Механі́чні випро́бування (англ. mechanical testing) — випробування, що проводяться для експериментального визначення кількісних та (чи) якісних механічних характеристик об'єкта випробувань або дослідження його напружено-деформованого стану.
Загальні поняття
Механічні випробування матеріалів необхідні для отримання характеристик їх механічних властивостей, які можна було б використовувати не тільки при розрахунках на міцність деталей машин і споруд, але і при оцінці якості продукції виробників конструкційних матеріалів.
Для оцінки напруженого стану допустимим є застосування тих же гіпотез про будову і властивості матеріалів, які робляться у дисципліні «Опір матеріалів».
Так як умови роботи конструкційних матеріалів є різними, створені відповідно різноманітні види і методи випробувань. При механічних випробуваннях переважно усі спостереження і розрахунки напруженого стану здійснюють у макроскопічних об'ємах. Як виняток, в окремих випадках вдаються і до спостережень у мікрооб'ємах.
При всіх видах механічних випробувань відтворюють за можливості на зразках такі ж зовнішні впливи, яких матеріал зазнає в реальних умовах експлуатації. Характеристики механічних властивостей, що отримують при цьому, переважно, не є абсолютними оскільки у значній мірі залежать від умов проведення випробувань. Це викликає необхідність уніфікації методів механічних випробувань з метою отримання порівнянних даних. Уніфікація методів випробувань реалізується й удосконалюється на рівні державних стандартів та міжнародних рекомендацій.
Класифікація механічних випробувань
Механічні випробування розрізняються за способом навантаження зразків і характером його зміни в часі.
За способом навантаження
Використовують два способи навантаження зразка:
- жорстке — забезпечується шляхом його деформації із заданою швидкістю і вимірюванням сил опору зразка цій деформації;
- м'яке, що реалізується прикладання за заданим законом навантаження до зразка з вимірюванням при цьому деформації, яка виникає.
Перший спосіб використовується практично у всіх різновидах статичних випробувань. Найпоширеніші приклади застосування другого способу навантаження — випробування на повзучість і тривалу міцність.
За характером зміни навантаження у часі
За характером зміни в часі навантаження механічні випробування поділяють на статичні, динамічні, циклічні і технологічні.
Статичне випробування — випробування об'єкта статичним навантажуванням і відрізняється плавною, відносно повільною зміною навантаження зразка і малою швидкістю його деформації, а також такою малою величиною прискорення рухомих частин випробної машини, що силами інерції, які виникають в них можна знехтувати. Під час статичних випробувань можна методом простої статичної рівноваги з достатньою точністю визначати зусилля і деформації, величину роботи при деформуванні у будь-який момент дослідження а також тривалу міцність.
Найважливішими є такі різновиди статичних випробувань, що відрізняються схемою прикладення навантажень до зразка (тобто схемою напруженого стану): одновісне розтягування, одновісне стискування, згинання, кручення, розтягування і згинання зразків з надрізом і тріщиною (плоскі та об'ємні види напруженого стану).
Динамічні випробування — випробування об'єкта динамічним навантажуванням і характеризуються прикладенням до зразка навантажень з різкою зміною їх величини і великою швидкістю деформації. Динамічне навантаження переважно створюють ударом вільно падаючої важкої маси (випробування на удар). У результаті в окремих частинах зразка і випробувальної машини виникають значні сили інерції. Тому для вимірювання зусиль метод статичної рівноваги тут використовувати не можна. У результаті динамічних випробувань визначають величину повної або питомої роботи динамічної деформації, а також величину залишкової деформації зразка (абсолютної або відносної). Даних про величину напружень і деформацій у процесі цих випробувань, як правило, не одержують, хоча у принципі це можливо. Динамічні випробування найчастіше проводять за схемою згину. До динамічних випробувань відносяться також випробування на лінійні сталі прискорення, дію вібрацій (вібраційні випробування) та акустичного шуму.
Циклічні випробування — випробування об'єкта циклічним навантажуванням. Такі випробування, зазвичай, є тривалими (від декількох до сотень годин). За наслідками циклічних випробувань визначають число циклів до руйнування при різних значеннях напружень, а зрештою — границю витривалості — те граничне напруження, яке зразок витримує без руйнування протягом певного числа циклів навантаження. При випробуваннях на втому використовують різні схеми прикладення навантажень до зразка: згинання, розтягування — стискування, кручення.
В умовах циклічних навантажень за схемами триточкового згину або в умовах згасаючих крутильних коливань проводять динамічний механічний аналіз (ДМА) матеріалів у процесі їх старіння з метою визначення зміни у часі комплексного динамічного модуля.
Технологічні випробування — випробування, що провадяться під час виготовлення продукції з метою оцінення її технологічності і проводять для оцінки поведінки матеріалу при обробленні тиском (випробування на згинання, перегин, видавлювання).
Крім розглянутих, розрізняють ще дві специфічні групи випробувань. Перша з них — це випробування на твердість — короткочасні випробування об'єкта навантажуванням, що утворює місцеві контактні напруження, які провадяться з метою визначення характеристик твердості, у яких оцінюють різні характеристики опору проникненню твердішого тіла (індентора) у поверхневий шар зразка. Більшість різновидів випробувань на твердість мають статичний характер.
Друга група — випробування на повзучість і тривалу міцність — тривалі випробування дією на об'єкт сталого напруження за сталої температури, що провадяться з метою визначення характеристик опору повзучості та границі тривалої міцності.
Їх, зазвичай, проводять при підвищених температурах для оцінки характеристик жароміцності. Зразки протягом усього випробування знаходяться під постійним навантаженням. При випробуванні на повзучість вимірюють величину деформації у функції від часу при різних напруженнях на зразку, а в результаті випробувань на тривалу міцність оцінюють час до руйнування під дією різних напружень.
Приведена класифікація демонструє, що методи проведення випробувань є досить різноманітними. До того ж вони можуть проводитись при різних температурах, в різних середовищах, після різних видів термооброблення тощо. Це є закономірним, оскільки віддзеркалює різноманітність умов експлуатації та обробки матеріалів, які намагаються моделювати в умовах випробувань.
Обов'язкові види механічних випробувань
1) на статичне розтягування — для посудин усіх груп;
2) на статичний вигин або сплющування — для посудин усіх груп;
3) на ударний вигин — для посудин, призначених для роботи при тискові більше 5 МПа (50 кгс/см2) або температурі вище 450°С, і посудин, виготовлених із сталей, схильних до підгартовування при зварюванні;
4) на ударний вигин — для посудин 1, 2, 3-ї груп, призначених для роботи при температурі нижче мінус 20 °С.
Випробування на ударний вигин зварних з'єднань проводиться для посудин та їх елементів з товщиною стінки 12 мм і більше при температурі 20 °С.
Із кожного контрольного стикового зварного з'єднання повинні бути вирізані:
1) два зразки для випробування на статичне розтягування;
2) два зразки для випробування на статичний вигин або сплющування;
3) три зразки для випробування на ударний вигин.
Випробування на статичний вигин контрольних стиків трубчатих елементів посудин з умовним проходом труб менше 100 мм і товщиною стінки менше 12 мм можуть бути замінені випробуванням на сплющування.
Механічні випробування зварних з'єднань повинні виконуватись відповідно до вимог державних стандартів.
Тимчасовий опір розриву металу зварних швів при 20 °С повинен відповідати значенням, встановленим в НД на основний метал.
Випробування зварних з'єднань на ударний вигин проводиться на зразках з надрізом по осі шва з боку його розкриття, якщо місце надрізу спеціально не обговорено в технічних умовах, на виготовлення або в інструкції по зварюванню і контролю зварних з'єднань.
Випробування на ударний вигин проводиться на зразках KCU або KCV за вимогою стандарту або ТУ на виготовлення виробу.
Див. також
Примітки
- ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність. Терміни та визначення основних понять.
- ДСТУ 2824-94 Розрахунки та випробування на міцність. Види i методи механічних випробувань. Терміни та визначення.
- ДСТУ EN 10002-1:2006 Матеріали металеві. Випробування на розтяг. Частина 1. Метод випробування за кімнатної температури (EN 10002-1:2001, IDT).
- ДСТУ EN 10002-5:2006 Матеріали металеві. Випробування на розтяг. Частина 5. Метод випробування за підвищених температур (EN 10002-5:1991, IDT).
- ДСТУ ISO 7438:2005 Матеріали металеві. Випробування на згин (ISO 7438:1985, IDT)
- ГОСТ 4648-71 Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб
- ГОСТ 3565-80 Металлы. Метод испытания на кручение.
- ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.
- Meyers and Chawla (1999): "Mechanical Behavior of Materials, " 98-103.
Джерела
- Пчелінцев В. О. Механічні властивості та конструкційна міцність матеріалів [ 17 жовтня 2013 у Wayback Machine.] [Текст]: навч. посіб. / В. О. Пчелінцев, А. І. Дегула. — Суми: СумДУ, 2012. — 247 с. —
- Фридман Я. Б. Механические свойства металлов: в 2 ч. — 3-е изд. — Ч. 2: Механические испытания. Конструкционная прочность. — М.: Машиностроение, 1974. — 368 с.
- ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Mehani chni vipro buvannya angl mechanical testing viprobuvannya sho provodyatsya dlya eksperimentalnogo viznachennya kilkisnih ta chi yakisnih mehanichnih harakteristik ob yekta viprobuvan abo doslidzhennya jogo napruzheno deformovanogo stanu Universalna rozrivna mashina dlya mehanichnih viprobuvan Viprobuvannya na zginZagalni ponyattyaMehanichni viprobuvannya materialiv neobhidni dlya otrimannya harakteristik yih mehanichnih vlastivostej yaki mozhna bulo b vikoristovuvati ne tilki pri rozrahunkah na micnist detalej mashin i sporud ale i pri ocinci yakosti produkciyi virobnikiv konstrukcijnih materialiv Dlya ocinki napruzhenogo stanu dopustimim ye zastosuvannya tih zhe gipotez pro budovu i vlastivosti materialiv yaki roblyatsya u disciplini Opir materialiv Tak yak umovi roboti konstrukcijnih materialiv ye riznimi stvoreni vidpovidno riznomanitni vidi i metodi viprobuvan Pri mehanichnih viprobuvannyah perevazhno usi sposterezhennya i rozrahunki napruzhenogo stanu zdijsnyuyut u makroskopichnih ob yemah Yak vinyatok v okremih vipadkah vdayutsya i do sposterezhen u mikroob yemah Pri vsih vidah mehanichnih viprobuvan vidtvoryuyut za mozhlivosti na zrazkah taki zh zovnishni vplivi yakih material zaznaye v realnih umovah ekspluataciyi Harakteristiki mehanichnih vlastivostej sho otrimuyut pri comu perevazhno ne ye absolyutnimi oskilki u znachnij miri zalezhat vid umov provedennya viprobuvan Ce viklikaye neobhidnist unifikaciyi metodiv mehanichnih viprobuvan z metoyu otrimannya porivnyannih danih Unifikaciya metodiv viprobuvan realizuyetsya j udoskonalyuyetsya na rivni derzhavnih standartiv ta mizhnarodnih rekomendacij Klasifikaciya mehanichnih viprobuvanMehanichni viprobuvannya rozriznyayutsya za sposobom navantazhennya zrazkiv i harakterom jogo zmini v chasi Za sposobom navantazhennya Vikoristovuyut dva sposobi navantazhennya zrazka zhorstke zabezpechuyetsya shlyahom jogo deformaciyi iz zadanoyu shvidkistyu i vimiryuvannyam sil oporu zrazka cij deformaciyi m yake sho realizuyetsya prikladannya za zadanim zakonom navantazhennya do zrazka z vimiryuvannyam pri comu deformaciyi yaka vinikaye Pershij sposib vikoristovuyetsya praktichno u vsih riznovidah statichnih viprobuvan Najposhirenishi prikladi zastosuvannya drugogo sposobu navantazhennya viprobuvannya na povzuchist i trivalu micnist Za harakterom zmini navantazhennya u chasi Za harakterom zmini v chasi navantazhennya mehanichni viprobuvannya podilyayut na statichni dinamichni ciklichni i tehnologichni Statichne viprobuvannya viprobuvannya ob yekta statichnim navantazhuvannyam i vidriznyayetsya plavnoyu vidnosno povilnoyu zminoyu navantazhennya zrazka i maloyu shvidkistyu jogo deformaciyi a takozh takoyu maloyu velichinoyu priskorennya ruhomih chastin viprobnoyi mashini sho silami inerciyi yaki vinikayut v nih mozhna znehtuvati Pid chas statichnih viprobuvan mozhna metodom prostoyi statichnoyi rivnovagi z dostatnoyu tochnistyu viznachati zusillya i deformaciyi velichinu roboti pri deformuvanni u bud yakij moment doslidzhennya a takozh trivalu micnist Najvazhlivishimi ye taki riznovidi statichnih viprobuvan sho vidriznyayutsya shemoyu prikladennya navantazhen do zrazka tobto shemoyu napruzhenogo stanu odnovisne roztyaguvannya odnovisne stiskuvannya zginannya kruchennya roztyaguvannya i zginannya zrazkiv z nadrizom i trishinoyu ploski ta ob yemni vidi napruzhenogo stanu Dinamichni viprobuvannya viprobuvannya ob yekta dinamichnim navantazhuvannyam i harakterizuyutsya prikladennyam do zrazka navantazhen z rizkoyu zminoyu yih velichini i velikoyu shvidkistyu deformaciyi Dinamichne navantazhennya perevazhno stvoryuyut udarom vilno padayuchoyi vazhkoyi masi viprobuvannya na udar U rezultati v okremih chastinah zrazka i viprobuvalnoyi mashini vinikayut znachni sili inerciyi Tomu dlya vimiryuvannya zusil metod statichnoyi rivnovagi tut vikoristovuvati ne mozhna U rezultati dinamichnih viprobuvan viznachayut velichinu povnoyi abo pitomoyi roboti dinamichnoyi deformaciyi a takozh velichinu zalishkovoyi deformaciyi zrazka absolyutnoyi abo vidnosnoyi Danih pro velichinu napruzhen i deformacij u procesi cih viprobuvan yak pravilo ne oderzhuyut hocha u principi ce mozhlivo Dinamichni viprobuvannya najchastishe provodyat za shemoyu zginu Do dinamichnih viprobuvan vidnosyatsya takozh viprobuvannya na linijni stali priskorennya diyu vibracij vibracijni viprobuvannya ta akustichnogo shumu Ciklichni viprobuvannya viprobuvannya ob yekta ciklichnim navantazhuvannyam Taki viprobuvannya zazvichaj ye trivalimi vid dekilkoh do soten godin Za naslidkami ciklichnih viprobuvan viznachayut chislo cikliv do rujnuvannya pri riznih znachennyah napruzhen a zreshtoyu granicyu vitrivalosti te granichne napruzhennya yake zrazok vitrimuye bez rujnuvannya protyagom pevnogo chisla cikliv navantazhennya Pri viprobuvannyah na vtomu vikoristovuyut rizni shemi prikladennya navantazhen do zrazka zginannya roztyaguvannya stiskuvannya kruchennya V umovah ciklichnih navantazhen za shemami tritochkovogo zginu abo v umovah zgasayuchih krutilnih kolivan provodyat dinamichnij mehanichnij analiz DMA materialiv u procesi yih starinnya z metoyu viznachennya zmini u chasi kompleksnogo dinamichnogo modulya Prilad dlya viprobuvannya na tverdist za Rokvellom Tehnologichni viprobuvannya viprobuvannya sho provadyatsya pid chas vigotovlennya produkciyi z metoyu ocinennya yiyi tehnologichnosti i provodyat dlya ocinki povedinki materialu pri obroblenni tiskom viprobuvannya na zginannya peregin vidavlyuvannya Krim rozglyanutih rozriznyayut she dvi specifichni grupi viprobuvan Persha z nih ce viprobuvannya na tverdist korotkochasni viprobuvannya ob yekta navantazhuvannyam sho utvoryuye miscevi kontaktni napruzhennya yaki provadyatsya z metoyu viznachennya harakteristik tverdosti u yakih ocinyuyut rizni harakteristiki oporu proniknennyu tverdishogo tila indentora u poverhnevij shar zrazka Bilshist riznovidiv viprobuvan na tverdist mayut statichnij harakter Druga grupa viprobuvannya na povzuchist i trivalu micnist trivali viprobuvannya diyeyu na ob yekt stalogo napruzhennya za staloyi temperaturi sho provadyatsya z metoyu viznachennya harakteristik oporu povzuchosti ta granici trivaloyi micnosti Yih zazvichaj provodyat pri pidvishenih temperaturah dlya ocinki harakteristik zharomicnosti Zrazki protyagom usogo viprobuvannya znahodyatsya pid postijnim navantazhennyam Pri viprobuvanni na povzuchist vimiryuyut velichinu deformaciyi u funkciyi vid chasu pri riznih napruzhennyah na zrazku a v rezultati viprobuvan na trivalu micnist ocinyuyut chas do rujnuvannya pid diyeyu riznih napruzhen Privedena klasifikaciya demonstruye sho metodi provedennya viprobuvan ye dosit riznomanitnimi Do togo zh voni mozhut provoditis pri riznih temperaturah v riznih seredovishah pislya riznih vidiv termoobroblennya tosho Ce ye zakonomirnim oskilki viddzerkalyuye riznomanitnist umov ekspluataciyi ta obrobki materialiv yaki namagayutsya modelyuvati v umovah viprobuvan Obov yazkovi vidi mehanichnih viprobuvan1 na statichne roztyaguvannya dlya posudin usih grup 2 na statichnij vigin abo splyushuvannya dlya posudin usih grup 3 na udarnij vigin dlya posudin priznachenih dlya roboti pri tiskovi bilshe 5 MPa 50 kgs sm2 abo temperaturi vishe 450 S i posudin vigotovlenih iz stalej shilnih do pidgartovuvannya pri zvaryuvanni 4 na udarnij vigin dlya posudin 1 2 3 yi grup priznachenih dlya roboti pri temperaturi nizhche minus 20 S Viprobuvannya na udarnij vigin zvarnih z yednan provoditsya dlya posudin ta yih elementiv z tovshinoyu stinki 12 mm i bilshe pri temperaturi 20 S Iz kozhnogo kontrolnogo stikovogo zvarnogo z yednannya povinni buti virizani 1 dva zrazki dlya viprobuvannya na statichne roztyaguvannya 2 dva zrazki dlya viprobuvannya na statichnij vigin abo splyushuvannya 3 tri zrazki dlya viprobuvannya na udarnij vigin Viprobuvannya na statichnij vigin kontrolnih stikiv trubchatih elementiv posudin z umovnim prohodom trub menshe 100 mm i tovshinoyu stinki menshe 12 mm mozhut buti zamineni viprobuvannyam na splyushuvannya Mehanichni viprobuvannya zvarnih z yednan povinni vikonuvatis vidpovidno do vimog derzhavnih standartiv Timchasovij opir rozrivu metalu zvarnih shviv pri 20 S povinen vidpovidati znachennyam vstanovlenim v ND na osnovnij metal Viprobuvannya zvarnih z yednan na udarnij vigin provoditsya na zrazkah z nadrizom po osi shva z boku jogo rozkrittya yaksho misce nadrizu specialno ne obgovoreno v tehnichnih umovah na vigotovlennya abo v instrukciyi po zvaryuvannyu i kontrolyu zvarnih z yednan Viprobuvannya na udarnij vigin provoditsya na zrazkah KCU abo KCV za vimogoyu standartu abo TU na vigotovlennya virobu Div takozhRozrivna mashina Viprobuvalnij stendPrimitkiDSTU 2825 94 Rozrahunki ta viprobuvannya na micnist Termini ta viznachennya osnovnih ponyat DSTU 2824 94 Rozrahunki ta viprobuvannya na micnist Vidi i metodi mehanichnih viprobuvan Termini ta viznachennya DSTU EN 10002 1 2006 Materiali metalevi Viprobuvannya na roztyag Chastina 1 Metod viprobuvannya za kimnatnoyi temperaturi EN 10002 1 2001 IDT DSTU EN 10002 5 2006 Materiali metalevi Viprobuvannya na roztyag Chastina 5 Metod viprobuvannya za pidvishenih temperatur EN 10002 5 1991 IDT DSTU ISO 7438 2005 Materiali metalevi Viprobuvannya na zgin ISO 7438 1985 IDT GOST 4648 71 Plastmassy Metod ispytaniya na staticheskij izgib GOST 3565 80 Metally Metod ispytaniya na kruchenie GOST 25 502 79 Raschety i ispytaniya na prochnost v mashinostroenii Metody mehanicheskih ispytanij metallov Metody ispytanij na ustalost Meyers and Chawla 1999 Mechanical Behavior of Materials 98 103 DzherelaPchelincev V O Mehanichni vlastivosti ta konstrukcijna micnist materialiv 17 zhovtnya 2013 u Wayback Machine Tekst navch posib V O Pchelincev A I Degula Sumi SumDU 2012 247 s ISBN 978 966 657 449 0 Fridman Ya B Mehanicheskie svojstva metallov v 2 ch 3 e izd Ch 2 Mehanicheskie ispytaniya Konstrukcionnaya prochnost M Mashinostroenie 1974 368 s GOST 28840 90 Mashiny dlya ispytaniya materialov na rastyazhenie szhatie i izgib Obshie tehnicheskie trebovaniya