2 Механические характеристики и допускаемые
напряжения материалов
Для при различных видах деформаций требуется знать числовые значения величин механических характеристик материала и его физико-механические свойства.
В таблице 2.1 приводятся сведения о физико-механических свойствах сталей, чугунов, некоторых сплавов и некоторых неметаллических материалов, которые широко используются в машиностроении и строительстве расчетов деталей машин и элементов инженерных конструкций.
.
Таблица 2.1 – Физико– механические свойства материалов
|
Материал |
Модуль упругости, МПа |
Коэффициент Пуассона |
Удельный
вес, , | |
|
Е, 105 |
G, 105 | |||
|
Сталь углеродистая |
1,96-2,06 |
0,785-0,794 |
0,24-0,28 |
78,6 |
|
Сталь легированная |
2,06-2,16 |
0,785-0,794 |
0,25-0,30 |
78,5 |
|
Стальное литье |
1,75 |
- |
0,25-0,33 |
78,5 |
|
Чугун серый, белый |
1,13-1,57 |
0,44 |
0,23-0,27 |
72 |
|
Чугун ковкий |
1,52 |
- |
- |
72 |
|
Латунь |
0,9-1,0 |
0,35-0,37 |
0,32-0,42 |
85 |
|
Алюминий |
0,59-0,69 |
0,26-0,37 |
0,32-0,36 |
27 |
|
Сплавы алюминевые |
0,70-0,72 |
0,27 |
0,32 |
- |
|
Дюралюминий |
0,71 |
0,27-0,37 |
- |
28 |
|
Гранит |
0,49 |
- |
- |
25-28 |
|
Мрамор |
0,56 |
- |
- |
25-28 |
|
Кирпичная кладка |
0,027-0,03 |
- |
- |
|
|
Бетон: | ||||
|
Тяжёлый |
0,17-0,40 |
- |
0,16 –0,18 |
20 |
|
на пористых заполнителях |
0,03 –0,23 |
- |
0,16 –0,18 |
|
|
Ячеистый |
0,01 –0,10 |
- |
0,16 –0,18 |
|
|
Древесина (сосна, ель): | ||||
|
вдоль волокон |
0,01-0,12 |
0,055 |
- |
5,5 |
|
поперёк волокон |
0,005 –0,01 |
- |
- |
5,5 |
|
Стекло |
0,56 |
0,22 |
0,25 |
|
|
Каучук |
0,00008 |
- |
0,47 |
9,1 |
|
Текстолит |
0,06-0,1 |
- |
- |
13,5 |
|
Оргстекло |
0,03-0,04 |
- |
0,35-0,38 |
11,8 |
|
Капрон |
0,014-0,02 |
- |
- |
11,4 |
|
Фторопласт-4 |
0,0047-0,0085 |
- |
- |
21-23 |
|
Стеклопласты |
0,18-0,35 |
- |
- |
14-19 |
В справочной литературе по сопротивлению материалов в основном приводятся сведения о широко распространенных материалах (низко- и среднеуглеродистые стали, реже чугуны и цветные металлы). Но для расчетов очень часто требуются механические характеристики специальных сталей и сплавов, которые подвергались термической обработке и обладают более высокими механическими свойствами. Поэтому в таблицах 3.2 и 3.3 содержаться сведения о механических характеристиках некоторых обычных и упрочненных конструкционых сталей, цветных металлов и неметаллов.
Таблица 2.2 - Механические характеристики углеродистых конструкционных сталей
|
Марка стали
|
σв |
σт |
τт |
Относительное удлинение, % при l=10d |
Ударная вязкость Нм/м2 *105 |
σu-1 |
σ-10 |
τ-1k |
|
МПа |
МПа | |||||||
|
20 |
420 |
250 |
160 |
25 |
- |
170-200 |
120-160 |
100-130 |
|
30 |
500 |
300 |
170 |
21 |
8 |
200-270 |
170-210 |
110-140 |
|
45 |
610 |
360 |
220 |
16 |
5 |
250-340 |
190-250 |
150-200 |
|
|
(900) |
(600) |
250 |
(19) |
(15) |
|
|
|
|
50 Г |
710 |
420 |
|
11 |
4 |
- |
- |
- |
|
|
(960) |
(700) |
|
(9) |
|
|
|
|
|
20 Х |
800 |
650 |
- |
11 |
6 |
380 |
- |
170-230 |
|
40 Х |
850 |
620 |
- |
10 |
6 |
350-380 |
25 |
225 |
|
|
(1000) |
(800) |
- |
|
(17) |
|
|
|
|
40ХН |
(1000) |
(800) |
(390) |
11 |
7 |
(400) |
(290) |
(240) |
|
38ХМЮА |
(1000) |
(1000) |
- |
(9) |
(9) |
(420-450) |
- |
- |
|
20ХНЗА |
(950) |
(750) |
- |
(12) |
(10) |
(430-450) |
(300-320) |
(245-255) |
|
40ХНМА |
(1000) |
(950) |
- |
(12) |
(10) |
(500-700) |
- |
(270-280) |
|
30ХГСА |
1100 |
850 |
- |
10 |
5 |
510-540 |
500-535 |
220-245 |
|
|
(1700) |
(1070) |
|
(6) |
|
(750) |
|
(430) |
|
Примечание - ( ) механические характеристики стали после термообработки | ||||||||
Таблица 2.3 - Механические характеристики некоторых цветных
металлов и неметаллов
|
Материал |
Предел прочности, МПа |
Предел текучести, пропорциональности, МПа |
Предел выносливости, МПа |
|
Латуни: |
|
|
|
|
Л68 мягкая |
σр = 320 |
σ0,1 = 91 |
σ -1 = 120 |
|
Л68 твердая |
τср= 200 |
|
|
|
|
σ р = 600 |
σ0,1 = 520 |
σ -1 = 150 |
|
ЛТЦ 58-2 мягкая |
σр= 400 |
σт = 156 |
- |
|
ЛТЦ 58-2 твердая |
σр = 700 |
- |
- |
|
Бронзы: |
|
|
|
|
Бр. 0-10 |
σр= 250 |
- |
- |
|
Бр.ОЦ 8-4 |
σр= 200 |
σт= 40-50 |
- |
|
Бр. А5 |
σр= 800 |
σт= 500 |
σ -1 = 134 |
|
|
|
σпц= 480 |
|
|
Алюминевые сплавы | |||
|
АЛ1 |
σр = 200 τср= 170 |
σт= 170 |
σ -1 = 56 |
|
Д16, Д 16П |
σр = 210-300 |
σт = 380 |
σ -1 = 140 |
|
Стеклопласты |
σр= 260-400 σс= 100-300 σи = 130-150 |
σпц= 122-260 |
σ -1 /σ В = 0,22-0,25 |
|
Капрон |
σр= 60 σи= 90 |
- |
- |
|
Гранит |
σр= 3 σс= 120-260 |
- |
- |
|
Мрамор |
σс= 100-180 |
- |
- |
|
Кладка кирпича |
σс= 2,5-9 |
|
|
|
Бетон |
σс = 5-48 |
|
|
|
|
σр=9,31 – 11,55 |
σпц=61 |
|
|
|
σс=42,7 – 46,6 |
σпц=31 |
|
|
|
σи=73,6 – 87,7 |
|
|
|
|
τср=6,2 –7,3 |
|
|
|
Примечания – σр,σс – предел прочности при растяжении и сжатии σи– предел прочности при изгибе σ ср – предел прочности при срезе σпц – предел пропорциональности при растяжении σт – предел текучести при растяжении
| |||
При расчетах на прочность можно руководствоваться таблицами 3.4-3.6, в которых приведены допускаемые напряжения и расчетные сопротивления материалов.
Таблица 2.4 - Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления материалов при статическом нагружении (в МПа)
|
Материал |
Допускаемые напряжения |
Расчетное сопротивление R,МПа | |||
|
При растяжении [σ] p,МПа
|
При изгибе [σ]и, МПа |
При кручении [σ]кр,МПа |
При срезе [σ]ср,МПа | ||
|
Ст.3 |
125 |
150 |
95 |
75 |
210 |
|
Ст.5 |
165 |
200 |
125 |
100 |
|
|
Сталь 45 |
200 |
240 |
150 |
125 |
|
|
|
(300) |
(360) |
(230) |
(185) |
|
|
Сталь 50Г |
210 |
260 |
160 |
130 |
|
|
|
(270) |
(330) |
(250) |
(165) |
|
|
Сталь 40Х |
200 |
240 |
150 |
120 |
|
|
|
(440) |
(530) |
(330) |
(270) |
|
|
Сталь 20Х |
190 |
230 |
140 |
115 |
|
|
|
(290) |
(350) |
(220) |
(175) |
|
|
Сталь 30ГХСА |
200 |
240 |
150 |
120 |
|
|
(510) |
(690) |
(390) |
(310) |
| |
|
Чугун серый |
28-80 120-150(сжатие) |
- |
- |
- |
70 180(сжатие) |
|
Латунь |
70-140 |
|
|
|
140 |
|
Бронза |
60-120 |
|
|
|
|
|
Дюралюминий |
80-150 |
|
|
|
170 |
|
Текстолит |
30-40 |
|
|
|
|
|
Сосна вдоль волокон |
7-10 10-12 (сжатие) |
|
|
|
8,5-16 |
|
Кирпичная кладка |
До 0,2 0,6-2,5 (сжатие) |
|
|
|
|
|
Бетон |
0,1-0,7 1-9 (сжатие) |
|
|
|
2 10 (сжатие) |
|
Примечание – ( ) – допускаемые напряжения после термообработки.
| |||||
Таблица 2.5 - Расчётные сопротивления проката для стальных конструкций и отливок из серого чугуна
|
Материал |
Расчётное сопротивление, МПа | |||
|
Ry |
Ru |
Rt |
Rc | |
|
Сталь листовая, прокат, фасонная С245 С255 С285 С375 |
240 240 280 345 |
360 360 390 480 |
- - - - |
- - - - |
|
Чугун серый СЧ15 СЧ20 СЧ25 СЧ39
|
- - - - |
- - - - |
55 65 85 100 |
160 200 230 250 |
Таблица 2.6 – Расчётные сопротивления срезу и растяжению стальных болтов
|
Напряжённое Состояние |
Расчётное сопротивление, Мпа, | |||
|
Классы болтов | ||||
|
4,6 |
4.8 |
5,6 |
5,8 | |
|
Срез,Rbs |
150 |
160 |
190 |
200 |
|
Растяжение,Rbt |
175 |
160 |
210 |
200 |