Что такое испытание на растяжение: методы, виды и анализ данных

Испытание на растяжение является одним из видов механических испытаний. Это самый простой и наиболее часто используемый метод испытаний для определения свойств материала. Осуществляется путем определения нагрузки, которая необходима для деформации материала до точки разрушения. Эти значения нагрузки помогают инженерам и проектировщикам измерять механические свойства материала. Он используется для прогнозирования качества материала и определения поведения материалов в различных условиях нагрузки во время применения. В этой статье будут подробно описаны метод тестирования, оборудование и установка для проведения экспериментов, а также их важность и использование в практической жизни.

Что такое испытание на растяжение?

Испытание на растяжение — это разрушительный метод определения характеристик. Оно проводится с помощью машины для испытания на растяжение. Машина работает, удерживая образец за оба конца и прикладывая нагрузку до тех пор, пока образец не разрушится. Он измеряет прочность образца на растяжение. Чтобы узнать прочность, важно уже знать исходную площадь поперечного сечения образца и скорость деформации. Эта скорость определяет изменение длины образца после приложения нагрузки. Методом испытаний могут быть гидравлические испытания или электротехнические испытания. Их машина содержит захваты для образцов, удерживающие материал, траверсу для перемещения и приложения силы, а также систему сбора данных для регистрации параметров испытаний.

В чем заключается принцип испытаний на растяжение?

Испытание на растяжение используется для количественной оценки и оценки свойств материала. Реакция на приложение нагрузки, а также определение ее способности и неспособности выдерживать приложение нагрузки с определенным интервалом времени являются критериями испытаний на растяжение. Испытание используется для определения свойств образца при растяжении. Деформация, полученная в результате испытаний, используется для измерения пластичности и хрупкости материала. Это также помогает определить предел прочности, предел упругости, предел текучести, модуль упругости и ударную вязкость.

Сколько существует типов испытаний на растяжение?

Испытание на растяжение чаще всего проводится двумя способами:

1. Гидравлические испытания на растяжение

В машине для испытаний на растяжение применяется гидравлическая система для приложения нагрузки. В этом методе испытаний используется поршень одинарного или двойного действия, который работает по закону Паскаля при приложении нагрузки к образцу. В гидравлической системе используется электрический сервоклапан для регулировки движения гидравлической жидкости. Регулировка также регулирует скорость загрузки. Этот тип метода испытаний на растяжение можно проводить на металлах и композитах.

2. Электромеханические испытания на растяжение.

В электромеханическом методе испытаний используется двигатель с переменной скоростью для приложения нагрузки для регистрации прочности на растяжение. Двигатель прикреплен к 4 винтам, которые перемещают траверсу с помощью редуктора. Скорость двигателя регулируется микропроцессором, который регулирует скорость в соответствии с требованиями. Этот метод тестирования можно применять к полимерам, композитам и текстильным материалам.

Цель испытаний на растяжение

Механические свойства и поведение любого материала при различных условиях нагрузки определяются испытаниями на растяжение. Это важная особенность при выборе материала и конструкции для многих применений. Тест на растяжку. Это основное требование для знания механических характеристик. Для выбора конструкции конструкторы должны знать механические свойства образца.

Настройка и выполнение теста

Испытание на растяжение проводится путем помещения образца в испытательную машину. Перед испытанием необходимо знать исходное поперечное сечение образца. Захваты машины тянут образец с обоих концов с заданной скоростью до тех пор, пока образец не разрушится. Результат испытания используется для определения прочности на разрыв. Помимо этого, также можно получить модуль упругости или модуль Юнга, предел текучести и разрушение при растяжении. Вместо испытания на растяжение также можно провести испытание на сжатие. Для тестирования сжатия эксперименты проводятся по одной и той же схеме. Разница заключается в том, что направление приложения нагрузки противоположное и имеются разные захваты для удержания образца.

Что такое стандарт ASTM для испытаний на растяжение?

Стандарт ASTM E8 и E8M предназначен для одноосных испытаний металлов при комнатной температуре. Этот стандарт ASTM определяет свойства на растяжение, предел текучести, предел прочности на разрыв. Это также определяет удлинение, деформацию при разрушении и уменьшение поперечного сечения образца. ASTM D638 предназначен для определения свойств полимеров и пластмасс на растяжение. Другими стандартами ASTM для испытаний на растяжение различных материалов являются ASTM-D76, ASTM-D412, ASTM-D828, ASTM-D1876.

Дополнительные соображения при испытаниях на растяжение

3D-печатные материалы должны пройти испытания на растяжение, чтобы узнать механические свойства. Детали, напечатанные на 3D-принтере, обладают анизотропными свойствами, и важно провести обширные испытания, чтобы определить их характеристики растяжения. Свойства растяжения материалов, напечатанных на 3D-принтере, важны для определения пригодности материала для различных применений. Важно знать, насколько прочный материал и какие элементы способствуют его жесткости, чтобы выдерживать нагрузки во время применения.

Пропорциональность образца

Пропорциональность образца важна, когда расчетная длина имеет прямую связь с исходным поперечным сечением. Для выражения их зависимости используется формула:

Где L0 — расчетная длина. A0 — исходное сечение, а k — константа. Значение константы различно в каждом стандарте. В спецификациях EN указано 5.65. тогда как в нормах ASME это выражается как 5.
Утверждение процедуры сварки

Испытания на растяжение обычно используются в процессе утверждения процедур сварки. Это помогает обеспечить качество и целостность сварных швов. Стандарты испытаний процедуры сварки для испытаний на растяжение указаны в ISO-15614 и ASME-IX. Эти стандарты определяют прочность сварных швов и определяют необходимые стандарты, которым необходимо соответствовать в процессах сварки.

Комплексный обзор механических испытаний

Основная цель механических испытаний — обеспечить безопасность конечной конструкции. Важно соответствовать требуемым стандартам в конкретной среде. Таким образом, необходимо создать такую ​​же среду тестирования, чтобы знать поведение материала в реальной рабочей среде. Механические испытания являются важной частью производственных процессов. Механические испытания могут варьироваться в зависимости от требований к окончательной конструкции.

Виды механических испытаний

Механические испытания, такие как испытание на растяжение для определения свойств образца на растяжение, испытание с V-образным надрезом по Шарпи для определения прочности образца, испытание на твердость образца и испытание на усталость для определения способности образца выдерживать циклическую нагрузку.

Один тест может предоставить разнообразную информацию о материале. например, испытание на растяжение может дать данные о предельном пределе прочности, пределе текучести, модуле упругости или модуле Юнга, свойствах растяжения и многом другом.

Одно механическое свойство можно определить с помощью различных испытаний, таких как ударная вязкость, которую можно определить с помощью теста Шарпи с v-образным надрезом и теста Изода. Для определения твердости можно провести испытания по Виккерсу, Бринеллю и Роквеллу. Выбор метода зависит от производственного процесса и стандартных требований к конструкции.

Значение механических испытаний

Механические испытания важны по разным причинам. Он предоставляет информацию о долговечности, безопасности и производительности конструкции. Наличие какого-либо дефекта, изъяна или слабости в конструкции, которые могут привести к предшествующему отказу, можно определить на начальном этапе.

Типы материалов при испытаниях на растяжение

При испытании на растяжение можно испытывать различные материалы. Это как:

1.Металлы.

Наиболее легкими и простыми для механических испытаний являются металлы. Существует множество свойств, которые можно определить, таких как предел текучести, модуль упругости или модуль Юнга и другие свойства на растяжение.

2.Керамика

Керамика – хрупкий материал. Обычно образец берут в форме «собачьей кости» и подвергают тестированию. Их тестирование сложно, и обычно они не проверяются из-за их твердости. Это означает, что им сложно создать необходимую форму и удерживать ее в машине до выхода из строя.

3.Полимеры

Механические испытания проводятся для определения эластичности или хрупкости полимера. Хрупкий полимер не имеет предела текучести. Поэтому для определения предела текучести полимеров подается деформация 0.5%.

4. текстиль

Текстиль – это любой материал на основе волокон. Тестирование текстиля соответствует различным стандартам ASTM в зависимости от типа материала. Текстильные изделия тестируются на устойчивость к разрыву и на способность к включению в композит, например армированный волокном материал.

5.Композиты

Композиты тестируются для определения таких условий, как одиночная или прядная нить, однонаправленные или разнонаправленные ламинаты, а также ламинаты, скрепленные болтами или склеенные. Анизотропные композиты тестируются на определение ориентационных свойств.

Материалы для испытаний на растяжение

Различные типы материалов могут подвергаться испытанию на растяжение. Испытание на растяжение показывает такие свойства, как предел прочности, предел текучести, модуль упругости и т. д.

Свойства металлов при испытаниях на растяжение

Свойства различных металлов при растяжении таковы:

Металлические образцы при испытании на растяжение

• Полосу образца разрезают шириной 25 мм и необходимой длины.
• Образцы маркируются таким образом, чтобы после зажима образца расстояние между захватом машины составляло 100 мм.
• Расстояние должно составлять 25 мм от обоих концов образца и иметь одинаковый зажим с обоих концов.
• Далее следуют стандарты ASTM-E8 и ASTM-D638 для металлов и полимеров соответственно.

Анализ кривой напряжения-деформации

Кривая напряжения-деформации представляет собой график материала, показывающий изменение длины при приложении нагрузки. Эта кривая показывает диапазон свойств материала от упругой до пластической деформации. Данные включают модуль Юнга, предел текучести, предел прочности и вязкость разрушения образца.

Подробный процесс испытаний на растяжение

Настройка испытания на растяжение

Испытание на растяжение проводится на разрывной машине, известной как универсальный тестер на растяжение. Тестер имеет различные размеры и допустимую нагрузку. Это разнообразие помогает определить различные типы измерений для разных материалов. Образцы готовятся по стандартам ASTM-E8 или ASTM-D638 в форме «собачьей кости».

Проведение теста

Испытание проводится путем помещения образца в испытательную машину. Машина захватывает образец с обоих концов на заданном расстоянии и медленно тянет его в длину. Вытягивание продолжается до тех пор, пока образец не разрушится. Машина предоставляет данные в виде кривой изменения длины и приложенной нагрузки. Нагрузка преобразуется в напряжение. А изменение длины преобразуется в деформацию для построения кривой растяжения-деформации.

Анализ и интерпретация данных

Результаты, полученные при испытаниях на растяжение, содержат ценную информацию о свойствах материала. Свойства растяжения можно легко определить путем интерпретации результатов различных формул модуля Юнга, пластичности или удлинения. Результаты имеют важную фазу разрушения образца, от которой зависят многие свойства.

Рекомендации по эффективному испытанию на растяжение

Испытание на растяжение может быть сложной задачей. Перед проведением теста необходимо учесть несколько соображений:

• Температура тестирования:

Металлы ведут себя по-разному в разных температурных диапазонах. Низкая температура раскрывает хрупкую природу металлов. Высокая температура показывает пластичность металлов. Испытания, проведенные при комнатной температуре, дали разные результаты свойств металлов.

• Легирующий состав:

Сплав именно с растворенным элементом оказывает большое влияние на механические свойства. например, если углерод вводится в железо, он увеличивает прочностные свойства сплава, чем чистое железо. Точно так же состав легирующего материала влияет на пластичность, предел текучести, вязкость разрушения.

• Механическая и термическая обработка:

Термическая обработка или наклейка могут изменить микроструктурные свойства материала. Эти изменения могут радикально изменить свойства металлов на растяжение. Перед проведением испытаний на растяжение важно тщательно изучить историю материала.

• Размеры зерна

Механические свойства зависят от размера зерен. Зерна небольшого размера в металлах характеризуются пластичным характером, тогда как хрупкость обычно наблюдается в материалах с крупным размером зерен. Аналогично крупный размер зерна имеет низкую прочность. Размер зерна можно контролировать путем термической обработки.

Заключение

Испытание на растяжение является основной формой механических испытаний. Его выполняют инженеры и ученые, чтобы выявить поведение металла при различных условиях нагрузки. При испытании на растяжение прикладывают силу, растягивая оба конца образца, и измеряют изменение длины. Для проведения испытаний используются универсальные машины для испытания на растяжение. Затем сила преобразуется в напряжение, а изменение поперечного сечения считается деформацией. График напряжения-деформации строится, чтобы узнать модуль упругости, модуль Юнга, предел текучести, предел прочности и вязкость разрушения металла. Стандарты ASTM, используемые для металлов, — ASTM-E8/E8M, а для полимеров — ASTM-D638.