meetoditega, sealhulgas tutvuda: 1. metallide, plastide, komposiitmaterjalide katsetamisega tõmbele, analüüsida tõmbediagrammi ning määrata selle põhjal tugevus- ja plastsusnäitajad. Võrrelda erinevaid katsetatavaid materjale ning määrata nende võimalik kasutusala; 2. polümeersete omadustega materjalide katsetamisega survele ja võrrelda nende surve- ning tõmbetugevust; 3. metalsete omadustega materjalide katsetamisega löökpaindele, selgitada välja pingekontsentraatori ning katsetustemperatuuri mõju löögitugevusele. Kasutatud töövahendid: Kalkulaator, tõmbe- ja löökpaindeteim Katsetulemused: Praktikum mehaanilised omadused löögisitkuskatse katseandmete tabel Materjal Soone tüüp Purustustöö KU Katse temperatuur või KV, J Termotöödeldud V-soon 132 J Toatemperatuur teras c30 Termotöötlemata V-soon 300 J ei suutnud Toatemperatuur
määramise meetoditega, sealhulgas tutvuda 1. metallide, plastide, komposiitmaterjalide katsetamisega tõmbele, analüüsida tõmbediagrammi ning määrata selle põhjal tugevus- ja plastsusnäitajad. Võrrelda erinevaid katsetatavaid materjale ning määrata nende võimalik kasutusala; 2. polümeersete omadustega materjalide katsetamisega survele ja võrrelda nende surve- ning tõmbetugevust; 3. metalsete omadustega materjalide katsetamisega löökpaindele, selgitada välja pingekontsentraatori ning katsetustemperatuuri mõju löögitugevusele. Katse- ja arvutustulemused ja nende analüüs. Löökpaindeteim: Terase S355 purustamiseks toatemperatuuril kulus 208,59J, aga -50 kraadi juures 166,39J. Terase 45 purustamiseks toatemperatuuril kulus 8,72J, aga -50 kraadi juures 2,55J. Asjakohased järeldused tehtud töö kohta. Antud materjalidest(tabelis) torkab silma märgatavalt suuremate arvuliste väärtustega teras C60E
k on älve samatelg ve samatelg Siduri samatel sed sed eripära gsed NB! Võlli läbimõõt (võlli ja rummu läbimõõt), määrata tugevustingimusest väändele! Tuleb arvesse võtta ka pingekontsentraatori (liistu) mõju! Varutegur [S] =3. Võllide materjal on teras C45 (σТ = ReH = 370 MPa). Analüüsida, millised masinad võiksid olla ühendatud mootoriga (vastavalt koormuse liigile ja töörežiimile). Mis on pakutud sidurite omadusteks, eelisteks ja puudusteks? Antud: Pöördemoment Mv = 380 Nm Koormuse liik – raske Sidruri eripära – radiaalhälve Varutegur [S] = 3
1 Tallinn 2011 Töö eesmärk : Põhiliste konstruktsioonimaterjalide mehaaniliste omaduste ja nende määramise tutvumine. 1) Metallide, plastide, komposiitmaterjalide tõmbe katsetamine. Võrrelda erinevate materjalide tugevust ja plastsust. 2) Polümeersete omadustega materjali katsetamine survele, surve- ja tõmbetugevuse võrdlus 3) Metalsete omadustega materjalide katsetamine löökpaindele, pingekontsentraatori ning katsetustemperatuuri mõju löögitugevusele. Tõmbeteimi tulemused Materjal Plast Komposiit risti Komposiit piki Teras C60 b (mm) 10 10,3 9,7 20 t (mm) 4 2,9 2,7 3,0 S (mm ) 40 29,87 26,19 60
kus: K; K pinge kontsentratsioonitegur (vastavalt normaalpinge ja nihkepinge korral); max; max kohaliku (kontsentreerunud) pinge suurim väärtus, [Pa]; nom;nom nominaalse (arvutusliku) pinge väärtus selles kohas (ilma pingete kontsentratsiooni arvestamata), [Pa]. Pinge kontsentratsioonitegurite väärtused: · sõltuvad pingekontsentraatori kujust ja mõõtmetest; · sõltuvad materjali omadustest (plastsetele materjalidele K 1, habrastele K > 1); · on seda suuremad, mida järsem on detaili ristlõike (kuju) muutus; · saab arvutada elastsusteooria meetoditega (sel juhul teoreetiline ehk elastne kontsentratsioonitegur); Pingete teoreetiline kontsentratsioonitegur = pinge kontsentreerumise
plastsusnäitajad. Võrrelda erinevaid katsetatavaid materjale ning määrata nende võimalik kasutusala. 2. Polümeersete omadustega materjalide katsetamisega survele ja võrrelda nende surve- ning tõmbetugevust. 3. Metalsete omadustega materjalide katsetamisega löökpaindele, selgitada välja pingekontsentraatori ning katsetustemperatuuri mõju lõõgitugevusele. 2.Tugevusnäitajate määramine tõmbele. Katsetulemuste tabel t Rm Rp E Rm/ b S0 L0 Fmax Fp L1 A Kasutu Materjal m N/mm N/mm Gp mg/mm Nmm/m
1. metallide, plastide, komposiitmaterjalide katsetamisega tõmbele, analüüsida tõmbediagrammi ning määrata selle põhjal tugevus- ja plastsusnäitajad. Võrrelda erinevaid katsetatavaid maeterjale ning määrata võimalik kasutusala; 2. polümeersete omadustega materjalide katsetamisega survele ja võrrelda nende surve- ning tõmbetugevust; 3. metalsete omadustega materjalide katsetamisega löökpaindele, selgitada välja pingekontsentraatori ning katsetustemperatuuri mõju löögitugevusele. Kasutatud töövahendid: marker nihik teimikud (tõmbeteimikud, löökpaindeteimikud) joonlaud külmkamber tangid tõmbetugevuse katsemasin löögisitkuse katsemasin Katsetulemused: Tõmbetugevuse katsete tulemuste tabel on esitatud viimasel lehel. Löögisitkuse katsete tulemused (KV): KATSE nr. Temperatuur, ºC Löögisitkus, J Purunemine
1. metallide, plastide, komposiitmaterjalide katsetamisega tõmbele, analüüsida tõmbediagrammi ning määrata selle põhjal tugevus ja plastsusnäitajad. Võrrelda erinevaid katsetatavaid materjale ning määrata nende võimalik kasutusala; 2. polümeersete omadustega materjalide katsetamisega survele ja võrrelda nende surve ning tõmbetugevust; 3. metalsete omadustega materjalide katsetamisega löökpaindele, selgitada välja pingekontsentraatori ning katsetustemperatuuri mõju löögitugevusele. Töö selgitav osa Tõmbeteim Tõmbeteim on levinuim viis materjalide tugevus ja plastsusnäitajate määramiseks. See on sobilik paljude konstruktsioonimaterjalide puhul, mille surve ja tugevusnäitajad on sarnased. Samuti on see parim võimalik viis pikikiuga armeeritud komposiitkonstruktsioonimaterjalide tugevusomaduste määramiseks Löökpaindeteim
Kasutanõppejõupooltantudmaterjale: Alltoodud jooniselt 3 saab välja lugeda K väärtused (vertikaalteljel), milleks on · Kui ,siis K = 1,8 · Kui ,siis K = 1,95 Lineaarseinterpoleerimiseskeem: Pingekontsentratsioonitegurstaatikas K - Silindriliseleastmele STAATILISEL paindel Pingekontsentratsioonitegurtsükliliselkoormusel Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILSEL koormusel: q = kontsentratsioonitundlikkuse tegur Kontsentratsioonitudlikkuse tegur: r = pingekontsentraatori kõverusraadius a = Neuber'i konstant Kontsentratsioonitundlikkuse tegur: Pingekontsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel: Pingekontsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel on väärtuselt väiksem, kui pingekontsentratsioonitegur staatilisel koormusel. Tsükliline Staatiline 4.RistlõikeBohtlikepunktidekohalikupingeajalistmuutustnäitavgraafik Kohalik paindepinge amplituudväärtus: Kohalik paindepinge keskväärtus: 5
=4,35 cm ≈ 45 mm Varda jämedama osa läbimõõt ja raadius R D=1,1 d=1,1∗45 ≈ 50 mm R=0,2 ( D−d )=0,2 ( 50−45 )=1 mm Määrata ülemineku B staatika pingekontsentratsiooniteguri K väärtus ning arvutada pingekontsentratsiooniteguri väärtus tsüklilisel koormusel K -1 R 1 Detaili kuju: silinder = =0,022 d 45 Pingekontsentraatori kuju: aste d 45 Tööseisund: paine = =0,9 D 50 K−1=1+q ( K −1 ) Kt - 1,3 (graafikult) q - kontsentratsiooni 1 tundlikkuse tegur q= 1+ √a √a - Neuberi konstant √r
· Kui ,siis K = 1,8 · Kui ,siis K = 1,95 Joonis Pingekontsentratsioonitegur paindel Lineaarse interpoleerimise skeem joonisel 4. Joonis Interpoleerimise skeem Pingekontsentratsioonitegur staatikas K - Silindrilisele astmele STAATILISEL paindel Pingekontsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILSEL koormusel: q = kontsentratsioonitundlikkuse tegur Kontsentratsioonitudlikkuse tegur: r = pingekontsentraatori kõverusraadius a = Neuber'i konstant Kontsentratsioonitundlikkuse tegur: Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILISEL koormusel: NB! Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILISEL koormusel on väärtuselt väiksem, kui pingekontsentratsioonitegur STAATILISEL koormusel. Ja nii ongi. 4 Ristlõike B ohtlike punktide kohaliku pinge ajalist muutust näitav graafik Kohalik paindepinge amplituudväärtus: Kohalik paindepinge keskväärtus: 5 Materjali pöördpainde väsimuspiir
mm 2 V V * 0,5 2 33. Nimetage materjali hapra purunemise tunnused. Purunemine toimub kiiresti, ootamatult. Enne purunemist pole deformatsioone näha või siis vähesel määral. 35. Kirjeldage metalli omadus 2000300= 300 MPa, selle nimetus. 37. Mida näitab tegur K1C = c=45 MPa m, selle nimetus? Pinge intensiivsusetegur K1C sõltub metalli plastsest deformatsioonist prao tipus ja sellega näitab prao, kui pingekontsentraatori võimet raadiuse suurenemiseks. 39. Mis omadus on külmhapruse lävi T50, selle määramine? Madaltemperatuursed omadused Sageli võetakse külmhapruseläveks temperatuur T50 s.o temperatuur, kus on pool kiulist ja pool teralise iseloomuga murdepinna osi.
hulk ühe koormusperioodi vältel 15.14. Loetlege ja kirjeldage pingetsükli parameetrid! Tähiste selgitus? 15.15. Kirjeldage tüüpilisi pingetsükleid! reversiiv- ehk sümmeetriline tsükkel m = 0 ühepoolne ehk tuiketsükkel min = 0 üldtsükkel 15.16. Mis on sümmeetriline pingetsükkel? vibratsioon 15.17. Mis on ühepoolne pingetsükkel? Koormus on ühesuunaline ja selle väärtus muutub nullist kuni suurima väärtuseni) 15.18. Loetlege väsimusprao tekkimise võimalikud allikad! Pingekontsentraatori olemasolu, pingetsükliline töö 15.19. Mis on materjali väsimustugevus? materjali vastupanuvõime väsimusprotsessile 15.20. Mis on materjali teoreetiline väsimuspiir? Suurim pinge, mida materjal talub purunemata lõpmatu arvu pingetsüklite vältel 15.21. Mille poolest erineb teoreetiline väsimuspiir praktilisest väsimuspiirist? Pingetsüklite arvu järgi. Teoorias lõpmatu arv, praktikas küllalt suur arv. 15.22. Kuidas määratakse materjali praktiline väsimuspiir? katseliselt 15.23
4 R 7,4 32. r= = =0,08 d 91 33. Pingekontsentratsioonitegur staatikas: D 34. Kui =1,2, siis K 1,78 d D 35. Kui =1,5, siis K 1,85 d 1,4-1,2 36. K t =1,78+ ( 1,85-1,78 )=1,83 1,5-1,2 37. Kontsentratsioonitundlikkuse tegur: 38. Tugevuspiir - Rm = m =¿ 470 MPa 39. Neuber'i konstant - a a=0,5 mm0,5 40. Pingekontsentraatori kõverusraadius - r = 0,08 1 1 1 q= = = =0,36 0,5 2,77 1+ 41. a 1+ r 0,08 42. Pingekontsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel: 43. K-1=1+q ( K -1 )=1+0,36 ( 1,83-1 )=1,298 1,3 44. Pinge ajalist muutust näitav graafik 45. Kohaliku paindepinge amplituudväärtus: 46. Max, a=K -1 max =1,3 74=96,2 96 MPa 47
𝑑 59 Pingekontsentratsioonitegur staatikas: 𝐷 Kui = 1,2, 𝑠𝑖𝑖𝑠 𝐾 ≈ 1,78 𝑑 𝐷 Kui = 1,5, 𝑠𝑖𝑖𝑠 𝐾 ≈ 1,85 𝑑 1,4−1,2033 𝐾𝑡 = 1,78 + ∙ (1,85 − 1,78) = 1,77 1,5−1,2033 Kontsentratsioonitundlikkuse tegur: Tugevuspiir - Rm = 𝜎𝑚 = 470 MPa Neuber’i konstant - √𝑎 √𝑎 = 0,5𝑚𝑚0,5 Pingekontsentraatori kõverusraadius - r = 0,08 1 1 1 𝑞= √𝑎 = 0,5 = = 0,36 1+ 1+ 2,77 √𝑟 √0,08 Pingekontsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel: 𝐾−1 = 1 + 𝑞(𝐾 − 1) = 1 + 0,36(1,77 − 1) = 1,2772 ≈ 1,3 Hindamistabel Lahendi Sisu Illustratsioonid Tähiste Korrektsus Kokku
d D Kui =1,5, siis K ≈1,85 d 1,4−1,2 K t =1,78+ ∙ ( 1,85−1,78 )=1,83 1,5−1,2 3.2 Konsentratsioonitundlikkuse tegur Tugevspiir Rm= σ m =¿ 470 MPa Neuber’I konstatnt = √ a √ a=0,5 mm0,5 (praktikumi slaididel interpoleerimise meetodiga välja arvutatud) Pingekontsentraatori kõverusraadius r = 0,08 1 1 1 q= = = =0,36 0,5 2,77 1+ √ a 1+ √r √ 0,08 3.3 Pingekonsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel K−1=1+q ( K −1 )=1+0,36 ( 1,83−1 )=1,298 ≈ 1,3 4. Ristlõike B ohtlike punktide kohaliku pinge ajalist muutu näitav graafik 4
= 26 = 0.09 D 38 d = 26 = 1.46 Pingekontsentratsioonitegur staatikas: Kui Dd = 1.2, siis K ≈ 1.7 D Kui d = 1.5, siis K ≈ 1.75 1.46 − 1.2 K t = 1.7 + 1.5 − 1.2 * (1.75 − 1.7) ≈ 1.75 Kontsentratsioonitundlikkuse tegur: Tugevuspiir: Rm = σ m = 470 MPa Neuber’i konstant √a = 0.5 mm0.5 Pingekontsentraatori kõverusraadius: r = 0.09 1 1 q= a = = 0.375 1+ √√ 1+ √0,5 R 0.09 Pingekontsentratsioonitegur tsüklilisel koormusel: K −1 = 1 + q (K − 1) = 1 + 0.375 · (1.75 − 1) ≈ 1.28 ≈ 1.3 4. Pingekontsentraatoriga ristlõike B ohtlike punktide kohaliku pinge ajalist muutust näitav graafik Kohaliku paindepinge amplituudväärtus: σ M ax, a = K −1 * σ max = 1.3 * 76
*detaili materjali omadused (plastsed materjalid on väsimusele vastupidavamad) *pingekontsentraatorid (soodustab väsimusprao teket ja arenemist); *detaili absoluutmõõtmed (mõõtmete suurenemisega kasvab ohtlike defektide esinemise tõenäosus ning sellega alaneb detaili väsimustugevus); *pinnakonarused ja defektid (on väsimusprao võimalikeks alguspunktideks) 15.27. Mida näitab efektiivne kontsentratsioonitegur (väsimuse korral)? =pingekontsentraatori mõju arvuline näitaja: 15.28. Mida näitab mastaabitegur (väsimuse korral)? = absoluutmõõtmete mõju arvuline näitaja 15.29. Mida näitab pinnaviimistlustegur (väsimuse korral)? = pinnakareduse mõju arvuline näitaja 15.30. Mida näitab väsimuspiiri alanemise tegur? 15.31. Kuidas saaks detaili vastupanuvõimet väsimusele tõsta? Suurendada varutegurit 15.32. Kuidas avaldub detaili tugevustingimus väsimusohu korral?
hulk ühe koormusperioodi vältel 15.14. Loetlege ja kirjeldage pingetsükli parameetrid! Tähiste selgitus? 15.15. Kirjeldage tüüpilisi pingetsükleid! reversiiv- ehk sümmeetriline tsükkel m = 0 ühepoolne ehk tuiketsükkel min = 0 üldtsükkel 15.16. Mis on sümmeetriline pingetsükkel? vibratsioon 15.17. Mis on ühepoolne pingetsükkel? Koormus on ühesuunaline ja selle väärtus muutub nullist kuni suurima väärtuseni) 15.18. Loetlege väsimusprao tekkimise võimalikud allikad! Pingekontsentraatori olemasolu, pingetsükliline töö 15.19. Mis on materjali väsimustugevus? materjali vastupanuvõime väsimusprotsessile 15.20. Mis on materjali teoreetiline väsimuspiir? Suurim pinge, mida materjal talub purunemata lõpmatu arvu pingetsüklite vältel 15.21. Mille poolest erineb teoreetiline väsimuspiir praktilisest väsimuspiirist? Pingetsüklite arvu järgi. Teoorias lõpmatu arv, praktikas küllalt suur arv. 15.22. Kuidas määratakse materjali praktiline väsimuspiir? katseliselt 15.23
15. Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILISEL koormusel on väärtuselt väiksem, kui pingekontsentratsioonitegur STAATILISEL koormusel. Pange kirja pingekotsentratsiooni arvutamise valemi tsüklilisel koormusel. Kirjutada lahti valemi sümbolid. Millest sõltub Neuber’i konstandi väärtus? K−1=1+q ( K t−1 ) , kus q−kontsentratsioonitundlikkusetegur , K t−staatika pingekontsentratsioonitegur . 1 q= , kus r− pingekontsentraatori kõverusraadius , a−Neuberikonstant 1+ √ a √r Neuberi konstant sõltub materjali tugevuspiirist(MPa) 16. Kui tegemist on kettülekande astmelise võlliga kuidas arvutada: kohalik paindepinge amplituudväärtus? kohalik paindepinge keskväärtus? 17. Millega võrdub kohalik väändepinge amplituudväärtus ja kuidas arvutada kohaliku
teedpidi ja vastav kulgjoon on sirge. Ava kohal peavad kulgjooned mööduma avast, mistõttu nad kuhjuvad ava kõrval ja pinge on suurem. Pingeseisundit kontsentraatorite lähedases piirkonnas võib uurida näiteks numbriliste meetodite abil, milles kogu konstruktsioon jagatakse elementideks ning lahenduse käigus leitakse pinged igas elemendis. Lõplike elementide meetodi abil võib määrata pingeseisundit mistahes keerulise kujuga konstruktsioonis, kaasaarvatud pingekontsentraatori lähedal. Varda painutamine pingekontsetraatori olemasolu. Väljalõike kohal on suured pinged, mis kutsuvad esile prao teket. Arvuliselt iseloomustatakse pingekontsentratsiooni teoreetilise kontsentratsiooniteguriga kus maxϬ on kohaliku pinge suurim väärtus ja Ϭn on nimipinge (nominaalne pinge), mis arvutatakse eeldusel, et pingekontsentratsiooni ei esine.
K Keevisõmbluste i õ bl t kujundamine k j d i (1) Minimeerida detailide ja Vältida õmbluste "kuhjumist" kuhjumist keevisõmbluste hulk Halb lahendus Parem lahendus Halb lahendus Parem lahendus Vältida õmblusi pingekontsentraatori läheduses Halb lahendus Parem lahendus a e lahendus Halb lahendus Parem a e dus Halb lahendus Parem lahendus Priit Põdra 4. Ainesliited 21 K Keevisõmbluste i õ bl t kujundamine k j d i (2) Tagada keevitusprotsessi Vältida nõrgestust tõmbepingete mõjualas
b) Ruumiliste jääkpingete vältimiseks ei tohi lubada õmbluste kuhjumist (a). Tugevdusribidelt lõigata nurgad (b). Konstruktsioonides, mis alluvad a) vahelduvaile koormustele tuleb vältida õmblusi pingekontsentraatori tsoonis (rida a); variantides “b” on õmblused viidud kontsentraatorist eemale. b) b) Tagada elektroodi a) juurdepääs keevituskohta (b); variandil “a” on see
annaabi.ee 
