Онлайн калькулятор по определению допускаемых напряжений материалов: сталей и сплавов алюминия, меди и титана.

Калькулятор онлайн определяет расчетные допускаемые напряжения σ в зависимости от расчетной температуры для различных марок материалов следующих типов: углеродистая сталь, хромистая сталь, сталь аустенитного класса, сталь аустенито-ферритного класса, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, титан и его сплавы согласно ГОСТ-52857.1-2007 [1].

Исходные данные:
Расчетная температура среды Т, °С
Тип материала
Марка материала
Решение:
Допускаемое напряжение материала [σ], МПаопределение допускаемого напряжения

Помощь на развитие проекта premierdevelopment.ru

Send mail и мы будем знать, что движемся в правильном направлении. Спасибо, что не прошели мимо!

I. Методика расчета:

Допускаемые напряжения были определены согласно ГОСТ-52857.1-2007 [1].

для углеродистых и низколегированных сталей

Ст3, 09Г2С, 16ГС, 20, 20К, 10, 10Г2, 09Г2, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1:

  1. При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
  2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
  3. Для стали марки 20 при Re/20e/20 / 220.
  4. Для стали марки 10Г2 при Rр0,2/20р0,2/20 / 270.
  5. Для стали марок 09Г2С, 16ГС классов прочности 265 и 296 по ГОСТ 19281 допускаемые напряжения независимо от толщины листа определяют для толщины свыше 32 мм.
  6. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 105 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент: для углеродистой стали на 0,8; для марганцовистой стали на 0,85 при температуре < 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.

Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии

табл.1

Марка стали по ГОСТ 380Допускаемые напряжения, кгс/см2
При растяжении
[ σ р ]
При изгибе
[ σ из ]
При кручении
[ τ кр ]
При срезе
[ τ ср ]
При смятии
[ σ см ]
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
Ст 211508006001400100080085065050070050040017501200
Ст 312509007001500110085095065050075050040019001350
Ст 4140095075017001200950105075060085065050021001450
Ст 5165011509002000140011001250900700100065055025001750
Ст 619501400110023001700135014501050800115085065029002100

наверх

для теплоустойчивых хромистых сталей

12XM, 12MX, 15XM, 15X5M, 15X5M-У:

  1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С при условии допустимого применения материала при данной температуре.
  2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
  3. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе 105 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,85.

Виды пределов прочности

Предел прочности — один из главных механических параметров стали, равно как и любого другого конструкционного материала.

Эта величина используется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в конкретной сфере или нужно подбирать более прочный.

Различают следующие виды предела прочности при:

  • сжатии — определяет способность материала сопротивляться давлению внешней силы;
  • изгибе — влияет на гибкость деталей;
  • кручении — показывает, насколько материал пригоден для нагруженных приводных валов, передающих крутящий момент;
  • растяжении.

Виды испытаний прочности материалов

Научное название параметра, используемое в стандартах и других официальных документах — временное сопротивление разрыву.

для жаропрочных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей аустенитного класса

03X21H21М4ГБ, 03X18H11, 03X17H14M3 , 08X18H10T, 08X18H12T, 08X17H13M2T, 08X17H15M3T, 12X18H10T, 12X18H12T, 10X17H13M2T, 10X17H13M3T, 10X14Г14H4:

  1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20 °С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
  2. Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют интерполяцией двух ближайших значений, указанных в таблице, с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
  3. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,83.
  4. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10X17H13M2T, 10Х17Н13М3Т допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на отношение (R*p0,2/20) / 240. (R*p0,2/20 — предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949).
  5. Для поковок и сортового проката из стали марки 08X18H10T допускаемые напряжения при температурах до 550 °С умножают на 0,95.
  6. Для поковок из стали марки 03X17H14M3 допускаемые напряжения умножают на 0,9.
  7. Для поковок из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03X18H11 допускаемые напряжения умножают на 0,8.
  8. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на 0,88.
  9. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) допускаемые напряжения умножают на отношение (R*p0,2/20) / 250. (R*p0,2/20 — предел текучести материала поковок, определен по ГОСТ 25054).
  10. Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 105 ч.

Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент 0,9 при температуре < 600 °С и на коэффициент 0,8 при температуре от 600 °С до 700 °С включительно.

Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей

табл.3

Марка стали ГОСТ 1050ГОСТТермо-
обработка
Предел прочности при растяжении σ вПредел текучести σ тПредел выносливости приДопускаемые напряжения *, кгс/см2, при
растя-
жении σ −1р
изгибе σ −1кручении τ −1растя-
жении [σ р]
изгибе [σ из]кручении [τ кр]срезе [τ ср]смятии [σ см]
кгс/мм 2IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
10Г24543Н432517,52212,514001100900170013501100105075060085065050021001650
09Г2С192825035192414170012009502000150012001250900700100070055025001800
10ХСНД19282544021,52715,518501400110022001600135014001000800110080065028002100
20Х4543Н603021261519001350105023001650130014001000750115085060028002000
У70502835202400175014002900220017501800130010001450105080036002600
М5985633442242900210017003500145021002200155012001750125095043003200
40ХН633325311820001550125024001900155015001150900120095075030002300
У80653240232700200016003200250020002000150011501600115090040003000
М391109044553238002800220045003400270028002000160023001650130056004200
М4813011052653844003300260053004100320033002400190027001950150067004900
45ХН6535263218,521001600130025001950160015501150900125095075031002400
У957538472732002400190038002900230024001750135019001350105048003600
М4814012056704048003500280057004300350036002600200029002000160072005200
50ХН65352632,518,521001600130025002000160016001200900125090070031002400
М4815013060754350003700300060004600370037002700210030002200170075005500
35Г2Н63372531,51820001550125024001900160015001150900120095075033002300
В, НВ24980653240232700200016003200250020002000145011501600115090040003000
40Г2Н67392733,519,522001700135026002100170016501200950130095075033002500
М, НВ3311129554663838003100270046003800330029002300190023001900150058004600
45Г2Н70412835202300175014002700210017501750125010001400100080034002600
М, НВ29585703442,524,52900210017003500145021002200155012001750125095044003300
33ХСН603021261519001350105023001650130014001000750115065060028002000
М907036452630002200180036002800220023001650130018001350105045003300
38ХСУ957537472832002300185039002900230024001750140019001400110048003500
18ХГТН70432835202300175014002700210017501700125010001400100080034002600
Ц-М591008040502933002500200040003100250025001850145020001450115049003800
30ХГТМ4312510550623643003100250051003900310032002300180026001850140064004600
Ц-М591108044553237002700220044003400270028002000160022001600125055004100
20ХГНРМ40130120526537,545003300260054004100320034002300170027001800135068005000
М501451405872,54250003600290060004500360038002700210030002150170075005400
40ХФАМ30907536452632002300180038002800220024001700130019001350105048003400
М5016013064804855004100320066005000400041003100240033002400195082006100
30ХММ95753847,5233200240019003900300024002400155011501900125090048003600
35ХММ, НВ270100854050293400250020004100310025002600185014502000130095052003800
М5016014064804855004100320066005000400042003100240033002500200082006100
40ХНН7846313922,52600195016003100240019501900140011001550115090039002900
М43120100486034,541003100240049003700300031002200170025001750135062004600
12ХН2М80603240232700200016003200250020002000145011501600115090040003000
Ц-М5980603240232700200016003200250020002000145011501600115090040003000
12ХН3АУ957038472732002400190038002800230024001750140019001400110048003000
ТВЧ591008540503034002600200041003100250025001900150020001500120051003800
20Х2Н4АТВЧ5968452734202300170013502700210017001700125010001400100080034002600
Ц-М591108544553237002700220044003400270028002000160022001600125055004100
М130110526537,544003300260053004000320033002400190026001900150066005000
20ХГСАМ80653240232700200016003300250020002000145011501600115090041003000
30ХГСО603624301720001500120024001850150015001100850120090070030002200
30ХГСАУ1108544553237002700220044003400270028002000160022001600125055004100
М4615013060754351003800300062004700380039002700210031002200170076005700
38Х210М80703240232800200016003300250020002000150011501700120095041003000
М907536452631002400190037002900240023001700135018501400110046003600
50ХФА14959М13011052653444003300260054004000320034002200170026001800135066005000
М4615013060753652003800300062004700380039002400180031002000145077005700
60С2М, НВ26913012052653444003300260054004000320034002200170026001800135067005000
60С2АМ, НВ269160140648046,555004000320066005000400041003000230033002400185082006000
ШХ15801О603824301820001500120024001800150015001100900120090075030002200
М62220170466633740035002300890048003300550025001650440020001300110005200

наверх

для титана и его сплавов

ВТ1-0, ОТ4-0, АТ3, ВТ1-00:

  1. При расчетных температурах ниже 20 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как при 20 °С, при условии допустимости применения материала при данной температуре.
  2. Для поковок и прутков допускаемые напряжения умножаются на 0,8.

II. Определения и обозначения:

Re/20 — минимальное значение предела текучести при температуре 20 °C, МПа; Rр0,2/20 — минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2% при температуре 20 °С, МПа. допускаемое напряжение — наибольшие напряжения, которые можно допустить в конструкции при условии его безопасной, надежной и долговечной работы. Значение допускаемого напряжения устанавливается путем деления предела прочности, предела текучести и пр. на величину, большую единицы, называемую коэффициентом запаса. расчетная температура — температура стенки оборудования или трубопровода, равная максимальному среднеарифметическому значению температур на его наружной и внутренней поверхностях в одном сечении при нормальных условиях эксплуатации (для частей корпусов ядерных реакторов расчетная температура определяется с учетом внутренних тепловыделений как среднеинтегральное значение распределения температур по толщине стенки корпуса (ПНАЭ Г-7-002-86, п.2.2; ПНАЭ Г-7-008-89, прил.1).

Расчетная температура

  • [1],п.5.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом температурных воздействий.
  • [1],п.5.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний, или опыта эксплуатации аналогичных сосудов.
  • За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшую температуру стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.
  • [1],п.5.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.
  • При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.
  • [1],п.5.4. Если сосуд или аппарат эксплуатируются при нескольких различных режимах нагружения или разные элементы аппарата работают в разных условиях, для каждого режима можно определить свою расчетную температуру (ГОСТ-52857.1-2007, п.5).

III. Примечание:

Блок исходных данных выделен желтым цветом, блок промежуточных вычислений выделен голубым цветом, блок решения выделен зеленым цветом.

Каким образом производится испытание на прочность

Прочностные испытания на сопротивление разрыву проводятся на специальных испытательных стендах. В них неподвижно закрепляется один конец испытываемого образца, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создает плавно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, или же на его изгиб или скручивание.
Испытание на разрыв

Электронная система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и другие виды деформации образца.

Вредные примеси

К ним в первую очередь относятся: фосфор,

который образуя раствор с ферритом, повышает хрупкость стали, особенно при пониженных температурах (хладноломкость) и снижает пластичность при повышенных;

сера,

делающая сталь красноломкой (склонной к образованию трещин при температуре 800 — 1000 С) вследствие образования легкоплавкого сернистого железа. Поэтому содержание серы и фосфора в стали ограничивается; так в углеродистой стали Ст 3 серы до 0,05 % и фосфора до 0,04 %.

Вредное влияние на механические свойства стали оказывает насыщение ее газами, которые могут попасть из атмосферы в металл, находящийся в расплавленном состоянии. Кислород действует подобно сере, но в более сильной степени и повышает хрупкость стали. Несвязанный азот также снижает качество стали. Водород хотя и удерживается в незначительном количестве (0,0007 %), но концентрируясь около включений в межкристаллических областях и располагаясь преимущественно по границам блоков, вызывает в микрообъемах высокие напряжения, что приводит к снижению сопротивления стали, хрупкому разрушению, снижению временного сопротивления и пластических свойств стали. Поэтому расплавленную сталь (например при сварке) необходимо защищать от воздействия атмосферы.

Условный предел текучести

Кроме предела прочности, в инженерных расчетах широко применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σт. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое необходимо создать в материале, для того, чтобы деформация продолжала расти без наращивания нагрузки. Это состояние материала непосредственно предшествует его разрушению.

На микроуровне при таких напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решетке, а на оставшиеся связи увеличивается удельная нагрузка.

Легирующие добавки в составе сплавов

Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:

  • Хром. Применяется для повышения прокаливаемости и твердости. Доля — 0,8-0,2%.
  • Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Доля — 0,003%.
  • Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля — 0,1%.
  • Молибден. Повышает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, снижает хрупкость. Доля — 0,15-0,45%.
  • Ванадий. Улучшает прочностные параметры и упругость. Доля — 0,1-0,3%.
  • Никель. Способствует росту прочностных характеристик и прокаливаемости, однако при этом ведет к увеличению хрупкости. Этот эффект компенсируют одновременным добавлением молибдена.

Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.

Использование свойств металлов

Два важных показателя – пластичность и ПП – взаимосвязаны. Материалы с большим первым параметром намного медленнее разрушаются. Они хорошо меняют свою форму, подвергаются различным видам металлообработке, в том числе объемной штамповке – поэтому из листов делают элементы кузова автомобиля. При малой пластичности сплавы называют хрупкими. Они могут быть очень твердыми, но при этом плохо тянуться, изгибаться и деформироваться, например, титан.

Сопротивление

Есть два типа:

  • Нормативное – прописано для каждого типа стали в ГОСТах.
  • Расчетное – получается после вычислений в конкретном проекте.

Первый вариант скорее теоретический, для практических задач используется второй.

Модуль упругости Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона значения (Таблица)

Упругие свойства тел

Ниже приводятся справочные таблицы общеупотребительных констант; если известны две их них, то этого вполне достаточно для определения упругих свойств однородного изотропного твердого тела.
Модуль Юнга или модуль продольной упругости в дин/см2.

Модуль сдвига или модуль кручения G в дин/см2.

Модуль всестороннего сжатия или модуль объемной упругости К в дин/см2.

Коэффициент Пуассона µ равен отношению поперечного относительного сжатия к продольному относительному растяжению.

Для однородного изотропного твердого материала имеют место следующие соотношения между этими константами:

Коэффициент Пуассона имеет положительный знак, и его значение обычно заключено в пределах от 0,25 до 0,5, но в некоторых случаях он может выходить за указанные пределы. Степень совпадения наблюдаемых значений µ и вычисленных по формуле (b) является показателем изотропности материала.

Таблицы значений Модуля упругости Юнга, Модуля сдвига и коэффициента Пуассона

Курсивом даны значения, вычисленные из соотношений (a), (b), (c).

Материал при 18°СМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.Коэффициент Пуассона µМодуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.
Алюминий7,052,620,3457,58
Висмут3,191,200,3303,13
Железо21,28,20,2916,9
Золото7,82,70,4421,7
Кадмий4,991,920,3004,16
Медь12,984,8330,34313,76
Никель20,47,90,28016,1
Платина16,86,10,37722,8
Свинец1,620,5620,4414,6
Серебро8,273,030,36710,4
Титан11,64,380,3210,7
Цинк9,03,60,256,0
Сталь (1% С) 1)21,08,100,29316,88
(мягкая)21,08,120,29116,78
Константан 2)16,36,110,32715,7
Манганин12,44,650,33412,4
1) Для стали, содержащий около 1% С, упругие константы, как известно , меняются при термообработке.

Экспериментальные результаты, приводимые ниже, относятся к обычным лабораторным материалам, главным образом проволокам.

ВеществоМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.Модуль сдвига G, 1011 дин/см2.Коэффициент Пуассона µМодуль объемной упругости К, 1011 дин/см2.
Бронза (66% Cu)-9,7-10,23,3-3,70,34-0,4011,2
Медь10,5-13,03,5-4,90,3413,8
Нейзильбер1)11,64,3-4,70,37
Стекло5,1-7,13,10,17-0,323,75
Стекло иенское крон6,5-7,82,6-3,20,20-0,274,0-5,9
Стекло иенское флинт5,0-6,02,0-2,50,22-0,263,6-3,8
Железо сварочное19-207,7-8,30,2916,9
Чугун10-133,5-5,30,23-0,319,6
Магний4,251,630,30
Бронза фосфористая2)12,04,360,38
Платиноид3)13,63,60,37
Кварцевые нити (плав.)7,33,10,173,7
Резина мягкая вулканизированная0,00015-0,00050,00005-0,000150,46-0,49
Сталь20-217,9-8,90,25-0,3316,8
Цинк8,73,80,21
1) 60% Cu, 15% Ni, 25% Zn 3) Нейзильбер с небольшим количеством вольфрама.
ВеществоМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.ВеществоМодуль Юнга E, 1011 дин/см2.
Цинк (чистый)9,0Дуб1,3
Иридий52,0Сосна0,9
Родий29,0Красное дерево0,88
Тантал18,6Цирконий7,4
Инвар17,6Титан10,5-11,0
Сплав 90% Pt, 10% Ir21,0Кальций2,0-2,5
Дюралюминий7,1Свинец0,7-1,6
Шелковые нити10,65Тиковое дерево1,66
Паутина20,3Серебро7,1-8,3
Кетгут0,32Пластмассы:
Лед (-20С)0,28Термопластичные0,14-0,28
Кварц7,3Термореактивные0,35-1,1
Мрамор3,0-4,0Вольфрам41,1
1) Быстро уменьшается с увеличением нагрузки 2) Обнаруживает заметную упругую усталость
Температурный коэффициент (при 150С) Et=E11 (1-ɑ (t-15)), Gt=G11 (1-ɑ (t-15))Сжимаемость k, бар-1 (при 7-110С)
ɑ, для Еɑ, для G
Алюминий4,8*10-45,2*10-4Алюминий1,36*10-6
Латунь3,7*10-44,6*10-4Медь0,73*10-6
Золото4,8*10-43,3*10-4Золото0,61*10-6
Железо2,3*10-42,8*10-4Свинец2,1*10-6
Сталь2,4*10-42,6*10-4Магний2,8*10-6
Платина0,98*10-41,0*10-4Платина0,36*10-6
Серебро7,5*10-44,5*10-4Стекло флинт3,0*10-6
Олово5,9*10-4Стекло немецкое2,57*10-6
Медь3,0*10-43,1*10-4Сталь0,59*10-6
Нейзильбер6,5*10-4
Фосфористая бронза3,0*10-4
Кварцевые нити-1,5*10-4-1,1*10-4
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]
Для любых предложений по сайту: [email protected]