Что такое машина для испытаний на растяжение?

Машина для испытаний на растяжение — это устройство, которое измеряет механические свойства материала.

В машине для испытаний на растяжение используется либо электромеханическая, либо гидравлическая система для приложения растягивающей нагрузки к испытательному образцу до разрушения.

Во время испытания машина для определения прочности на растяжение будет регистрировать скорость удлинения, изменение длины и приложенную нагрузку, которые можно использовать для определения свойств материала образца.

Как работает машина для испытаний на растяжение?

Прибор для испытаний на растяжение работает, захватывая образец известного поперечного сечения, а затем растягивая его с заданной скоростью до разрушения.

Результат испытания на растяжение можно интерпретировать для определения предела прочности при растяжении, относительного удлинения и жесткости.

Многие тестеры на растяжение также могут выполнять сжатие. Для испытания на сжатие установка такая же, но действует в обратном порядке и использует разные захваты для удержания материала.

Для чего используется машина для испытаний на растяжение?

Машины для испытаний на растяжение используются для определения механических свойств материала, включая предел текучести, предел прочности при растяжении и пластичность. Ниже перечислены области применения машин для испытаний на растяжение:

Выбор материалов для инженерных приложений.
Гарантия качества материала.
Сравнение свойств новых материалов или процессов.
Определить поведение материала под нагрузкой.

Каково значение машины для испытаний на растяжение?

Важно использовать машину для испытаний на растяжение, чтобы определить свойства и поведение материала.

Необходимо провести испытания на растяжение для определения механических свойств, чтобы можно было выбрать правильные материалы для применения.

Почему важен тест на прочность на растяжение?

Испытание на прочность на растяжение важно, потому что его можно использовать для понимания того, как ведет себя материал.

Испытание на растяжение имеет основополагающее значение для понимания основных механических свойств материала.

Производители должны полностью понимать механические свойства материала при выборе его для применения.

Какое значение имеет машина для испытаний на растяжение в 3D-печати?

Важно использовать испытания на растяжение для 3D-печатных материалов, чтобы определить свойства материала детали.

Поскольку детали, изготовленные с помощью 3D-печати, обладают анизотропными характеристиками, для их полного понимания требуется более тщательное тестирование.

Для 3D-печатных материалов потребуется множество тестов на растяжение, чтобы полностью понять свойства материала.

Типы машин для испытаний на растяжение

Существует два основных типа машин для испытаний на растяжение, перечисленных ниже:

Гидравлические машины для испытаний на растяжение

Гидравлическая машина для испытаний на растяжение представляет собой устройство, использующее гидравлическую систему для приложения растягивающей нагрузки к испытательному образцу для определения его свойств.

Гидравлические устройства для испытаний на растяжение основаны на поршне одинарного или двойного действия, который использует закон Паскаля для приложения большой силы к образцу.

В гидравлической сервосистеме для регулировки скорости движения гидравлической жидкости используется электронный сервоклапан.

Эта регулировка контролирует скорость загрузки. Гидравлические испытательные машины предназначены для испытаний металлов и бетона.

Электромеханические машины для испытаний на растяжение

Электромеханический тестер на растяжение представляет собой устройство, в котором используется двигатель с регулируемой скоростью для приложения требуемой растягивающей нагрузки для испытания.

Машина работает с использованием электродвигателя с регулируемой скоростью, который соединяется с 1–4 винтами, используемыми для перемещения крейцкопфа через редуктор.

Микропроцессор используется для управления двигателем с переменной скоростью и регулировки скорости крейцкопфа. Электромеханические испытательные машины предназначены для испытаний: полимеров, эластомеров, композитов и текстиля.

Каковы компоненты машины для испытаний на растяжение?

Машина для испытаний на растяжение представляет собой металлическую нагрузочную раму, в которой используется пара захватов для разделения образца с помощью подвижной и статической траверсы.

На рисунке ниже показаны части машины для испытаний на растяжение:

Частями машины для испытания на растяжение являются:

Тензодатчик
Экстензометр
Захваты для образцов
Перемещение траверсы
Электроника
Нагрузочная рама
Система сбора данных

Как можно использовать данные испытаний на растяжение при разработке продукта?

При разработке продукта испытания на растяжение могут использоваться для проверки основных механических свойств материала, который будет использоваться в продукте.

Всякий раз, когда новый материал будет использоваться в продукте, будь то часть нового или существующего продукта, необходимо провести испытание на прочность на растяжение, чтобы убедиться, что материал соответствует назначению.

Однако иногда материал остается прежним, а применение меняется. Это изменит рабочую среду детали, что также потребует нового тестирования для подтверждения работоспособности детали.

Как использовать машину для испытаний на растяжение?

Для проведения испытания на растяжение оператор загружает образец в два захвата образца машины. После загрузки образца оператор выбирает правильную скорость движения для типа материала.

Затем тестер разделяет образец до разрушения. Экстензометр запишет пройденное расстояние и отобразит движение на графике в электронном виде. После завершения графические результаты интерпретируются, чтобы понять свойства и поведение материала.

Как подготовить материалы для испытаний на растяжение?

Чтобы подготовить материал, готовый к тестированию, материалу придают форму, напоминающую «гантель» или «собачью кость».

Подготовка материала таким образом дает захватам пару «плеч», за которые они могут держаться, чтобы разорвать образец.

Придание образцу формы «гантели» гарантирует, что образец не выдержит испытания в узком сечении.

Какие материалы можно испытывать с помощью машины для испытаний на растяжение?

Типы материалов, которые могут быть испытаны, перечислены ниже:

1. Керамика

Керамика — это неметаллическое неорганическое твердое вещество, обычно хрупкое. Керамика тестируется с использованием того же процесса, что и металлы, в которых используется образец в форме «собачьей кости».

Однако испытания керамики на растяжение трудны и редки из-за хрупкости большинства керамик. Хрупкость керамики означает, что трудно формировать образцы, захватывать их или правильно выровнять напряжения нагрузки, не разрушая их до проведения испытания.

В то время как наиболее часто используемый керамический материал, бетон, имеет очень низкую прочность на растяжение в диапазоне 2-5 МПа, существуют также передовые керамики, включая оксид алюминия и диоксид циркония, которые могут иметь прочность на растяжение до 1138 МПа и 551 МПа соответственно.

2. Текстиль

Текстиль относится к любому волокнистому материалу. Сюда входят пряжа и ткани. Материалы могут быть ткаными, неткаными или в виде пленок или листов.

Текстильные изделия можно тестировать влажными или сухими, и использовать различные стандарты в зависимости от используемого материала и условий.

Эти материалы испытываются на прочность на разрыв. Текстиль испытывается перед включением в композит, такой как армированный волокном полимер или эластомер.

Лен может испытывать предел прочности при растяжении 280 МПа, а нейлон имеет прочность 60–90 МПа.

3. Металлы

Металлы — это материалы, которые имеют металлическую атомную связь, хорошо проводят электричество и тепло.

Металлы являются самыми простыми материалами для тестирования, поскольку образцы легко превращаются в образцы для испытаний собачьей кости.

Их обычно тестируют, чтобы понять их свойства для использования в структурных компонентах. Металлы тестируются для использования практически во всех отраслях промышленности, включая автомобильную, авиационную, морскую, медицинскую и строительную.

Единственная проблема при испытании металлов заключается в том, что некоторые высокопрочные стали вызывают отклонение в испытательной машине, вызывая неточности.

Прочность на растяжение меди составляет примерно 220 МПа, тогда как титановый сплав может быть 900 МПа.

4. Полимеры

Полимеры представляют собой синтетические материалы, состоящие из мономерной цепи. Они обладают широким спектром свойств: некоторые из них чрезвычайно эластичны, а некоторые чрезвычайно хрупки.

Некоторые хрупкие пластмассы не имеют значительного предела текучести, при котором материал переходит от упругой деформации к пластической деформации.

По этой причине для определения предела текучести этих материалов используется заданная деформация, то есть менее 0,5%.

Полимеры тестируются, чтобы понять их использование в полимерных композитах. Они различаются по прочности на растяжение, но, как правило, довольно слабые. Например, АБС-пластик имеет предел прочности на разрыв 40 МПа.

5. Композиты

Композиты — это два материала, которые при соединении создают материал с более желаемыми свойствами. Обычно они относятся к армированному волокном пластику.

Композиты могут быть испытаны в различных условиях: одна нить, нить из нитей, однонаправленный ламинат, разнонаправленный ламинат, пара скрепленных болтами ламината или склеенные ламинаты.

Поскольку композиты анизотропны, их можно тестировать для определения их свойств в различных ориентациях.

Композиты тестируются для использования в приложениях, включая аэрокосмическую и высокопроизводительную автомобильную промышленность. Стандартное углеродное волокно может иметь максимальную прочность на растяжение 600 МПа.

6. Эластомеры

Эластомеры имеют очень похожий состав на полимеры, за исключением того, что они имеют меньше поперечных связей, что делает их менее жесткими и более эластичными.

Эластомеры очень чувствительны к выбранной скорости удлинения и температуре, при которой проводится испытание.

Они широко используются в качестве шин и изделий из латекса. Полиизопрен (твердая резина) имеет предел прочности при растяжении около 39 МПа, что ниже, чем у большинства пластиков.

Отличаются ли машины для испытаний на растяжение в зависимости от материала?

Нет, машины для испытаний на растяжение в основном изготавливаются из алюминия и стали, поскольку эти материалы прочные и жесткие, что сводит к минимуму прогиб во время испытаний.

Могут ли машины для испытаний на растяжение определить причины разрушения материала?

Нет, машины для испытаний на растяжение нельзя использовать для определения причин разрушения материала.

Машины для испытаний на растяжение можно использовать для имитации разрушения образцов под действием растягивающей нагрузки. Но это не может определить причину уже вышедшей из строя детали.

Приборы для испытаний на растяжение можно использовать для облегчения анализа отказов, чтобы показать, как ведут себя материалы, но они не могут окончательно показать, что вызвало отказ материала.

Можно ли тестировать биоматериалы с помощью машин для испытаний на растяжение?

Да, биоматериалы можно испытывать с помощью машин для испытаний на растяжение.

Для того чтобы медицинское устройство было должным образом квалифицировано для использования, биоматериал, который оно заменяет, должен быть полностью понят. Кости, костная ткань и связки — все это биоматериалы, которые испытываются на машине для испытаний на растяжение.

Преимущества машины для испытаний на растяжение?

Преимущество использования машины для испытаний на растяжение заключается в возможности понять свойства и поведение ряда материалов. Другие преимущества использования испытаний на растяжение включают возможность:

Проверьте качество материала.
Выявление дефектов материала.
Выявление дефектов конструкции.
Найдите новые материалы для использования в продукте.
Квалифицируйте деталь или материал для нового применения.

Недостатки машины для испытаний на растяжение

Самым большим ограничением испытаний на растяжение является то, что это разрушающий метод испытаний, означающий, что испытуемую деталь нельзя использовать. Другие ограничения испытаний на растяжение включают:

Существует ограничение на размер проверяемой детали (она не может быть слишком маленькой или слишком большой).
Подготовка образцов для испытаний занимает много времени.
Требует обучения и сохранения квалифицированных кадров.
Это дорогая система для покупки и обслуживания.
Возможно, требуется специальный инструмент для захвата образцов.

Насколько точны машины для испытаний на растяжение?

Машины для испытаний на растяжение являются точной формой испытаний. Большинство современных машин для испытаний на растяжение сконструированы в соответствии со стандартами ISO 6892-1 или ASTM E8.

Чтобы соответствовать этим стандартам, производимые машины должны иметь точность плюс-минус 1% от проверенного измерения.

В этой статье представлены машины для испытаний на растяжение, объяснено, что это такое, и обсуждены их важность и различные типы машин