Отраслевой блог

Главная / Блог / Отраслевой блог / Предел прочности против предела текучести: что на самом деле несут грузовые ремни и стропы
Отраслевой блог Отраслевой блог Отраслевой блог
Отраслевой блог Отраслевой блог Отраслевой блог
Отраслевой блог

Предел прочности против предела текучести: что на самом деле несут грузовые ремни и стропы

Водитель бортовой платформы однажды спросил, почему 2-дюймовые ремни с надписью «10 000 фунтов» на его прицепе нельзя использовать для подъема машины массой 10 000 фунтов с палубы. С ремнями все в порядке. Проблема заключалась в том, что слово «сила» выполняет две разные функции: число, напечатанное на лямке, получено в результате испытания на растяжение, которое заканчивается переломом, в то время как нагрузка, которую ремень несет каждый день, должна оставаться намного ниже точки, при которой лямка перестает восстанавливаться.

Этот разрыв имеет название в области материаловедения и измеряется двумя свойствами: предел текучести и предел прочности . Знание того, где находится каждый из них на кривой напряжения-деформации, отличает безопасный план крепления от этикетки, которую неправильно читают.

Предел прочности и предел текучести: краткий ответ

Предел текучести — это напряжение, при котором материал перестает вести себя упруго и начинает постоянно деформироваться. Ниже этой точки ремень растягивается под нагрузкой и возвращается к своей первоначальной длине, когда нагрузка снимается. Выше него остается часть участка.

Предел прочности, точнее, предел прочности при растяжении (UTS), — это наибольшее напряжение, которого достигает материал при испытании на растяжение. Как только кривая проходит этот пик, образец сужается и затем разрушается.

  • Для пластичных материалов предел прочности всегда равен большему из двух чисел.
  • Предел текучести определяет, когда необратимая деформация является отказом, который вы не можете принять: растянутый ремень, изогнутый кронштейн, нагрузка, которая смещается из-за потери натяжения.
  • Предел прочности определяет, когда разрушение является разрушением, которое вы не можете принять, и само по себе оно никогда не становится рабочим пределом; стандарты продукции делят его в первую очередь по коэффициенту безопасности.

Практическое правило: текучесть определяет, будет ли деталь прилегать и удерживать напряжение, растяжение решает, сломается ли она, а коэффициент запаса прочности — это расстояние, которое проектировщик сохраняет между ними.

Чтение кривой напряжения-деформации

При испытании на растяжение образец растягивается с контролируемой скоростью и регистрируется напряжение (сила, деленная на исходное поперечное сечение) от деформации (расширение, деленное на исходную длину). Кривая имеет три узнаваемых этапа.

  1. Упругая стадия: линия прямая, напряжение пропорционально деформации, разгрузка возвращает образец к исходной длине.
  2. Стадия текучести и пластичности: кривая отклоняется от прямой, деформация становится постоянной, а деформационное упрочнение еще больше увеличивает напряжение по мере увеличения растяжения.
  3. Образование шейки и разрушение: после пика поперечное сечение локально сужается, инженерное напряжение падает, и образец разрушается.
Предел текучести Предельная прочность на растяжение Перелом Эластичная область Пластическая деформация Стресс Штамм
Схематическая инженерная кривая напряжения-деформации для пластичного материала; абсолютные значения различаются в зависимости от материала и стандарта изделия.

При чтении данных поставщика имеют значение два соглашения. Металлам без острого предела текучести, включая большинство алюминиевых сплавов и многие стали, назначается предел текучести со смещением 0,2%: напряжение, при котором кривая отклоняется на 0,2% от линии упругости. А падение после пика частично является геометрическим, поскольку инженерное напряжение рассчитывается на исходной площади, даже если реальная площадь уменьшается.

О чем говорит предел текучести на практике

Конструкторы поддерживают эксплуатационные нагрузки ниже предела текучести для всего, что должно сохранять свою форму: рамы прицепов, анкерных кронштейнов, рельсов E-track, крюков. Крюк, который однажды поддался, изменил геометрию и неизвестный путь нагрузки, поэтому деформация рассматривается как повреждение, а не как нормальный износ.

Текстиль ведет себя по-другому. Лента из полиэстера не имеет чистого предела текучести; нити расползаются и затвердевают при повторяющихся нагрузках, а поставщики публикуют данные о прочности на разрыв и относительном удлинении при увязке вместо показателей текучести. Этот принцип по-прежнему действует на дороге: лямка, неоднократно выходя за пределы диапазона упругости, становится длиннее, собачка храпового механизма теряет предварительную нагрузку, и водителю приходится останавливаться и повторно натягивать. Это означает, что предел текучести проявляется как проблема с графиком, а не как сломанная деталь.

О чем говорит предел прочности на практике

Предельная прочность на разрыв – это максимум, а не допуск. Он знаменует конец полезной нагрузки и в случае с пластичными материалами приходит с видимым предупреждением: ремень удлиняется, краска трескается, звено цепи растягивается. В хрупких материалах, таких как некоторые отливки и закаленные изделия, текучесть и предел прочности находятся близко друг к другу, поэтому предупреждений почти нет, поэтому на эти изделия распространяются более широкие коэффициенты безопасности и требования к периодическим проверкам.

Данные о растяжении передаются надежно только тогда, когда вместе с ними перемещается метод испытаний. Испытания металлов на растяжение проводятся в соответствии с ASTM E8 или ISO 6892-1, а лямки тестируются на соответствие соответствующему стандарту на продукцию, например EN 12195-2 для крепежных ремней. Сравнение прочности на разрыв, указанной по одному методу, с рейтингом, полученным по другому, является распространенной ошибкой при закупках.

Предел текучести и предел прочности на разрыв: краткий обзор

Сравнение предела текучести и прочности на разрыв, как они определены, проверены и используются для крепления грузов и подъемных устройств.
Вопрос Предел текучести Предел прочности
Что он измеряет Стресс at the onset of permanent deformation Максимальное напряжение, зафиксированное до перелома
Положение на кривой Конец эластичной линии Пик кривой перед образованием шейки
Типичные отношения Более низкое значение для пластичных материалов Более высокая стоимость; запас между ними - пластичность
Отказ в случае превышения Растяжение, провисание, потеря предварительного натяга, смещение Сжатие и возможный разрыв
Как это используется Сохраняет форму деталей и натяжение ремней. Делится на стандартный коэффициент безопасности для определения рейтинга.
Где ты это видишь Кронштейны, рельсы, крюки, рама стальная Этикетки на лямках, стропах, цепях и ремнях

От номера материала до номинальной мощности

Ни один стандарт на продукцию не позволяет пользователю работать с пределом прочности на разрыв. Каждый стандарт устанавливает соотношение между пределом прочности компонента и номинальным значением, указанным на этикетке, и это соотношение соответствует тому, где данные о материале соответствуют закупкам.

Для крепежных ремней, соответствующих стандарту EN 12195-2, маркированная сила крепления (LC) не может превышать половину прочности ремня на разрыв, а на этикетке также указано стандартное усилие натяжения (STF), которое не должно превышаться при ручном натяжении. Таким образом, полиэфирная лента шириной 50 мм с маркировкой LC 2500 даН имеет прочность на разрыв не менее 5000 даН. В Северной Америке рекомендации WSTDA действуют с расчетным коэффициентом 3:1, поэтому 2-дюймовый ремень, рекламируемый с разрывным усилием 10 000 фунтов, обычно рассчитан на рабочую нагрузку около 3 333 фунтов.

Крепежные ремни (EN 12195-2) 2:1 Привязки для Северной Америки (руководство WSTDA) 3:1 Цепные стропы класса 80 (EN 818-4) 4:1 Подъемные стропы из полиэстера (EN 1492-1) 7:1
Факторы безопасности, применяемые соответствующими стандартами на продукцию: отношение прочности на разрыв к указанному рабочему классу.

С точки зрения производства выбрана высокопрочная полиэфирная лента именно потому, что она обеспечивает большую прочность на разрыв на грамм пряжи, что позволяет ремню оставаться легким, оставляя при этом запас высоты, превышающий его способность крепления. Прочный 3-дюймовый ремешок такой конструкции является хорошим примером продукта, этикетка которого, протокол испытаний и стандарт должны соответствовать друг другу.

3-Inch Polyester Ratchet Tie-Down Strap with Double J-Hooks 3-дюймовый полиэстеровый ремень с храповым механизмом и двойными J-образными крючками 3-дюймовый ремень из высокопрочного полиэстера с двойными J-образными крючками, длиной 27 футов, пределом рабочей нагрузки 5400 фунтов и разрывной нагрузкой 16200 фунтов для крепления тяжелых грузов. Посмотреть продукт →

Куда на самом деле идет нагрузка

Прочность крепежного узла зависит от пути его нагрузки. Сила поступает через лямку или цепь, проходит через пряжку, крюк или дужку и выходит через точку крепления на транспортном средстве или крюк крана. Каждый интерфейс перераспределяет напряжение, а острые края концентрируют его, что является ежедневной проблемой. грузоперевозки и перевозки работа.

ЗАГРУЗИТЬ Ремень в натяжении Пряжка с трещоткой
Путь нагрузки типичного двухременного ремня: лямка несет натяжение, пряжка удерживает предварительную нагрузку, якорь передает усилие на транспортное средство.

Лямка — самый чувствительный элемент в этой цепи. Пряжа несет нагрузку по всей своей длине, поэтому порезы, следы истирания или участки, поврежденные УФ-излучением, уменьшают эффективное поперечное сечение, а вместе с ним и запас прочности выше рабочего номинала. Защитные края и углы существуют по той же причине: они превращают линейный контакт в контакт с площадкой и предотвращают разрезание ленты ниже ее номинальной прочности.

Подъемное оборудование следует той же логике с более широкими передаточными числами. Плоские и круглые стропы из полиэстера в соответствии с EN 1492-1 имеют коэффициент прочности 7:1, поэтому предельная рабочая нагрузка в 5 тонн подкрепляется примерно 35 тоннами прочности на разрыв. Плоские лямочные стропы являются наиболее распространенным выбором для такелажа общего назначения, поскольку они распределяют нагрузку по широкой площади контакта и дают четкое предупреждение перед выходом из строя.

High-Tenacity Polyester Flat Webbing Lifting Sling Высокопрочный плоский подъемный строп из полиэстера Черный бесконечный плоский строп длиной 6 м, 75 мм, с пределом рабочей нагрузки 8 т и разрывной нагрузкой 13,7 т для тяжелого промышленного подъема. Посмотреть продукт →

Цепочка следует аналогичной, но более плотной схеме. Цепные стропы класса 80 в соответствии с EN 818-4 имеют коэффициент сжатия 4:1 и перед поставкой проходят испытания на пробную нагрузку. Поскольку на кованом звене очень мало признаков пластика перед разрушением, пользователи цепей полагаются на интервалы проверки, критерии бракования и отслеживаемость, а не на визуальное растяжение.

Grade 80 Alloy Steel Hoisting and Tie-Down Chain Подъемно-стяжная цепь из легированной стали марки 80 Цепь из легированной стали марки 80 с грейферным крюком с серьгой, предлагаемая в различных размерах для буксировки, такелажа и крепления грузов при промышленных и сельскохозяйственных работах. Посмотреть продукт →

Что проверить перед утверждением спецификации

  • Отдельно запрашивайте прочность на разрыв и предел рабочей нагрузки, а также коэффициент, примененный поставщиком.
  • Подтвердите, какому стандарту соответствует этикетка: EN 12195-2, AS/NZS 4380 или рекомендациям WSTDA, поскольку на одной и той же ширине ремня могут быть указаны разные номинальные значения.
  • Проверьте единицы измерения: даН, фунт-сила и кг указаны рядом на импортных этикетках, а 1 даН равен примерно 2,25 фунт-силы.
  • Запросите отчеты об испытаниях партий и отслеживание, особенно для цепей и кованых изделий, где текучесть и прочность на разрыв близки друг к другу.
  • Сопоставьте продукт с задачей: крепежный ремень не является подъемным стропом, а подъемный строп не является буксирным ремнем.

Техника натяжения имеет такое же значение, как и данные о материале. Ремешок, затянутый за пределы STF, изнашивается быстрее и быстрее теряет предварительную нагрузку, о чем рассказывается в нашем руководстве по правильно использовать ремни с храповым механизмом .

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1. Всегда ли предел текучести ниже предела прочности при растяжении?
В пластичных материалах, таких как мягкая сталь, алюминий и полиэфирные ленты, да. В хрупких материалах эти два значения находятся близко друг к другу, поэтому перед разрушением практически не наблюдается пластического предупреждения.
В2. В чем разница между пределом прочности и пределом текучести на этикетке ремня?
На этикетке указан рабочий рейтинг, а не прочность материала. Удерживающая способность зависит от прочности на разрыв по стандартному коэффициенту, поэтому напечатанное значение находится значительно ниже точки разрыва.
Вопрос 3. Является ли предел прочности более важным, чем предел текучести для крепления груза?
Ни один в одиночку. От предела текучести зависит, сохранит ли фитинг свою форму, а натяжение — натяжение; предел прочности определяет потолок, от которого рассчитывается коэффициент запаса прочности.
Вопрос 4. Какой коэффициент безопасности применяется к подъемным стропам по сравнению со стяжными ремнями?
Полиэстеровые стропы имеют коэффициент 7:1 по стандарту EN 1492-1, а цепные стропы класса 80 — 4:1 по стандарту EN 818-4, а крепежные ремни — 2:1 по стандарту EN 12195-2. Подъемные силы имеют более высокий коэффициент, поскольку люди работают под нагрузкой.
Вопрос 5. Как преобразовать разрывное усилие в предел рабочей нагрузки?
Разделите на соотношение, указанное в применимом стандарте. Разрывное усилие 50 кН обеспечивает прочность крепления 25 кН при соотношении 2:1, или предел рабочей нагрузки около 7,1 кН, когда то же значение используется в качестве стропа 7:1.
Вопрос 6. Изменяют ли воздействие тепла и ультрафиолета текучесть и прочность на разрыв?
Да. Повышенная температура обычно сначала снижает предел текучести, а затем прочность на разрыв, а длительное воздействие ультрафиолета ухудшает качество полиэфирной ленты. Оба эффекта являются кумулятивными, поэтому интервалы между проверками имеют большее значение, чем первоначальная этикетка на старом оборудовании.