Вопросы для защиты практического занятия №2

1. Что называется прочностью?

2. Покажите на рисунке 1а и б разрушающую нагрузку Р_разр..

3. Покажите на рисунке 1а d – диаметр поршня пресса.

4. Покажите на рисунке 1а р – показания манометра пресса.

5. Покажите на рисунке 1а испытуемый образец.

6. В виде чего испытывают образцы на изгиб?

7. Согласно рисунка 2, чему равна h?

8. Согласно рисунка 3, что такое l и чему оно равно?

9. Какую деформацию называют необратимой?

10. Какое свойство важно учитывать при выборе материалов для несущих конструкций, а также выборе технологии изготовления некоторых изделий (например, керамических)?

11. Какие материалы являются наиболее желательными для несущих конструкций и почему?

12. Что определяется на первом этапе расчетов, написать формулу?

13. Что определяется на втором этапе расчетов, написать формулу?

14. Что определяется на третьем этапе расчетов, написать формулу?

15. Что определяется на четвертом этапе расчетов, написать формулу?

16. Что определяется на пятом этапе расчетов, написать формулу?

17. Что определяется на шестом этапе расчетов?

18. Что определяется на седьмом этапе расчетов, написать формулу?

19. Что определяется на восьмом этапе расчетов?

Практическое занятие №3 Определение теплофизических свойств керамических материалов

Цель работы: определение теплопроводности и термического расширения керамического материала.

Теоретическая часть

Теплопроводность – свойства материала передавать тепло через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность  характеризуется количеством тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной в 1 м, площадью в 1 м² за время 1 ч (3600с) при разности температур на противоположных поверхностях стены 1^оС. В системе СИ  выражается в Вт/(м^оС), а в метрической системе единиц – в ккал/(мч^оС) 1 ккал/(мч^оС) = 1,1630 Вт/(м^оС).

Теплопроводность материала зависит от его химического состава структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи тепла.

=а·с·ρ_ср, (1)

где а ─ коэффициент температуропроводности. Коэффициент температуропроводности а, характеризующий скорость распространения температуры в строительных материалах при сменяющихся условиях нагрева.

с - теплоемкость в ккал/кгград. Теплоемкость ─ свойство материала аккумулировать тепло при нагревании и выделять тепло при остывании, или теплоемкость – свойство материала поглощать при нагревании тепло. Есть и другое определение теплоемкости – это свойство материала поглощать при нагревании определенное количества тепла.

ρ_ср - средняя плотность, кг/м³.

Кажущаяся пористость определяется по формуле (2)

П_каж=W•ρ_ср, (2)

где W ─ водопоглощение, %.

Относительная плотность равна:

ρ_от= ρ_ср/ρ_ист, (3)

где ρ_ист─ истинная плотность, г/см³.

Теплопроводность с определенной пористостью равна

_пор=•ρ_от (4)

Термическое расширение. Строительные материалы, так же как слагающие их кристаллы и стекло, при нагревании расширяются. Расширение это обратимо, и при охлаждении материал приобретает свой первоначальный объем. Это изменение объема с температурой обусловлено увеличением расстояний между атомами при растет амплитуды их колебаний. Величина термического расширения отдельных кристаллов и стекол различна и зависит, в общем, от их строения, от прочности химических связей. С повышением температуры это различие в расширении, как правило, уменьшается.

Термические расширения в строительных материалах в значительной степени зависят от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1^оС, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м³ материала при нагревании его на 1^оС. Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т.е. больше количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Термическое расширение строительных материалов можно характеризовать следующим показателем:

L_t=α•t•100%, (5)

где L_t ─ термическое расширение, %; α ─ коэффициент термического расширения, 10^-6; t ─ температура, ^оС.

В таблице 1 приведены физико-механические и физико-термические показатели некоторых керамических материалов.

Таблица 1 - Физико-механические и физико-термические показатели некоторых керамических материалов

№	Керамические изделия	ρист, кг/м3	W, %	С, ккал/кгград	а, 10-6 м ²/с	α
1	шамотные	2,3	5,8	0,22	2,5	4,8•10-6
2	динасовые	2,2	2,5	0,25	3,03	12,5•10-6
3	магнезитовые	3,0	4,5	0,23	4,45	14,3•10-6
4	корундовые	4,1	2,4	0,27	5,05	8,8•10-6
5	муллитовые	3,7	2,1	0,28	4,42	5,8•10-6
6	кварцевые	2,4	1,8	0,29	4,24	0,4•10-6
7	графитовые	3,2	1,0	0,3	6,26	12,6•10-6
8	бериллиевые	3,0	0,8	0,34	8,28	8,88•10-6
9	циркониевые	5,6	0,9	0,35	4,24	11,6•10-6
10	фарфоровые	2,8	0,5	0,36	2,02	6,0•10-6
11	карборундовые	4,3	0,3	0,37	2,34	7,5•10-6
12	кирпич строительный	2,2	14,5	0,22	5,05	5,8•10-6
13	плитка для полов	2,4	3,5	0,31	5,87	6,7•10-6
14	керамогранит	2,5	0,2	0,36	8,56	8,6•10-6
15	облицовочная плитка	2,2	12,8	0,23	5,75	7,2•10-6

В таблице 2 для определения теплопроводности и термического расширения керамического материала представлены материалы, температура и физико-механические данные для различных вариантов.

Таблица 2 – Варианты для расчета теплопроводности и термического расширения керамического материала

Ва-ри-ант	Материал	Темпе-ра-тура, оС	По-рис-тость, %	Ва-ри-ант	Материал	Темпе-ра-тура, оС	По-рис-тость, %
0	шамотные	1000	3	13	керамогранит	860	4
1	динасовые	980	2,5	14	облицовочная плитка	850	12,7
2	магнезитовые	970	2,0	15	корундовые	840	0,97
3	корундовые	960	0,98	16	муллитовые	830	0,86
4	муллитовые	950	0,87	17	шамотные	820	2,8
5	кварцевые	940	0,91	18	кирпич строительный	810	7,7
6	графитовые	930	0,34	19	плитка для полов	800	1,5
7	бериллиевые	920	0,41	20	магнезитовые	790	1,9
8	циркониевые	910	0,43	21	корундовые	780	0,96
9	фарфоровые	900	0,21	22	муллитовые	770	0,85
10	карборундовые	890	0,12	23	кварцевые	760	0,9
11	кирпич строительный	880	7,8	24	корундовые	750	0,95
12	плитка для полов	870	1,6	25	муллитовые	740	0,81

Практическая часть

В качестве примера сделаем расчет для нулевого варианта.

Для определения теплопроводности материала используем формулу (1). В этой формуле нам неизвестен только один показатель ─ ρ_ср, который вычислим по формуле (2) П_каж=W•ρ_ср, отсюда ρ_ср =W/П_каж.

На первом этапе расчетов определяем ρ_ср=5,8 (из таблицы 1, согласно варианта)/3=1,93 кг/м³.

Таким образом, ρ_ср=1,93 кг/м³. Внимание, при расчетах сокращения не допускаются.

На втором этапе определяем =а·с·ρ_ср, = 2,5•0,22•1,93=1,06 Вт/(м^оС).

Таким образом, =1,06 Вт/(м^оС).

На третьем этапе определяем ρ_от= ρ_ср/ρ_ист=1,93(расчетное)/2,3 (из таблицы 1, согласно варранта)=0,83 %.

Таким образом, ρ_от=0,83%.

На четвертом этапе определяем теплопроводность с пористостью согласно проведенных расчетов своего варианта

_пор=•ρ_от=1,06•0,83=0,87 Вт/(м^оС).

Таким образом, _пор=0,87 Вт/(м^оС).

На пятом этапе определяем термическое расширение согласно своего варианта L_t=α•t•100%=4,8•1000•100•10^-6=4,8•10³•10²•10^-6=4,8•10^-1=0,48.

Таким образом, L_t =0,48.

На шестом этапе все полученные расчетные данные (подчеркнутые) согласно своего варианта вносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчетные данные нулевого варианта

ρср, кг/м3.	, Вт/(моС).	ρот %	пор Вт/(моС).	Lt, %
5,8	1,06	0,83	0,87	0,48