Металлические конструкции механические свойства металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Металлические конструкции механические свойства металлов

Содержание

1. Механические свойства металлов

2. Сортамент металла

3. Преимущества в недостатки металлических конструкции

1. Механические свойства металлов

Механические свойства стали определяют такие показатели, как прочность, упругость и пластичность, а также склонность к хрупкому разрушению, которое косвенно оценивается ударной вязкостью. Прочность стали определяется сопротивляемостью материала внешним силовым воздействиям. Упругость характеризуется свойством материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Пластичность -- свойство материала не возвращаться в свое первоначальное состояние после снятия внешних нагрузок, т. е. получать остаточные деформации. Хрупкость характеризуется разрушением материала при малых деформациях. К основным характеристикам металлов, по которым судят об их механических свойствах, относятся: предел пропорциональности у_пу, предел упругости у_ер;модуль упругости F; предел текучести у_у; предел прочности у_и; относительное удлинение д после разрыва; хрупкость, выносливость. Первые семь показателей определяются на основании испытания на растяжение стандартных образцов по результатам которого строят диаграмму зависимости между напряжениями и относительными деформациями.

Пределом пропорциональности называют наибольшее напряжение, при котором остается справедливым закон

Гука у=Ее

где Е=tg б -- модуль упругости. Следует знать, что модуль упругости алюминиевых сплавов примерно в 3 раза меньше, чем у сталей. Предел упругости -- наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций, т. е. при снятии нагрузки полностью восстанавливаются первоначальные размеры образца. Предел текучести -- напряжение, при котором начинают развиваться пластические деформации, а на диаграмме появляется площадка текучести. Если при напряжениях, превышающих предел текучести, снять нагрузку, то в образце появятся остаточные деформации е₀, которые будут меньше полных деформаций е (при полном загружении) на величину упругих деформаций е_у (восстанавливающихся после разгружения). Если через некоторое время вновь загрузить образец, его работа изменится, предел упругости возрастет у_lp = у₀, а деформации при разрушении уменьшатся на величину предварительной вытяжки е_р --е_о, т. е. будет получен другой материал с повышенными упругими свойствами и меньшей пластичностью. Повышение упругих свойств материалов в результате предварительного пластического деформирования носит название наклепа или нагартовки и широко используется в технике при упрочнении арматурных сталей и алюминиевых сплавов.

На диаграммах растяжения низколегированных сталей и алюминиевых сплавов отсутствует ярко выраженная площадка текучести, поэтому в этих случаях за предел текучести принимают напряжения, при которых образец получает остаточную деформацию в 0,2 %.

Пределом прочности у_и, или временным сопротивлением, называют напряжение (равное отношению наибольшей силы к первоначальной площади поперечного сечения образца), при котором образец, пройдя стадию самоупрочнения, начинает разрушаться. Относительное удлинение при разрыве характеризует пластичность металла и определяется по выражению

у % = 100(l_k-l_o)/l_o

где l_o и l_k -- соответственно длина образца до после разрыва.

Рис. Испытание на растяжение

а - схема испытаний стандартных образцов; б - диаграмма зависимости между напряжениями и относительными деформациями; 1- зона образования «шейки»; 2- диаграмма растяжения стали обычной прочности (Ст. 3); 3- то же низколегированной; 4- то же высокопрочной

Помимо относительного удлинения для оценки пластичности металла и склонности к трещинообразованию прибегают к пробе на загиб в холодном состоянии на 180° вокруг специальной оправки. Проба считается успешной, если у образца не образовались трещины, подрывы или расслоения.

Хрупкость -- способность материала разрушаться при очень малых деформациях. Показатель хрупкости--ударная вязкость, которую определяют испытанием стандартных образцов с выточкой на маятниковом копре, измеряя величину работы, затраченную на разрушение образца, отнесенную к площади его поперечного сечения. С понижением температуры ударная вязкость понижается, поэтому если конструкция будет эксплуатироваться при низких температурах, испытания проводят при отрицательных температурах (до -70 °С). Хрупкое разрушение значительно опаснее пластического, поскольку при пластических деформациях разрушение наступает постепенно, оно заметно на глаз и есть время усилить конструкцию. При хрупком разрушении материал разрушается внезапно без видимых деформаций. Следует иметь в виду, что с понижением температуры хрупкость сталей возрастает, а у алюминиевых сплавов уменьшается, что предопределяет более выгодное их использование в условиях эксплуатации при низких температурах.

Выносливость. Из практики известно, что при действии многократно повторяющихся нагрузок, включая и динамические, разрушение конструкции может наступать при напряжениях, которые значительно меньше предельных в случае статического (однократного) приложения внешней нагрузки. Такое разрушение при действии переменных напряжений называют усталостью материала. Способность сопротивляться разрушению от усталости называют выносливостью, которая определяется пределом выносливости. Пределом выносливости называют наибольшее напряжение, которое выдерживает материал при 2 млн. циклов повторяющейся нагрузки. Разрушение при потере выносливости всегда носит хрупкий характер, хотя материал может быть пластичным и иметь хорошую ударную вязкость. Это связано с образованием микротрещин, которые увеличивают хрупкость.

2. Сортамент металла

Элементы металлических конструкций ферм, балок, колонн образуются из профилей различной формы -- листов, уголков, двутавров, швеллеров (фасонный прокат) и т. д. Сортаментом называют каталоги профилей, которые изготавливаются и поставляются металлургическими заводами. В сортамент обычно входит более сотни профилеразмеров, но в практике строительства применяют только некоторые из них, т. е. используется сокращенный сортамент наиболее употребительных профилей. Так, стальные профили получают с помощью прокатки, гнутьем из листов в холодном состоянии и сваркой (обычно замкнутые-круглые или прямоугольные трубы). Весь прокат разделяют на листовой и фасонный.

^ Листовая сталь чаще всего используется в строительстве. Ее масса в колоннах, балках, фермах составляет 40…60 % общей массы конструкции, Большая группа (резервуары, бункеры и т, д.) так и называется -- листовые конструкции. Листовая сталь бывает толстолистовой, тонколистовой, универсальной, рулонной, полосовой, кровельной, листовой рифленой (для настилов), просечно-вытяжной (с большим количеством отверстий, не допускающих скопления пыли) и т. д. Толстолистовая сталь имеет толщину 5...160 мм, ширину 600…3600 мм и длину до 12 м (в строительстве обычно применяют листы толщиной до 40 мм, шириной до 2400 мм и длиной до 6м).

Рис. Профили сортамента

а-е -- прокатные; и-м -- гнутые; н-т -- прессованные

Фасонный прокат поставляется в виде уголков швеллеров, двутавров (рис.22.2,д). В некоторых случаях используют специальные прокатные профили, круглые с диаметром до 250 мм и квадратные со стороной до 100 мм. Гнутые профили имеют меньшую толщину по сравнению с прокатными, что позволяет в сжатых элементах конструкций получать экономию металла до 10 %. Прессованные профили (получают в результате продавливания нагретой заготовки через специальную матрицу с отверстием по форме профиля. Двутавры и применяются в основном для изгибаемых и сжимаемых элементов (балок и колонн). Швеллеры и «зэты» хорошо работают на косой изгиб. В последнее время металлургическими заводами стали выпускаться широкополочные двутавры. Их применение наиболее перспективно, так как они могут использоваться без предварительной обработки в качестве балок и колонн, что снижает в 2--З раза трудоемкость изготовления. Очень часто применяются уголки поскольку они удобны при конструировании сечений любой конфигурации.

Применение трубчатых профилей дает существенный экономический эффект в сжимаемых конструкциях, так как они имеют примерно равную гибкость в различных плоскостях.

Профили из алюминиевых сплавов чаще всего получают: прокаткой, прессованием и гнутьем. Для предотвращения потери местной устойчивости полок алюминиевых профилей на их концах создаются специальные утолщения, называемые бульбами.

Это объясняется тем, что потеря устойчивости алюминиевых профилей наступает значительно раньше, чем у стальных из-за меньшего модуля упругости. С этой же целью края гнутых профилей отбортовываются. В последнее время осваивается производство широкополочных тавров, которые весьма эффективны при использовании в поясах ферм.

3. Преимущества в недостатки металлических конструкции

Металлические конструкции широко применяются в современном строительстве. По конструктивной схеме их разделяют на две группы: стержневые системы - колонны, балки и фермы каркасов промышленных и гражданских зданий, мосты, башни и мачты и т. д., листовые конструкций (типа оболочек) -- газгольдеры, резервуары, трубопроводы, бункеры и т. д. К преимуществам металлических конструкций относятся:

а) легкость (конструкции из металла примерно в 4 раза легче железобетонных и каменных конструкций);

б) хорошая транспортабельность;

в) высокая скорость монтажа благодаря простоте сварных и болтовых соединений; металлический конструкция прочность металлопрокат

г) индустриальность изготовления на высокомеханизированных заводах без значительных затрат ручного труда. Недостатками металлических конструкций следует считать:

а) способность подвергаться коррозии, защита от которой требует привлечения значительных средств, вследствие чего эксплуатация металлических конструкций дороже;

б) малая огнестойкость;

в) дефицитность металла.

В связи с тем, что в определенных отраслях народного хозяйства алюминиевые сплавы и стали нельзя заменить другими материалами, использование металлических конструкций в строительстве ограничено инструкцией ТП101-81 «Технические правила по экономному расходованию основных строительных материалов», хотя в принципе любое сооружение может быть выполнено из металла.

В последнее время в практике строительства получили распространение легкие металлические конструкции из трубчатых и эффективных профилей проката. Их изготавливают на специализированных заводах. Такие конструкции легче обычных на 25--50 %, а сроки их возведений значительно меньше благодаря сборке из укрупненных блоков. Легкие металлические конструкции стали применять при возведении производственных и сельскохозяйственных зданий без крановой нагрузки с пролетами 18 м.

Применение алюминиевых сплавов экономически оправданно в конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции: листовые покрытия больших пролетов, плиты покрытий и панели стен.

Целесообразно использовать алюминиевые сплавы для большепролетных покрытий типа арок и куполов, где особенно важно уменьшение собственной массы, в сейсмически опасных районах (большая сейсмостойкость вследствие малой собственной массы), в отдаленных труднодоступных районах (уменьшение транспортных расходов из-за снижения веса) и в северных и восточных районах (способность сохранять пластичность при низких температурах).

Большое распространение алюминиевые сплавы получили при изготовлении оконных переплетов, витрин, витражей и изделий для внутренней и внешней отделки зданий, так как способ прессования, применяемый для изготовления алюминиевых профилей, проще и дешевле прокатки стальных профилей.

Размещено на Allbest.ru