direttamente.

Informazioni sui numeri

Se alcuni materiali non si sciolgono affatto nel liquido, il coefficiente indicato per questo è uno. Queste qualità sono acciaio e vetro, così come diverse sottospecie di pietra di granito. Ma alcuni sono distrutti solo dalla saturazione con l'acqua. Il classico rappresentante di un tale gruppo è il gesso.

Se il coefficiente specificato è 0,7 o meno, la materia prima non può essere utilizzata per creare strutture potenzialmente a contatto con l'acqua. Ad esempio, se è necessario costruire una fondazione per un edificio in un clima umido, con un alto livello di umidità del suolo, tale materiale non è assolutamente adatto. Se è noto che durante il funzionamento l'oggetto sarà costantemente in contatto con l'acqua, nell'ambito del test, viene immediatamente testato in condizioni di saturazione d'acqua per non sovrastimarne la resistenza.

Scaglie e masse

Per una corretta e completa valutazione delle qualità meccaniche, è necessario scoprire quali sono volumetrici, peso specifico campione. Il peso specifico è considerato come un peso di una determinata unità, che viene calcolato in uno stato denso ideale. Per misurare il parametro usando il rapporto tra grammi e centimetri in un cubo. Standard per acciaio - 7,85, per legno di tutte le specie - 1,53 e per pietra - fino a 3,3.

Volumetrico: è il peso che descrive il parametro di un'unità volumetrica in uno stato normale e naturale. La caratteristica viene utilizzata per il calcolo delle caratteristiche strutturali dell'oggetto progettato, nonché per la selezione di veicoli con una capacità di carico adeguata. Per descrivere il peso volumetrico, viene utilizzato il rapporto tra chilogrammi e metri in un cubo.

Pori e acqua

Una caratteristica importante del materiale è la porosità. Questa proprietà meccanica mostra quanto del volume dei pori in un materiale è rappresentato. Il parametro è riflesso in percentuali. La densità e la porosità totali danno il 100% del volume dell'oggetto.

Altrettanto importante è la capacità del campione di assorbire e passare l'acqua. Valutare quanto l'oggetto assorba l'umidità, la mantiene nel suo volume, rivela la percentuale del peso prima del contatto con il liquido e dopo di esso. È anche possibile rivelare come il volume assorbito e la caratteristica totale per il campione siano correlati. Ma la permeabilità è comunemente intesa come la capacità di condurre un liquido in presenza di pressione. Questo valore è determinato dalla struttura della materia, dalla densità, dalle caratteristiche del flusso d'acqua. Per stimare il valore, viene calcolato quanto liquido passa attraverso un centimetro quadrato della superficie. I test vengono eseguiti su una testa del liquido standard prestabilita e accuratamente misurata. Assolutamente impermeabile al vetro dell'acqua, acciaio.

È caldo o freddo?

Tra le altre proprietà meccaniche, la resistenza al gelo non è l'ultima. Questo parametro mostra quanto sono negative le temperature negative che influenzano l'oggetto. Per il test, i campioni vengono dapprima saturati con liquido, dopo di che vengono organizzati diversi cicli di sbrinamento e congelamento. Calcola quanti cicli sono necessari per diminuire la durata, appaiono segni esterni di deformazione, distruzione.

Il numero di cicli consente di valutare i parametri del materiale, tenendo conto della scala generalmente accettata di resistenza al gelo. È importante prestare attenzione alle condizioni climatiche in cui si congelerà l'oggetto reale, la classe di strutture e strutture. Normalmente, il valore Mrz varia da 5 a 200.

Scaldino più caldo

Qualsiasi materiale ha una proprietà di conduttività termica. In fisica, il termine è usato per indicare la capacità di trasferire il calore, innescata dalla differenza nel livello di riscaldamento del mezzo tra le diverse superfici di un oggetto. Maggiore è l'umidità e la densità, maggiore sarà la qualità della conduzione del calore. Per il calcolo dell'indicatore utilizzando una formula speciale.

Un parametro altrettanto importante è la capacità termica, che descrive la quantità di energia che un campione specifico può assorbire se viene trasferito calore ad esso. I fisici hanno inventato una formula speciale per il suo calcolo e il parametro stesso è stato chiamato il coefficiente di capacità termica specifica.

C'è una luce?

Diversi materiali sono descritti da diverse abilità per collassare sotto l'influenza di temperature molto elevate e raffreddamento rapido con acqua (ad esempio, quando si estingue un incendio). Alcuni sono a prova di fuoco, altri sono difficili da sparare e tutti gli altri appartengono alla categoria dei combustibili. La prima classe descritta non è in grado di innescare, carbonizzare, anche la combustione senza fiamma non inizia, ma tutto ciò è peculiare del secondo, sebbene i processi procedano con grande sforzo. Infine, materiali combustibili che possono facilmente accendersi, tendono a bruciarsi senza fiamma, e se la fonte di fuoco viene rimossa, continueranno a bruciare.

Vicino al parametro descritto - refrattarietà. Questa è una caratteristica che descrive quanto efficacemente un oggetto può, sotto l'influenza del riscaldamento fino a 1580 gradi o più (secondo la scala Celsius), non fondersi, non bruciare, resistere all'influenza negativa dei fattori circostanti.