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鋼の応力-ひずみ特性

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鋼は、鉄合金炭素とクロム、マンガン、ニッケルなどの他の要素の一般的な用語です。

組成と処理方法のバリエーションは、車、ブリッジ、およびほぼ無限の可能な用途のいくつかだけの名前の高層ビルの建設のためのプロパティを調整できます。

安全な建物や構造物を設計するとき、ロードする鋼の応答を理解することは重要です。材料特性をモデル化するための 1 つの基本的なツールは、応力-ひずみ曲線です。

一軸引張試験土木工学アプリケーションで引張強さのそれぞれ低と高の制限を表す熱間圧延軟鋼とハードの冷延鋼板の弾性と非弾性挙動を調べるため使用します。

応力は、力をそれが適用される地域で割った値として定義されます。株は初期の長さで割った値の長さの変化です。応力-ひずみ曲線は、鋼に応答するような材料が力を適用する方法を示すことによって材料の弾性・非弾性特性をについて説明します。

一軸引張試験は、応力と歪みを勉強のため通常使用されます。このテストでマシンはゆっくり大きいと大きい力でサンプルの端を引っ張るし、結果の伸びを測定します。金属の引張試験は、ASTM E8 型および報告する標本、機器の種類、データのサイズを定義するによって記述されます。

応力-ひずみ曲線は、テストの下の材料の多くのプロパティを明らかにします。その中で、弾性係数 (変形が負荷に比例した初期のリニア領域の勾配)、弾力性 (永久変形せずエネルギーを吸収する材料の能力を測定する線形領域の下の領域) の弾性係数比例限度 (直線性から逸脱点曲線の応力)、降伏点 (ここストレスと歪み突然減少または変更)、および収量高原 (変形増加応力を増加させることがなくも急速に)。

鋼は延性材料であります。延性は、障害初期の長さで割った値で長さの変化として定義されます。靭性は、骨折前にエネルギーを吸収する材料の能力です。

今では我々 はいくつかの材料の基本的な特性を理解し、研究室での応力・ひずみを測定し、これらの 2 つの数量の関係を調べる方法を見てみましょう。

鋼、軽度、熱間圧延、A36 などと 1 つのハードと冷延圧延、C1018 などの 2 種類の円筒試験片を入手します。

キャリパーを使用して、試験片の中央付近にいくつかの場所で直径を測定します。インチの最も近い第二千にこれらの測定を行います。

次に、供試体をしっかりと保持します。約 2 インチのゲージの長さをスクライブします。オフにマークを作るが、非常に浅いを避けるためには、破壊につながることが応力集中を作成します。実際測定インチの最も近い第二千にゲージの長さをマークします。

最後に、ひずみゲージをインストールします。供試体は、テストの準備ができました。

我々 は、試験片の引張特性を測定するのにテスト マシン、または UTM、ユニバーサルを使用します。試験機をオンにし、ソフトウェアを初期化します。適切なグラフを設定し、データ集録パラメーターは ASTM E8 プロトコルと互換性のあるテストの手順を選択します。

設定ひずみ速度 5% に低ひずみゼロ、高緊張範囲 5% より大きいそれぞれ。これらは、最初の読み込みのための分あたり 0.05 インチと 5% 歪みの後毎分 0.5 インチに近いする必要があります。供試体障害の前にそれを削除する伸縮計で 5% 歪みでマシンを停止するなど、ソフトウェアの追加のアクションを設定します。

手動で上げる、クロスヘッド標本の全長は、上部と下部のグリップの間に容易に適合。慎重にグリップの深さの約 80% にトップのグリップに試料を挿入します。トップのグリップ内部供試体、試料の落下を防ぐために少し締めます。トップのクロスヘッドをゆっくりと下ろします。試料が下部のグリップの深さの約 80% 以内で、下部のグリップ内の試料の配置を開始します。供試体は、完全に開いた下のグリップ部に浮かぶべきであります。テスト中に、滑り発生しませんようにグリップを標本に側圧を適用されます。注金融引き締めのプロセスには、供試体の小さな軸力が導入されています。

ソフトウェアを使用すると、この力を補正し、その値を記録するのにプリロードを課します。製造元の指示に従って検体を安全に電子伸縮計を取り付けます。伸縮計のブレードは、試料のほぼ中央する必要があります。ひずみゲージを使用している場合は、それを接続します。

試験片に引張荷重を適用することによって、テストを開始します。コンピューターのディスプレイの応用負荷のライブ読書を観察します。グリップをすり抜けていない供試体の確認、測定負荷が直線的に増加していることを確認します。いつかサンプル失敗の前に、ソフトウェアが自動的にテストを一時停止します。テスト コンピューターでサンプルを残すし、伸縮計を削除します。失敗するまで引張荷重を適用するを再開します。最大負荷に達する、測定荷重は減少し始めます。この時点で、供試体は、首を開始します。延性引き裂きを通してこのハイネック地域で最終破断が発生します。

テストが終了した後、クロスヘッドを上げるトップ グリップを緩める、それから供試体の破片を削除します。下部のグリップを緩めるし、他の供試体の半分を削除します。最大引張荷重時の値を記録します。記録されたデータは、応力-ひずみ曲線を保存します。

慎重に一緒に破断端を合わせて、インチの最も近い第二千にゲージ マーク間の距離を測定します。最後のゲージの長さを記録します。最後に、インチの最も近い第二千に最小断面試験片の直径を測定します。

材料特性を決定するには、まずそれぞれ A36 穏やかな熱間圧延鋼のデータおよび C1018 ハード冷延鋼板のデータを見てを取る。

今最後のゲージと最初のゲージの長さを知ること、各供試体のパーセントの伸びを計算します。最後の直径と供試体の最初の直径を使用して、各供試体の面積の削減を計算します。結果表でこれらの値を記録します。

次に、実験的応力-ひずみ曲線を使用して他の材料パラメーターを計算します。2 つの標本のこれらの曲線の迅速な比較は、その非常に異なる弾性と非弾性挙動を示しています。くらい大きいひずみ応力の低レベルから A36 鋼鉄は柔らかく、C1018 鋼よりもはるかに多く延性。

A36 鋼鉄ストレス障害では 1 平方インチあたり 36.0 キロポンドの公称値を大幅に上の平方インチあたり約 58.6 キロポンドです。最大応力は約 20% のひずみで平方インチあたり約 86.6 キロポンドです。

この拡大のプロットは、平方インチ、1 平方インチあたり約 56.8 キロポンドで低降伏点あたり約 58.6 キロポンドで上向きの降伏を示しています。収量高原の始まりはこちら表示も。ひずみゲージのデータは、1 平方インチあたり約 29,393 キロポンドのヤング率として定義されている斜面で A36 鋼の線形弾性領域を明らかにします。この結果は非常に 1 平方インチあたり 29,000 キロポンドの公称値に近いです。

データが直線性から外れた時点で、比例限度は 1 平方インチあたり約 55.58 キロポンドを判断できます。比較、その応力-ひずみ曲線の非線形性に起因は、C1018 鋼は、非常に低い比例限度を持っています。

最大 5% のひずみを伸縮カバーから結果に。A36 鋼鉄のデータは、曲線が約 2.7% のひずみで再び上昇プラスチック高原とひずみ硬化の始まりを示しています。対照的に、C1018 は明確な降伏の高原ではありません。

次の表に 2 つの鋼のサンプルのテスト結果を集約することでデータ解析を終了します。

熱間圧延軟鋼の伸びは 25 ~ 40% の範囲内です。対照的に、ハード冷延鋼板の伸びは、この半分の量です。パーセントの伸びはマテリアル ゲージ印の間の長さの平均値が、ほぼすべての変形は、破壊点の周りの小さな地域にローカライズします。その結果、局所の歪みは、平均よりもはるかに大きいかもしれない。

2 つの標本の身体検査は、彼らは失敗すると、その応力-ひずみ曲線の違いに対応する方法で大きな違いを示してください。

A36 鋼は、素材段階の最終的な変形とより伸びが非常にマイルドで、延性金属を示す、低応力の間に縁で引き出さ破面を持っています。

対照的に、C1018 鋼材が突然破壊に対応する、フラット破面とあまり伸びははるかに高い応力、低延性、高強度の特性。

応力とひずみの関係の観点から鋼のいくつかの一般的なアプリケーションを見てみましょう。

土木技術者は、今後の構造設計を向上させるために橋や建物の構造の崩壊を分析します。このプロセスは私はり多層建築物を圧延、溶接、鋼のようなコンポーネントにつながって深い-私-プレートガーダー橋、及び高強度ボルト ・ ファスナーのため。指定した強度と延性、頻繁に最初の応力-ひずみ曲線の検討を通して理解鋼のさまざまな種類が必要です。

エンジニアでは、材料の応力-ひずみ特性を使用して、安全な自動車を行います。強度と靱性フレームとそれがどのように衝撃力に対して変形を知って、エンジニアは、自動車の衝突時のエネルギーを吸収し、衝突を存続のチャンスを高めるボディをデザインできます。

鋼の応力-ひずみ特性のゼウスの概要を見てきただけ。

金属材料の引張特性を求めるための一軸引張試験を実行する方法、および一般的な鋼の応力-ひずみ曲線を分析する方法を今すぐ知るべきであります。

見てくれてありがとう!

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