Випробування на вигин

І

випробування на вигин - один з основних і широко поширених видів випробування матеріалів [2] - рекомендується для визначення механічних властивостей крихких і малопластичних при розтягуванні металів (чавунів, інструментальних сталей, литих сталей і сплавів), чутливих до перекосу і спеціальних, що вимагають заходів його запобігання під час випробування на розтяг. Цей метод застосовується для оцінки схильності до крихкого руйнування високоміцних сталей (метод «приладового вигину»), а також при визначенні в'язкості руйнування і чутливості до гострих тріщин. Їм широко користуються в практиці корозійних випробувань і при приймальному контролі матеріалів як технологічної пробій для оцінки пластичності та штампування матеріалу, якості зварювання тощо. Існує два способи випробування на вигин. Чистий (круговий) вигин (рис. 1, а) з навантаженим зразком через жорстку траверсу двома силамиР/2,прикладеними на однакових відстанях (плечах)від опор, при цьому епюра згинальних моментів має форму трапеції, на довжині l згинальний моментМпостійний і дорівнює(Р/2)а. епюра згинальних моментів-трикутник з найбільшим моментомМв середині довжини зразка, рівним(Р/4)1.

Вигин від зосередженої сили більш поширений, проте краще випробування на чистий вигин, що дозволяють надійніше оцінювати механічні властивості матеріалу.

Зразки, що використовуються, являють собою стрижні прямокутного, рідше квадратного або круглого перерізів. Довжина зразка зазвичай на 40—60ммбільша, ніж відстань між опорами, яка для зменшення зминання зразка під опорою задається рівним (10—20)h, де h—висота перерізу або діаметрзразка (зазвичай h = 10-30мм).Ширина зразка прямокутного перерізу повинна бути менше трьох товщин, інакше за межею пружності через стиснення деформації по ширині зразка в ньому створюється двовісний напружений стан. Зразки з чавунних виливків, як і метод їхнього випробування на вигин у цілому, регламентовані ГОСТом 2055-43.

* (ГОСТ 14019-68. Проба на загин у холодному та гарячому стані;

ГОСТ 14019-68. Проба на загартовування загином; ОСТ 1685. Проба на зварюваність загином; ГОСТ 13813-68. Проба на перегин; ГОСТ 3728-66. Труби. Метод випробування на загин;

ГОСТ 1579-63. Дріт. Випробування на перегин).

Випробування на вигин проводяться на універсальних машинах, які мають спеціальні пристрої у вигляді траверс із укріпленими на них опорами та натискними клинами для передачі навантаження на зразок. Для зменшення тертя опори виконуються як роликопідшипників.

При випробуваннях на вигин по силоміра машини відзначають діюче зусилля і перераховують по ньому, як було показано вище, значення згинального моменту; прогин зразка вимірюють зазвичай у середині прольоту, у перерізі з найбільшим прогином, діаграмними апаратами, якими забезпечені машини типу ІМ, прес Гагаріна тощо або за допомогою індикаторних і стрілочних тензометрів. Вихідною кривою при згинанні служить діаграма «навантаження-прогин» (рис. 2). При використанні дротяних тензодатчиків опору, що наклеюються на зразок, вимірюють подовження

,

яке перераховують на прогин: для чистого вигину

; для вигину зосередженою силою. При чистому згині в поперечних перерізах прямокутних зразків на довжині виникають тільки нормальні напруги, найбільші біля поверхні (рис. 3, а). Для досить вузького зразка можна вважати, що матеріалзнаходиться в одновісному напруженому стані.

У широких зразках (

) виникає двовісний напружений стан: поперечні деформації утруднені тим більше (це відноситься як до чистого згину, так і згину зосередженою силою), чим ширший зразок. При згинанні зосередженою силою крім згинальних моментів, що викликають нормальні напруги, виникають сили Q, що перерізують, і відповідні їм дотичні напруги, які діють попарно в перерізах, паралельних і перпендикулярних осі зразка.

Дотичні напруги досягають максимуму в центрі зразка (див. рис. 3, б), де нормальні дорівнюють нулю. Дотичні напруги можуть істотно впливати на міцність і жорсткість при вигині лише у разі короткого зразка, коли

, де h і l - висота і довжина зразка.

Результати випробувань зразків на вигин подаються у вигляді діаграм вигину в координатах

«згинальне зусилля-стріла прогину», за якими визначаються межі пропорційності

,

пружності

, плинностіі міцності. За формулами пружного вигину можуть бути визначені,і для будь-яких і межа міцності— для крихких матеріалів:- для випадку згину зосередженою силою і, де Р – навантаження; W – момент опору;

l - відстань між опорами абоа -між точками докладання навантажень (див. рис. 1). Значення опору малим пружно-пластичним деформаціям (

,,) визначаються з тими самими допусками на залишкову деформацію, що і при розтягуванні.

Для визначення напруг при значних пластичних деформаціях (наприклад,

) ці формули непридатні, тим більше, що багато пластичних матеріалів при згині не руйнуються.

Відмінною особливістювипробувань на вигин, як і на кручення, є нерівномірний розподіл напруг за перерізом зразка. Внаслідок цього при згині, так само як і при крученні, розрізняють два види межі плинності [5]: номінальний, що розраховується за формулами пружного вигину в припущенні лінійного розподілу напруг по перерізу аж до досягнення крайніми розтягнутими волокнами заданого допуску на залишкове подовження при визначенні межі і реальний, що враховує дійсний розподіл напруг з перерізу зразка при згині і визначається як істинна напруга, при якому в крайніх волокнах зразка виникає залишкова деформація, що дорівнює за величиною заданого умовного допуску. Зазвичай щодо меж текучості при згині, як і при розтягуванні, приймається допуск на залишкове подовження, рівний 0,2%.

Номінальна межа плинності при згинанні, значення якого використовується в інженерних розрахунках, для більшості металевих матеріалів приблизно на 20% перевищує межу плинності при розтягуванні.

Реальна межа плинності, що використовується зазвичай в дослідницьких цілях, наприклад, для зіставлення опору малим пружно-пластичним деформаціям при різних видах навантаження, рекомендується визначати при випробуванні прямокутного зразка на чистий вигин графічно по діаграмі «найбільше нормальне напруження - на отриманої послідовним перерахунком з діаграм «згинання зусилля — прогин» і «згинальний момент — подовження»:

;. Найбільшу нормальну напругу знаходять за формулою [3], де- кут нахилу дотичної до пружної лінії зігнутого зразка ().

Похідна

- дотична до кривоївизначається графічно за допомогою дзеркальної лінійки (див. стор.44). За кривою Smax=f(е) при допуску на=0,2% знаходять справжню межу плинності при згинанні, значення якого, як показав експеримент [б], збігається з межею плинності при розтягуванні, що вказує на відсутність впливу неоднорідності розподілу напруг (є при вигині і відсутня при розтягуванні) на реальну межу плинності.

Вигин широких зразків, головним чином із сталевих листів, був запропонований як метод оцінки їх схильності до тендітного руйнування[7].Зразок з співвідношеннями розмірів

,,

(b u h ширина товщина зразка; l - відстань між опорами; R-радіус навантажуючого клина) навантажується зосередженою силою; при цьому створюється сором деформації по ширині зразка і таким чином - двовісний напружений стан. При випробуванні необхідний запис діаграми в координатах «зусилля-стріла прогину», оскільки основний критерій оцінки схильності до крихкої руйнації (так званий «бендтест, параметр») визначається з діаграми як різницю максимального та критичного навантажень або, точніше, як різницю напруг, що відповідають цим навантаженням. Зменшення різниці (

) свідчить про збільшення схильності до тендітного руйнування.

---