Распространенные виды исследований стойкости к продавливанию.
На стойкость к длительному воздействию продавливанием испытывают разные по происхождению, плотности, назначению материалы, так как это одно из самых распространенных эксплуатационных внешних усилий. Общий для всех типов испытаний принцип заключается в воздействии твердым телом на исследуемый материал.
В зависимости от типа испытаний усилие передается гидравлическим или электромеханическим устройством, позволяющим плавно наращивать мощность или серийно воздействовать до момента разрыва, необратимого растяжения, разрушения.
Проверку на противостояние продавливанию проходят ж/б фундаментные плиты, монолитные лестничные продеты, площадки, опорные подземные конструкции. Значения для проектирования получают расчетным путем в соответствии с регламентом приложения к СНиП 2.03.01-84. Величину предельного усилия рассчитывают, исходя из толщины исследуемой конструкции, ее способности сопротивляться локальной продавливающей нагрузке. Например, сопротивление продавливанию бетонной плиты перекрытия колонне вычисляется как сумма устойчивости бетона и арматуры, отнесенная к единице площади.
Машины и атрибуты для изучения устойчивости к продавливанию.
Для исследования способности материалов противостоять продавливающим усилиям понадобятся следующие технические средства:
- Лабораторный пресс МИП или универсальная испытательная машина МИМ в комплекте со специализированным приспособлением. В зависимости от прочностных характеристик материала, используется оборудование с гидравлическим или электромеханическим приводом. У гидравлических машин больше диапазон нагрузки и объем рабочего пространства. Нагрузка передается образцу подвижной траверсой, которая приводится в движение вручную или электрическим устройством. Параметры испытаний регистрирует торсионный силоизмеритель. На экране электронного модуля отображаются характеристики продавливающего усилия. Исследования проводятся до момента разрушения образцов, предел устойчивости вычисляется как среднее арифметическое снятых аппаратом показаний.
- Вертикальный копер. Лабораторная установка предназначена для изучения сопротивляемости материалов, изделий динамическим нагрузкам, которые передаются образцу свободно падающим грузом. Машина предоставляет возможность с максимальной точностью определить усилие, при котором начинается хрупкое разрушение. Оборудование управляется электроникой, благодаря чему часть операций автоматизирована, снимающий показания сенсор вмонтирован в тело воздействия. Для визуализации лабораторного процесса устройство оснащено экраном.
- Портативный твердомер. Мобильное устройство разработано для определения твердости стройматериалов и конструкций давящим усилиям непосредственно на объектах.
Ко всем испытательным машинам марки "ГОСТ" подключается БСПД – созданный инженерами компании блок, который собирает результаты исследований, преобразует и транспортирует информацию в ПК лаборанта. Модуль обеспечивает интеграцию запатентованного программного обеспечения "ГОСТ-ТЕСТ" с электроникой аппаратов. ПО автоматически определяет интервал нагрузок, интенсивность перемещения подвижные частей оборудования, пределы деформации в соответствии с принятой в РФ нормативной документацией.
В выборе испытательной техники и сопутствующих атрибутов для тестирования стойкости материалов к продавливанию готовы помочь компетентные консультанты компании "ГОСТ".
Понятие усталости.
С течением времени в металле накапливаются отрицательные остаточные явления, которые постепенно повышают его напряженное состояние. При достижении значения, превышающего предел прочности металл разрушается.
Усталость металла характеризуется непрерывным продолжительным воздействием на него статической нагрузки (статическая усталость). При этом виде усталости накопление отрицательных остаточных нагрузок происходит длительное время и металлические изделия служат долго.
Противоположный результат вызывает воздействие на металл динамических (удар, вибрация, знакопеременные нагружения) нагрузок. В этих условиях усталость наступает в короткие сроки.
Рассмотрим воздействие на металл динамической нагрузки, как наиболее часто встречающейся в окружении человека. (Действительно, в спокойно стоящем металлическом заборе тоже накапливаются отрицательные остаточные явления и наступит время, когда он разрушится от усталости. Но когда это произойдет? Совсем другая картина наблюдается в движущихся металлических деталях, например, различных валах, осях, шестернях и т. д.).
При воздействии динамических нагрузок усталость металла подразделяется на три основных класса:
- Одноцикловая;
- Малоцикловая;
- Многоцикловая.
Одноцикловая усталость – состояние, когда воздействует одноразовая нагрузка, которая равна или превышает предел прочности металла.
Малоцикловая усталость возникает при приложении нагрузки равной или немного превышающей предел прочности, а количество циклов не превышает 10000.
Многоцикловая усталость вызывает разрушение металла под воздействием нагрузки, превышающей предел прочности. Количество циклов – более 10000.
Малоцикловая усталость металла.
Возникает при знакопеременных приложениях нагрузки (растяжение-сжатие, изменение направления вращения). Вызывает разрушение металла.
Физическая сущность усталости металла заключается в изменении его кристаллической решетки в результате воздействия нагрузки. Процесс накопления измененных кристаллов приводит к образованию микротрещины, которая (опять же со временем) начинает разрастаться. Процесс длится до тех пор, пока трещина не примет размеры, вызывающие разрушение.
Усталостные трещины от поверхности детали постепенно проникают вглубь, ослабляя сечение и в конечном итоге вызывают разрушение.
Для определения ресурса службы детали проводятся ее многочисленные испытания. В данной статье рассмотрим испытание на малоцикловую усталость материала.
Испытание на малоцикловую усталость металла.
Испытание проводится согласно требованиям ГОСТ 25.502-79.
Подготовка образцов.
Для испытания подготавливаются образцы четырех типов:
Рабочая часть образцов должна соответствовать по точности не ниже 7-го квалитета, а параметр шероховатости лежать в пределах 0,32-0,16 мкм.
Размеры образцов берутся по данным таблиц 1-4. Рабочую часть измеряют с точностью до 0,01 мм. В намеченной серии испытаний должно быть не менее 10 образцов.
Испытательная аппаратура.
Испытательные машины подбираются так, чтобы была возможность обеспечивать нагружение образца по определенным параметрам. Погрешность измерений не должна превышать ± 3 % измеряемой величины. При испытании должно обеспечиваться непрерывное измерение и регистрация процесса деформирования рабочей части образца.
Для определения размеров образцов используются штангенциркули и микрометры.
Процесс испытания.
Во время испытания допускается мягкое и жесткое нагружение образцов. Испытания проводятся непрерывно до образования трещины, полного разрушения либо до базового числа циклов.
Основным видом испытания считается растяжение-сжатие.
Образец фиксируется в захватах испытательной машины таким образом, чтобы рабочая часть до прижимного устройства имела дополнительную длину, равную двум диаметрам образца.
Верхний уровень частот испытания ограничивается значениями, исключающими саморазогрев образца свыше 100 °C.
При включении испытательной машины результаты испытания фиксируются с дисплея машины или ее измерительных приборов.
После проведения испытания полученные результаты обрабатываются и заносятся в протокол испытания.
