Алюминиевые сплавы, Маркировка, структура, свойства.

Алюминий:

Al сплавы можно разделить на 2 вида:

а) Деформируемые (прокаткой, вытяжкой, прессованием);

б) Литейные (методом литья).

Деформируемые сплавы применяют для производства листов прессованных профилей, труб, а также для изготовления деталей ковкой и штамповкой.

Литейные сплавы применяют в машиностроении.

Система или группа	Наименование	Условное обозначение и состояние Al
Al	Технический Алюминий	АД1М
Al-Mn	Al - марганцовые	АМцМ
Al-Mg	Al – магниевые сплавы (магналии)	АМг2М АМг21/2H
Al-Mg-Si	Сплавы повышающие пластичность и коррозийную стойкость	АД31Т АД31Т1 АД31Т5
Al-Zn-Mg	Высокопрочные сплавы, свариваемые	1915ГП,1915Т
Al-Zn-Mg-Cu	Высокопрочные сплавы, не свариваемые	1925Т

М - отожженный алюминий (мягкий);

Н - нагартованный Al;

1/2H - полунагартованный для листов;

Т - закаленное и естественно состаренное;

Т1 - закаленное и искусственно состаренное;

Т5 - не полностью закаленное и естественно состаренное;

Al-Mn – повышает коррозионную стойкость, хорошо сваривается, относительно дешевы используются для сварных конструкций.

Al-Mg-Si- средние прочностные показатели, используются для сварных и клепаных конструкций, достаточно пластичны.

Al-Zn-Mg-Cu – не свариваются только в клепанных конструкций.

Упрочнение алюминия производится:
- легированием (сплавление с другими металлами);
- нагортовкой (наклепкой) – холодным деформированием;

- термической обработкой с последующим старением при комнатной температуре или искусственным старением при повышенных температурах.

 

11. Сортамент. Коэффициент градации.

Сортамент – перечень прокатных профилей с указанием формы, гометрических характеристик, массы единицы длинны , допусков и условий поставки.

Коэффициент градации – отношение площади сечения данного профиля, к площади сечения ближайшего меньшего)

Разнообразие видов профилей, входящих в сортамент, а также достаточно частая градация размеров одного вида профиля обеспечивают экономичное проектирование конструкций при возможности создания разнообразных конструктивных форм.

12 .Работа стали под нагрузкой. Упругие и пластические деформации.

Сталь состоит из феррита c включением перлита:

Феррит + перлит определяют работу стали под нагрузкой.

Работу стали при одноосном напряжении можно проследить по испытанию образца на растяжения (рис.1.4.).

В стадии 1 это стадия упругой работы.

Деформации происходят за счет упруго возвратных искажений кристаллической решетки и исчезают после снятия нагрузки.

                           

                             Рис.1.4. Диаграмма растяжения стали и образование шейки

При дальнейшем увеличении нагрузки (стадия 2) появляются отдельные сдвиги в зернах феррита, дислокации начинают скапливаться около границ зерен; Последующее увеличение напряжений приводит к интенсивному движению дислокаций и увеличению их плотности, развитию линий сдвига в зернах феррита; деформации растут при постоянной нагрузке. На диаграмме появляется площадка текучести (стадия 3).

Протяженность площадки текучести низкоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей составляет 1,5 – 2,5%.

Развитие деформаций происходит в результате упругого деформирования и необратимых пластических сдвигов. При снятии нагрузки упругая часть деформаций исчезает, а необратимая остается, приводя к остаточным деформациям (линия разгрузки идет параллельно упругой части линии нагрузки).

Дальнейшее развитие деформации сдерживается у границ зерен. Линии сдвига искривляются, движение дислокации затрудняется, и рост деформаций возможен только при увеличении нагрузки (стадия 4 – самоупрочнение), материал работает как упругопластический.

При напряжениях, близких к временному сопротивлению продольные и поперечные деформации локализуются в наиболее слабом месте, и в образце образуется шейка. Площадь сечения шейки интенсивно уменьшается, напряжения в месте сужения растут, поэтому, несмотря на то, что нагрузка на образец снижается, в месте образования шейки нарушаются силы межатомного сцепления и происходит разрыв.

Площадка текучести свойственна сталям с содержанием углерода 0,1-0,3%.

13. Работа стали при концентрации напряжений. Ударная вязкость.

Работа стали при концентрации напряжений. В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, утолщений) происходит искривление линий силового потоков и его сгущения около препятствия, что приводит к повышению напряжения в этих местах. Отношение максимального напряжения в местах концентрации к номинальному, равномерно распределенному по ослабленному сечению, характеризуется коэффициентом концентрации напряжений . Для выточек или отверстий =2¸3; для надрезов =6¸9.

Ударная вязкость – мера, позволяющая судить о склонности стали к хрупкому разрушению и чувствительность к концентрации напряжений. Ударная вязкость измеряется удельной работой, затрачиваемой на разрушение образца (10х10)( на маятниковом копре.

В надрезанном образце напряжения распределяются неравномерно, с пиком у корня надреза. Ударное действие на образец увеличивает возможность перехода металла образца в хрупкое состояние. Температура при которой происходит спад ударной вязкости (ниже 0,3МДж/м²) принимается за порог хладоломкости. Браковочное значение ударной вязкости устанавливается ГОСТ.

Образец для испытания на ударную вязкость

 

 

14. Работ стали при повторных нагрузках. Наклеп. Выносливость.

При работе в упругой стадии повторное загружение не отражается на работе материала, поскольку деформации обратимы.

При работе в упруго-пластичной стадии повторная нагрузка ведет к увеличению пластических деформаций в результате необратимых искажений структуры металла предыдущим нагружением. При достаточно большом перерыве (отдыхе) упругие свойства материала восстанавливаются и достигают пределов предыдущего цикла (наклеп – связан со старением и искажением атомной решетки кристаллов и закреплением ее в новом деформационном положении)

При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости металла, выражающееся в понижении его прочности, приближающееся к величение σ_уст ниже которой разрушение стали не происходит (предел усталостной прочности - выносливост). Предел выносливости стали отвечает примерно 10 млн. циклов нагрузки.

 

15. Хрупкое разрушение

Хрупкость – склонность разрушаться при малых деформациях.

Появлению хрупкости в стали способствуют:

1).наклеп – повышение области упругой работы за счет предшествующих пластических деформаций;

Наклёп связан со старением и искажением атомной решётки кристаллов с закреплением её в новом деформированном состоянии. При этом металл становится жёстким в результате уменьшения полных остаточных деформаций.

2).старение – изменение свойств стали с течением времени без существенных изменений в структуре;

Со старением у стали повышается предел текучести, временное сопротивление, но уменьшается пластичность и ударная вязкость. Наибольшему старению подвержены кипящие стали, особенно крупнозернистые и весьма часто, загрязнённые посторонними примесями.

3).неравномерное распределение напряжений;

В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, утолщений) происходит искривление линий силового потоков и его сгущения около препятствия, что приводит к повышению напряжения в этих местах.

4).температурные изменения;

5).повторяемость нагрузки.

У стали с увеличением числа нагружений прочность снижается, приближаясь к некоторой величине s_вб, при котором разрушение не происходит. Эта величина называется пределом усталостной прочности или выносливостью. При величине 2 млн. циклов усталостная прочность мало отличается от ее предела.

 

16 .Метод расчета конструкций по предельным состояниям.

Под предельными состояниями подразумевают такие состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.

К 1-й группе относят:

· Общая потеря устойчивости формы;

· Потеря устойчивости положения;

· Хрупкое, вязкое, усталостное и иного вида разрешения;

· Разрушение под совместным воздействием силовых факторов и не благоприятных влияний внешней среды;

· Качественное изменение конфигурации;

· Резонансные колебания, приводящие к нарушению эксплуатации;

· Состояние, приводящее к прекращению эксплуатации вследствие текучести материала, сдвигов соединения, трещин.

2-ая группа предельного состояния характеризует появление не допустимых перемещений или прогибов, требует надлежащей жесткости конструкции, чтобы в условиях нормальной эксплуатации перемещения не превышали предельных величин установленных нормами.

Условие для 1-й группы предельных состояний по несущей способности:

N≤S

N – усилие в рассчитываемом элементе конструкции (функция нагрузок и других воздействий);

S – предельное усилие которое может выдержать рассчитываемый элемент конструкции (функция физико-механических свойств материала, условий работы и размеров элементов).

Расчетная нагрузка - наибольшая нагрузка, которая может появиться за время эксплуатации.

 - коэффициент надежности на нагрузке, учитывает возможную изменчивость нагрузки в неблагоприятную строку;

 - коэффициент надежности, учитывает степень капитальности и ответственности здания и сооружения.

Класса сооружения

I - =1 – резервуары, дымовые трубы высотой более 200м,общественные здания;

II - =0,95 – промышленные здания;

II - =0,9 – здания и сооружения, имеющие ограниченное хозяйственное значение (склады, одноэтажные жилые дома).

 - коэффициент сочетания

Где  - усилие при

               

 - нормативное сопротивление по пределу текучести;

 - временное сопротивление разрыва;

 - коэффициент надежности по материалу, учитывающий выборочный характер контроля и возможность попадания в конструкции металла с пониженными характеристиками.

 - коэффициент условия работы.

……………

 17. Классификация нагрузок и воздействий

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.

К постоянным нагрузкам следует относить:

- собственный вес частей конструкций и сооружений;

- вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление;

- сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения.

Временные нагрузки

К длительным нагрузкам следует относить:

-вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

-вес стационарного оборудования;

-давление газов, жидкостей и сыпучих тел, избыточное давление и разрежение воздуха;

-нагрузки на перекрытия складируемых материалов;

-температурные технологические воздействия от технологического оборудования;

-вес отложения производственной пыли;

-нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия и т.д.

К кратковременным нагрузкам следует относить:

-нагрузки от оборудования, возникающие в переходном и испытательном режимах;

-вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

-нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования;

-снеговые нагрузки;

-ветровые нагрузки;

-гололедные нагрузки.

К особым нагрузкам относятся:

-сейсмические воздействия;

-взрывные воздействия;

-нагрузки, вызываемые временной неисправностью или поломкой оборудования;

-воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта или оседанием его в районе горных выработок.

18. Нормативные и расчетные нагрузки. Сочетания нагрузок

Нормативные значения являются основными характеристиками нагрузок, эти нагрузки соответствуют нормам условий эксплуатации, они принимаются на основе статистических данных либо по номинальному значению.

Нормативные значения нагрузки умноженные на соответствующий коэффициент называются расчетными 

Расчет по 1 гр ПС – производится на расчетные нагрузки, по 2-ой гр ПС – по нормативным.

При одновременном действии нескольких временных нагрузок расчет выполняется с учетом наиболее неблагоприятных их сочетаний .

Вероятность совместного действия нескольких нагрузок учитывают умножением временных и особых нагрузок на коэффициент сочетаний ψ_с

Одновременное появление максимальных значений нескольких нагрузок менее вероятно чем появление наибольшего значения одной из них. Поэтому чем больше значений вмещает данное сочетание тем меньше вероятность появления максимального значения в этом сочетании.

Учитываются следующие сочетания нагрузок:

1) основные = постоянная + временная длительная + кратковременная

Если в сочетании одна временная нагрузка то она умножается на ψ_с=1

Если основное сочетание состоит из 2 или более временных нагрузок то ψ_с=0,9

2) особые сочетания = постоянная +временная длительная +кратковременная + 1 особая. ( для кратковременной ψ_с=0,8 кроме сисмической)

 

19. Нормативные и расчетные сопротивления стали. Коэффициент условий работы и надежности по назначению.

Нормативные сопротивления явл. основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям и устанавливаются СНиП II-23-81*

R_yn- нормативное сопротивление стали растяжению-сжатию и изгибу по пределу текучести для проката минимальной толщины =σ_т

R_un – нормативное сопротивление раст-сж изгибу по временному сопротивлению =σ_вр

Значение нормативных сопротивлений устанавливают с обеспеченностью 95%

Расчетное сопротивление R_yn= R_yn / γ_m γ_m – коэф надежности по материалу (1,025-1,15)

Коэффициент условий работы ( g _c ) –учитывает возможное отклонение от нормальных условий эксплуатации. (условия эксплуатации отличаются от условий испытаний) устанавливают на основе экспериментальных и теоретических данных о действительной работе материала.

Коэффициент надежности по назначению γ _nучитывает ответственность сооружения и влияние на требуемый уровень надежности.

В зависимости от класса ответственности зданий и сооружений:

I - =1 – резервуары, дымовые трубы высотой более 200м,общественные здания;

II - =0,95 – промышленные здания;

II - =0,9 – здания и сооружения, имеющие ограниченное хозяйственное значение (склады, одноэтажные жилые дома).

Его значения в принципе должны устанавливать специалисты в области надежности строительных конструкций из решения оптимизационной задачи.

20. Условие пластичности. Совместное действие нормальных и касательных напряжений.

Условие пластичности.

Установлено, что при σ_т/σ_вр=<0,75 после упругой работы и небольшого переходного участка наступает пластическое течение, что на диаграмме отмечается протяжённой площадкой текучести. В целях упрощения расчётных предпосылок при работе конструкции в упруго – пластической стадии диаграмма работы стали уподоблена работе идеального упругого тела, которое совершенно упруго до предела текучести и совершенно пластично после него (диаграмма Прандтля – идеализированная работа пластичной стали).

При одноосном напряжённом состоянии (простое растяжение или сжатие) переход в пластическую стадию происходит при достижении нормальным напряжением предела текучести.

При многоосном напряжённом состоянии переход в пластическую стадию зависит от функции напряжений, хара-щих условие пластичности.

На основе четвертой теории прочности, одноосное приведённое напряжение, эквивалентное по переходу материала в пластическое состояние, данному сложному напряжённому состоянию, определяется в главных напряжениях, а также может быть выражено в нормальных и касательных напряжениях.

Отсюда при изгибе (вдали от точек приложения нагрузки), когда s_x¹0;t_xy¹0

Условие пластичности -

При простом сдвиге s_x=0:

По третьей теории прочности t_xy»0,5s_т, где s_т – предел текучести.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: