Подробное описание как выбрать сечение кабеля для гаража или СТО.
При планировании своего СТО или модернизации гаража очень важно продумать как вы подключите оборудование для автосервиса к электросети. Ведь от материала и величины сечения кабеля зависит какие нагрузки сможет выдерживать Ваша сеть, а соответственно какое количество оборудования можно будет подключить и включать одновременно. Ведь в случае неправильно подобранного сечения кабеля по мощности, велика вероятность того, что провода перегорят или будет постоянно «выбивать» автоматы.
Во-первых, необходимо определить общую потребляемую мощность оборудования, которое будет подключатся к кабелю. Для этого необходимо составить перечень всех электроприборов, не забыть учесть возможность расширения и выписать их мощности. Производители всегда крепят бирку с основными характеристиками, именно на этой бирке указана мощность. Бирка находится на самом оборудовании, на его двигателе или в инструкции к прибору.
Мощность прибора измеряется в Ваттax (Вт, W) или в килоВаттax (кВт, kW).
На рисунках приведены примеры расположения и внешнего вида бирок двигателей подъемника автомобильного 2-х стоечного 3,5т 380В TLT-235SB-380 LAUNCH и шиномонтажного стенда LC887E 380V BRIGHT, на которых наглядно видно, как заводы изготовители профессионального оборудования для автосервисов прописывают характеристики.
Просуммировав показания всего оборудования, Вы получите общую мощность, потребляемую в автосервисе, которую необходимо умножить на коэффициент одновременности. Продумайте сколько приборов будет работать одновременно. Если это будет 80% приборов, то коэффициент одновременности для Вашего случая будет соответствовать 0,8.
В таблице находите столбец с соответствующим материалом жилы и напряжением в сети Вашего сервиса и ищете значение мощности (кВт) максимально близкое к полученному в расчете. Необходимое Вам сечение жилы будет в той же строчке что и мощность.
Рекомендуем выбирать кабель с запасом, округлив расчет в большую сторону, на случай если захотите расширится и добавить оборудование.
Как рассчитать мощность кабеля и сечение провода под проводку
Каждый кабель или провод рассчитан на определенную токовую нагрузку, которую он в состоянии выдерживать неограниченно длительный срок, сохраняя электротехнические свойства металла и изоляции. Чем больше заряженных частиц проходит через сечение кабеля, чем выше его сопротивление и больше нагрузка, тем сильнее он будет разогреваться. Зная, как рассчитать мощность кабеля, можно самостоятельно спроектировать или модернизировать электрическую сеть квартиры, коттеджа, дачи, гаража и мастерской так, чтобы при минимальных финансовых вложениях обеспечить эффективность, безопасность и комфортность ее использования.
Провода и кабели
Прежде чем ответить на вопрос, как выбрать сечение провода, надо определиться, что такое провод, чем он отличается от кабеля, в каких случаях необходим провод, а в каких – кабель, какой именно провод нужен? Провод – это одна или несколько изолированных жил-проводников или группа жил, сплетенных между собой и объединенных тонким слоем изоляции. Кабель – это несколько изолированных проводов, заключенных в общую оболочку. К щитку на лестничной клетке подводят силовой кабель. Между щитком и розетками прокладывают провода.
Свойства материала, из которого сделаны токопроводящие жилы провода или кабеля, определяют, сколько энергии сможет передавать проводник:
- В современных квартирах и домах для прокладки электропроводки обычно используют медные провода, удельное сопротивление которых почти в 2 раза ниже алюминиевых. Они пластичны, прочны, легко паяются, свариваются и меньше перегреваются.
- Алюминиевые провода дешевые и легкие, но плохо держат затяжку, быстро окисляются и обладают меньшей, чем у медных электропроводностью.
- Провода с алюминиевыми, покрытыми медью жилами, дешевы, легки, имеют средние по сравнению с медью и алюминием сопротивление и электропроводность.
Чем ниже пропускная мощность кабеля (или провода), тем больше должно быть его сечение.
Что такое сечение провода?
Сечение провода или кабеля – это площадь среза проводника (без учета толщины слоя изоляции), по которому проходит ток. Каждая единица площади может пропустить определенное количество заряженных частиц. Чем толще провод и, соответственно, больше его сечение, тем легче заряженным частицам перемещаться по нему, тем меньше сопротивление, которое они встречают, тем меньше греется провод или кабель, частью которого он является. В зависимости от формы среза жилы значение площади можно вычислить по формулам площади круга, прямоугольника или треугольника, предварительно измерив его диаметр, например, штангенциркулем.
Если вы хотите определить оптимальное сечение провода, токопроводящая жила которого состоит из множества сплетенных между собой проволочек, вычислите сечение одной из таких проволочек и умножьте полученное значение на их количество в жиле. Площади срезов фазных проводов в трехфазном кабеле не суммируются. Количество жил в таком кабеле при расчетах определяется количеством фаз без учета нуля.
Для чего нужен расчет сечения кабеля?
Расчет сечения провода или кабеля позволяет определить максимальную мощность нагрузки электрической сети, организовать бесперебойное безопасное электроснабжение квартиры или дома с учетом потребностей жильцов, обеспечить комфортное применение бытовых приборов.
Что будет, если неправильно рассчитать сечение?
Перегрев проводки не только приведет к изменению вольтамперных характеристик сети, что скажется на работе электрооборудования, но и может оплавить ее изоляцию, спровоцировав КЗ, в результате которого, если пакетник сработает с задержкой, выйдут из строя включенные в сеть приборы, например, заряжающийся от сети ноутбук. Да и сама по себе замена сгоревшей проводки – не самое простое и дешевое мероприятие. Чтобы найти нефункционирующий отрезок цепи под штукатуркой и обоями, придется штробить стену.
Можно, конечно, выбрать в магазине провода с внушительным диаметром, поставить соответствующие оборудованию по мощности пакетники, застраховав себя от необходимости менять проводку из-за того, например, что вы чаще начали пользоваться дрелью или купили микроволновку помощнее. Перегреваться от включения в сеть дополнительных потребителей провода однозначно не будут, с коротким замыканием пакетник справится – сработает электромагнитный расцепитель. Но обойдется такая проводка существенно дороже.
Что влияет на нагрев проводов? Плотность тока
Проводка может перегреваться из-за низкого качества проводов и их соединений, из-за высокой нагрузки на линию в результате короткого замыкания. Усугубляют ситуацию такие факторы, как высокая температура окружающего воздуха, прокладка нескольких проводов в один кабель-канал, расположенные слишком близко греющиеся предметы, нарушение теплообмена электросети с окружающим пространством. Чтобы не допустить ошибок в монтаже и не спровоцировать перегрев проводки, нужно учитывать плотность тока. Плотность тока – это количество зарядов, протекающих в единицу времени через единицу площади.
При открытом расположении проводки оптимальная плотность тока для алюминия составляет 3,5 А/мм2, при закрытом – 3 А/мм2.
Определяем группы потребителей
Рассчитывая сечение кабеля, вы должны учесть, что значение этого параметра определяется по тому из проводов, на который будет приходиться максимальная нагрузка, например, по кухонному, где одновременно в сеть могут быть включены стиральная машина, электрочайник и хлебопечка. Распределение всех, имеющихся в коттедже или квартире потребителей, на группы позволяет максимально экономно и комфортно обустроить электропроводку, разделив ее на несколько отдельных ветвей. Для каждой из таких ветвей в зависимости от мощности комплекта потребителей в цепь встраивается отдельный автомат, что позволяет прокладывать кабель, оптимально соответствующий нагрузке именно этой группы бытовых электроприборов.
Коэффициент спроса Кс дает возможность учесть вероятность включения на продолжительное время сразу всех потребителей выделенной ветви. Сравните значения мощности и приведенной мощности в таблице ниже.
Открытая и закрытая прокладка проводов
При открытой прокладке провода устанавливаются над поверхностью строительных конструкций. При закрытой – прокладываются внутри элементов конструкции строения в специально подготовленных каналах, в пустотах и нишах строительных конструкций, в бороздах под штукатурку, в коробах и трубах. Степень нагрева проводов и кабелей от перегрузки больше зависит не от типа электропроводки, а от теплопроводности среды, в которой она проложена. Чем выше способность соприкасающейся с кабелем или проводом среды отводить тепло, тем быстрее они охлаждаются и тем меньше шансов повреждения изоляции от перегрева при повышенной нагрузке. При открытой прокладке кабель контактирует с циркулирующим воздухом.
Закрытая проводка чаще всего прокладывается в гофре, кабель-каналах или в пустотах строительных конструкций, где провод или кабель также контактируют с воздухом, но уже в закрытом пространстве, где он не циркулирует, а значит, практически не отводит тепло. В соответствии с п.7.1.37 ПУЭ, а также п. 15.5 СП 256.1325800.2016 в зданиях, стены и перекрытия которых выполнены из негорючих или слабогорючих материалов наподобие кирпича или бетона, допускается прокладка проводов и кабелей без дополнительной защиты под штукатуркой или в подстилающем слое пола. В этом случае провода и кабели соприкасаются уже не с воздухом, а с материалом стен и штукатурки, с помощью которой заделали штробу.
Теплопроводность воздуха – 0,0244 Вт/(м∗К). Теплопроводность, например, керамического кирпича начинается от 0,4 Вт/(м∗К), теплопроводность, гипса, составляющего основу штукатурки, – 0,3 Вт/(м∗К). Это значит, что при закрытой прокладке кабеля под штукатуркой в случае перегрузки тепло от него будет отводиться почти в 12 раз быстрее, чем при открытой прокладке. Но если штробу заполнить макрофлексом, теплопроводность которого – 0,03 Вт/(м∗К), то есть чуть больше, чем у воздуха, или проложить провода в кабель-канале, проводка будет перегреваться сильнее, чем при открытой прокладке из-за отсутствия циркуляции.
На фото ниже вы видите открытую проводку, выполненную в стиле ретро.
Выбираем по мощности и длине
Рассчитать сечение провода или кабеля по мощности и длине можно, предварительно определив суммарную мощность всех потребителей в соответствии с данными, указанными в паспорте каждого бытового прибора. Полученное значение нужно умножить на коэффициент спроса, который, если вы не планируете включать одновременно все приборы в доме, можно принять равным 0,8 или определить по приведенной нами выше таблице. Коэффициент запаса позволяет «оставить место» для тех бытовых приборов, которые вы когда-либо купите, и обычно принимается равным 1,5 или 2.
Справка! Следует учесть, что существуют устройства, например, электромоторы, перфораторы, с реактивным видом нагрузки, возвращающие в сеть часть накопленной от источника энергии, тем самым создавая паразитную энергию, которая не может быть использована потребителем и расходуется на нагрев кабеля. Чтобы рассчитать мощность такого прибора, нужно разделить указанную в его паспорте реактивную мощность (она измеряется в ВАрах) на cosφ. При отсутствии значения угла смещения фаз cosφ принимают равным 0,7. Полученный результат суммируется с мощностью остальных потребителей до применения к ним коэффициентов-поправок.
Номинальный ток для проводки с напряжением 220 В определяем делением полученного значения общей мощности на 220 (уточните напряжение в вашей проводке, оно может отличаться). Сечение провода определяем, например, по таблице ниже.
Чтобы убедиться, что потеря напряжения не выше допустимых 5 %, рассчитываем это значение. Оно должно составить не более 5 % от 220 В, то есть 11 В. Делением полученного числа на силу тока, найденную по таблице для запланированной нами нагрузки, получаем сопротивление R, подставляем его в формулу S = R ∗ ρ ∗ L, где ρ – удельное сопротивление материала, из которого сделана токопроводящая жила, L – планируемая длина кабеля, и выводим минимальное значение сечения проводки.
Выбираем по току
Чтобы определить сечение проводки по току, нужно значение суммарной мощности разделить на 0,92 от напряжения в вашей сети или, если речь идет о трехфазном проводе, на 1,7 от напряжения в сети. По полученной силе тока находим значение в приведенной ниже таблице.
Важно! Чтобы выяснить, какой ток должен пропускать провод, не перегреваясь, нужно найти отношение мощности оборудования к напряжению в сети, которое далеко не всегда соответствует идеальному значению 220 В и может отклоняться от него в диапазоне от 190 до 250 В. Если вы хотите, чтобы ваша электропроводка работала безукоризненно, прежде чем приступить к расчетам, замерьте напряжение с помощью мультиметра. Чем оно выше, тем меньший ток протекает по проводу.
ПУЭ: таблица расчета сечения кабеля по мощности и току
Если вы знаете мощность электроприборов, которые в перспективе будут запитаны от электросети вашей квартиры или вашего дома, определить сечение провода или кабеля несложно. В столбце того вида проводки, который вы собираетесь прокладывать, таблицы, представленной ниже, найдите материал, из которого сделаны жилы провода. Если вы хотите узнать, на какой номинальный ток должна быть рассчитана электрическая сеть вашей квартиры, и собираетесь проложить, например, медные провода, найдите в соответствующем столбце мощность вашей проводки, под ней – предполагаемую нагрузку и сопоставьте ее с близлежащим значением силы тока.
Токовые нагрузки в сетях с постоянным током
Подбираете ли вы сечение провода по величине силы тока для переменной или постоянной сети – разницы нет. Нагрузка для одножильных проводов сетей с постоянным током рассчитывается по таким же таблицам, как для сетей с переменным. Чтобы определить силу тока I, который будет проходить через кабель, нужно мощность нагрузки разделить на напряжение в сети. Чтобы найти сопротивление R провода, делим напряжение на силу тока, полученную в предыдущем действии. Воспользовавшись табличным значением удельного сопротивления проводника ρ, по формуле S = (ρ ∗ L) / R найдем сечение кабеля S.
Сечение кабеля вы можете найти и по таблице. Чтобы убедиться, что напряжение на его концах не перешагнуло минимально допустимый порог 0,5 В, проверьте полученную вами по таблице цифру, подставив в формулу U = p ∗L ∗ I / S данные вашей сети.
Самостоятельно рассчитать сечение кабеля для проводки квартиры или частного дома несложно, тем более, если вы собираетесь менять какую-то ветвь и потребители уже разведены по группам в вашем распределительном щитке. Труднее сделать то же самое в экстремальных условиях повышенной температуры, влажности или в случае, когда неудачное решение вопроса может обесточить ваше жилище не на один день. Иногда обращение к профессионалам может стать лучшим решением.
Как рассчитать сечение кабеля: 3 способа
Среда, 19/05/2021 в 16:17Электропроводка – одна из самых сложных инженерных систем в доме. И очень важно правильно выбрать сечение электрокабеля.
Расчет сечения кабеля может выполняться одним из методов:
- по мощности приборов – предполагает вычисление суммарной мощности всех электроприборов и сравнение полученного значения с расчетным, взятым из специальной таблицы;
- по длине – высчитывается величина потерь напряжения, которая зависит от длины линии кабеля, после чего она сравнивается с базовым значением в 5%;
- по току – определяется сила тока каждого из приборов, суммируется и соотносится с табличным значением. По таблице можно определить, сколько жил и какого сечения должно быть у кабеля.
Правильный подбор сечения избавит вас от множества проблем. Подвергающийся чрезмерной нагрузке, слишком слабый провод может стать причиной самовозгорания и короткого замыкания. А дорогостоящая жила хоть и будет надежно выполнять свои функции, обойдется в слишком большую сумму. Сэкономить и при этом получить качественную электропроводку поможет правильный выбор сечения провода. Несмотря на кажущуюся сложность, с данной процедурой может разобраться и человек, не связанный с электрикой.
Подробнее о каждом методе расчета читайте далее в статье.
Выбор сечения кабеля по мощности
Кабель характеризуется мощностью, которую он способен выдержать в ходе эксплуатации приборов. Если она превышает расчетное значение токопроводящей жилы, рано или поздно случится авария.
Чтобы рассчитать сечение кабеля по мощности, нужно выяснить суммарную мощность всех приборов с учетом понижающего коэффициента 0,8. То есть, формула будет иметь вид:
Pобщ.=(P1+P2+…+Pn)*0,8
Понижающей коэффициент предполагает, что не вся техника в доме будет одномоментно потреблять электроэнергию. Получившийся расчет сечения кабеля по мощности сравнивается с данными в таблице – это и будет подходящее сечение.
Таблица сечения кабеля
Например, общая мощность электроприборов в квартире равняется 15 кВт. Умножаем ее на 0,8 и получаем 12 кВт нагрузки. В таблице нужно найти наиболее подходящее значение. Таким образом, необходимо выбрать медный кабель с сечением 10 мм для однофазной сети и 6 мм для трехфазной.
Выбор сечения кабеля по длине
У каждого проводника есть собственное сопротивление. С увеличением длины линии наблюдается потеря напряжения, и чем больше расстояние, тем выше потери. Если расчетная величина потерь становится больше 5%, требуется выбрать провод с более крупными жилами.
Расчет по длине состоит из двух этапов и подразумевает, что заранее известно, сколько метров провода потребуется для монтажа электропроводки.
- Вначале следует определить номинальную силу тока. Длина проводки переводится в миллиметры и умножается на 2, потому что ток уходит по одной жиле, а возвращается по другой.
I = (P · Кс) / (U · cos ϕ) = 8000/220 = 36 А,
где P – мощность в Вт (суммируется вся техника в доме), U – 220 В, Кс – коэффициент одновременного включения (0,75), cos φ – 1 для бытовых приборов.
- Необходимо узнать сечение проводника. Поможет формула: R = ρ · L/S. Зная, что потери напряжения должны составлять максимум 5%, рассчитываем:
dU = 0,05 · 220 В = 11 В.
Далее выясняем потерю напряжения по формуле:
dU = I · R. R = dU/I = 11/36 = 0,31 Ом.
Таким образом, искомое сечение проводника:
S = ρ · L/R = 0,0175 · 40/0,31 = 2,25 мм2.
В случае с трехжильным кабелем, площадь его поперечного сечения (одна жила) должна составлять 0,75 мм2. Таким образом, диаметр жилы должен быть минимум (√S/ π) · 2 = 0,98 мм. Этому условию удовлетворяет кабель BBГнг 3×1,5 мм.
Выбор сечения кабеля по току
Данный метод, также известный как расчет сечения провода по нагрузке, считается самым точным. Вначале необходимо найти силу тока каждого прибора.
В случае однофазной сети для расчета необходимо воспользоваться следующей формулой
I = (P · Кс) / (U · cos ϕ).
Сумму высчитанных токов необходимо соотнести с табличными значениями.
В примере с однофазной закрытой сетью и мощностью приборов 5 кВт:
I = (P · Кс) / (U · cos ϕ) = (5000 · 0,75) / (220 · 1) = 17,05 А, при округлении 18 А.
BBГнг 3×1,5 – это медный трехжильный кабель. В таблице ближайшее к силе тока 18 A значение – 19 А (в случае прокладки в воздухе). Таким образом, сечение его жилы должно составлять минимум 1,5 мм2. Сечение жилы BBГнг 3×1,5 равно S = π · r2 = 3,14 · (1,5/2)2 = 1,8 мм2, соответственно, оно удовлетворяет указанному требованию.
Выбрать необходимый вам кабель вы можете в нашем каталоге. Мы реализуем продукцию физическим и юридическим лицам с возможностью доставки по адресу или в удобный пункт самовывоза.
Механика материалов: напряжение »Механика тонких конструкций
Добро пожаловать в Механику материалов. Этот курс основан непосредственно на основах, которые мы изучили в статике, — вычислении статического равновесия различных конструкций при различных нагрузках. В статике мы рассматриваем внешних сил , действующих на твердых тел . В действительности все тела деформируемы , и эти внешние силы создают внутренних напряжений .Ну тогда что за стресс?
Напряжение — это мера внешней силы , действующей на площади поперечного сечения объекта. Напряжение имеет единицы силы на площадь: Н / м 2 (СИ) или фунт / дюйм 2 (США). Единицы СИ обычно называют паскалями, сокращенно Па . Поскольку 1 Па является неудобно малым по сравнению с напряжениями, которые испытывает большинство конструкций, мы часто будем сталкиваться с 10 3 Па = 1 кПа (килопаскаль), 10 6 Па = МПа (мегапаскаль) или 10 9 Па = ГПа (гигапаскаль).
Существует два типа напряжения, которое может испытывать конструкция: 1. Нормальное напряжение и 2. Напряжение сдвига . Когда сила действует перпендикулярно (или «нормально») к поверхности объекта, она вызывает нормальное напряжение. Когда сила действует параллельно поверхности объекта, возникает напряжение сдвига.
Рассмотрим светильник, подвешенный к потолку на веревке. Поперечное сечение веревки круглое, и вес света тянется вниз перпендикулярно веревке.Эта сила вызывает в канате нормальное напряжение .
Хорошо, как мы пришли к этому уравнению. За кадром существует множество предположений. На протяжении всего этого курса мы будем предполагать, что все материалы однородны, изотропны и эластичны. Мы также предположим, что объект является «призматическим» — это означает, что поперечные сечения одинаковы по всей его длине (например, огурец является призматическим, а тыквенный орех — нет). Все эти предположения позволяют утверждать, что объект будет деформировать равномерно в каждой точке своего поперечного сечения.Нормальное напряжение в точке поперечного сечения определяется как (с аналогичными уравнениями в направлениях x и y ). :
На каждый небольшой участок поперечного сечения действует одинаковая сила, и сумма всех этих сил должна равняться внутренней равнодействующей силе P . Если мы позволим ΔA перейти к dA, а ΔF перейти к dF, то мы сможем просто проинтегрировать обе части уравнения, и мы придем к нашему соотношению для нормального напряжения.
Это соотношение для нормального напряжения более точно соответствует среднему нормальному напряжению , поскольку мы усреднили внутренние силы по всему поперечному сечению.
Понятие стресса часто бывает трудно понять, потому что его нелегко заметить. Оказывается, размещение прозрачного объекта через кросс-поляризованный свет позволяет непосредственно наблюдать напряжение внутри материала на основе концепции, называемой фотоупругостью:
Напряжение действительно может существовать в материале при отсутствии приложенной нагрузки. Это называется остаточным напряжением, и его можно использовать как способ упрочнения материалов, например, при изготовлении японского меча катана.И наоборот, нежелательные остаточные напряжения могут стимулировать рост трещин и привести к разрушению, как, например, при обрушении Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1967 году. Возможно, самый яркий пример остаточного напряжения связан с быстрым охлаждением расплавленного стекла, известным как « Капля принца Руперта »:
Давайте посмотрим на другой пример. Рассмотрим болт, соединяющий две прямоугольные пластины, и растягивающее усилие, перпендикулярное болту. Из диаграммы свободного тела мы видим, что приложенная извне сила оказывает силу, параллельную круглому поперечному сечению болта.Эта внешняя сила приводит к напряжению сдвига внутри болта.
Теперь формальные определения напряжения сдвига принимают форму, аналогичную описанным выше. Рассмотрим напряжение сдвига, действующее на поверхность z элемента:
Напряжение сдвига — это касательное напряжение, действующее по касательной к поперечному сечению, и оно принимает среднее значение:
Важно отметить, что напряжения, которые мы только что описали, составляют средних напряжений . Мы предположили, что вся внешняя сила была равномерно распределена по площади поперечного сечения конструкции — это не всегда так, и мы будем пересматривать это предположение на протяжении всего курса.
Когда вы смотрите на элемент при сдвиге, все кажется немного сложнее. Рассмотрим небольшой кубический элемент внутри конструкции при сдвиге, как показано ниже.
Теперь равновесие требует, чтобы напряжение сдвига, действующее на τ zy , сопровождалось напряжениями сдвига в других плоскостях.Но давайте рассмотрим равновесие сил в направлении y . Зная, что силу можно записать как напряжение (тау), умноженное на площадь (ΔxΔy), мы можем записать это силовое равновесие как:
Поскольку площади куба по определению одинаковы, это означает, что τ zy = τ ‘ zy . Подобное силовое равновесие в направлении z приводит к τ yz = τ ‘ yz . Давайте рассмотрим моментное равновесие относительно оси x . Зная, что мы можем записать силу, как и раньше, а плечо момента будет Δz, этот баланс моментов станет:
Это простое соотношение говорит нам, что τ zy = τ yz, и, следовательно, все четыре касательных напряжения имеют равные величины и должны указывать навстречу или от друг друга на противоположных краях элемента.Это соотношение известно как «чистый сдвиг».
1,2 Фактор безопасностиИнженеры используют стресс при проектировании конструкций. Внешняя нагрузка и геометрия конструкции говорят нам, какое напряжение действует в материале, но ничего не говорят нам о самом материале. Каждый материал имеет предел прочности — показатель того, какое напряжение может выдержать материал перед разрушением. Чтобы правильно спроектировать безопасную конструкцию, мы должны убедиться, что приложенное напряжение от внешней нагрузки никогда не превышает предельное напряжение материала. Отчасти сложность этой задачи заключается в том, что мы не всегда точно знаем, какова внешняя нагрузка — она может изменяться непредсказуемо, и конструкции, возможно, придется выдерживать неожиданно высокие нагрузки. Чтобы учесть эту неопределенность, мы включили в нашу конструкцию коэффициент безопасности . Коэффициент безопасности — это просто отношение разрушающей нагрузки или напряжения к допустимой нагрузке или напряжению. Разрушение или конечное значение — это свойство материала , в то время как допустимое значение определяется внешней силой и геометрией конструкции.
Сводка
В этой лекции мы представили понятие стресса. Напряжение — это мера того, что материал ощущает от приложенных извне сил. Это просто отношение внешних сил к площади поперечного сечения материала. Силы, приложенные перпендикулярно поперечному сечению, составляют нормальных напряжений , в то время как силы, приложенные параллельно поперечному сечению, составляют касательных напряжений . Хотя представленные здесь концепции не слишком чужды, большая часть трудностей с этим материалом связана с проблемой правильного расчета статического равновесия . Расчет статического равновесия скажет нам величину и направление приложенных сил, которые мы затем можем использовать для расчета напряжений. Если следующие примеры видео и домашнее задание вызывают у вас трудности, сейчас самое время вернуться и просмотреть некоторые концепции из вашего курса статики.
Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта No.1454153. Любые мнения, выводы, заключения или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору (авторам) и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда.
Калибры проводов и общие области применения
Знание калибра проводов в вашем доме или офисе может не обязательно быть тем, что вас интересует, но, как и во всем остальном, может быть полезно иметь базовые знания. Электромонтаж всегда следует оставлять профессиональным лицензированным электрикам, но вам, возможно, придется покупать расходные материалы, и знание размеров провода позволит вам быстро найти то, что вам нужно.
Калибр провода относится к толщине — чем толще провод, тем меньше калибр. Более высокие номера калибра соответствуют более тонким проводам. Каждая из этих толщин лучше подходит для разных целей. Подумайте, например, о проволоке для рукоделия. Он должен быть тонким, чтобы его можно было сгибать, формировать и скручивать для поддержки изготовления украшений или любых других поделок.
В США существует стандартный метод измерения и определения толщины кабеля, известный как American Wire Gauge или AWG .Это применимо к электропроводящему круглому и сплошному проводу из цветных металлов. Причина, по которой размеры проволоки так важны, заключается в том, что толщина влияет на электрические свойства проволоки, такие как сопротивление или грузоподъемность.
Как выбрать правильный размер калибра провода?
Как упоминалось выше, калибр — важный фактор, который следует учитывать при покупке электропроводящего провода для конкретного применения. Но правильный калибр зависит от нескольких факторов, таких как номинальная сила тока цепей.Для более высоких номиналов требуются более толстые провода, чтобы выдерживать нагрузку и не нагреваться. Если провода слишком тонкие для силы тока, они могут выйти из строя или даже воспламениться.
Во избежание таких проблем, прежде чем выбирать правильные сечения проводов, вы должны знать общую силу тока вашей системы. Электрик должен быть в состоянии помочь в этом, рассчитав запланированную нагрузку, подключенную нагрузку и длину цепи. Затем вы можете выбрать подходящий для этого провод.
Хотя калибр — это число, которое относится к толщине провода, оно также помогает предоставить информацию о других технических характеристиках.Например, существует зависимость между калибром проволоки и ее диаметром. То же самое и с сопротивлением или емкостью. Ниже представлена информация, которую вы можете определить, зная калибр провода:
- Диаметр — меньшие калибры проволоки имеют больший диаметр, а большие числа представляют меньшие диаметры. Например, AWG 40 имеет диаметр 0,0031 дюйма, а AWG 4 — 0,2043 дюйма. Диаметр увеличивается вдвое с уменьшением калибра на каждые шесть уровней, что означает, что трехконтурный провод имеет вдвое больший диаметр, чем девятый.
- Площадь — формула A = πr2 помогает вычислить площадь поперечного сечения круглой проволоки, где r представляет собой 1/2 диаметра. Площадь поперечного сечения провода увеличивается вдвое, когда калибр уменьшается на три уровня. Это означает, что у провода шестого калибра площадь поперечного сечения в два раза больше, чем у провода девятого калибра.
- Футов на фунт — длина провода, необходимая (измеряется в футах) для достижения веса одного фунта. Для провода AWG 4 требуется 7,918 футов, а для провода AWG 40 — 34.364 футов.
- Сопротивление — измеряется в омах на 1000 футов, сопротивление зависит как от длины, так и от толщины провода. Более длинные провода имеют большее сопротивление, но если провода одинаковой длины, более толстый провод имеет меньшее сопротивление, чем более тонкий. Например, провод AWG 4 имеет сопротивление 0,2485 Ом на 1000 футов, а провод AWG 40 имеет сопротивление 1079 Ом на такую же длину.
- Максимальный ток (амперы ) — провода меньшего калибра толще, что означает, что они могут вместить больше электронов, чем провода большего калибра.
Области применения для различных размеров калибра проволоки
В связи с тем, что разные калибры обладают разными электрическими и физическими свойствами, они подходят для различных применений. Более тонкие проволоки обычно лучше подходят для легких применений, а более толстые сечения подходят для тяжелых условий эксплуатации. Вот некоторые из наиболее распространенных вариантов использования проводов разного калибра:
Размер калибра | Применения | ||
Калибр 4 | печи и нагреватели | ||
Калибр 6 | варочные панели | ||
Датчик 10 | Блоки переменного тока, водонагреватели и сушилки для одежды | ||
Датчик 12 | малые блоки переменного тока, бытовые розетки | ||
Датчик 14 | Общие схемы, осветительные приборы | , устройства | Калибр 16удлинители |
Калибр 18 | низковольтные кабели и освещение |
Стандарты AWG варьируются от 0000 до 40, наименьший калибр может иметь до 302 А, а калибр 40 может обрабатывать только до 0.0137 Ампер. Обычно для проводки в жилых помещениях требуется диапазон от 2 или 3 до 14.
Таблица размеров калибра проводов
Способ установления американского стандарта калибра проводов основан на количестве матриц, необходимых для протягивания меди до нужного размера. Вот почему, чем выше номер AWG, тем меньше размер провода.
Этот стандарт, который включает диаметры и площади поперечного сечения, постоянно поддерживается ASTM, что означает Американское общество испытаний и материалов.Несмотря на то, что она называется американской, на самом деле эта организация является международной и помогает стандартизировать и развивать консенсус во многих отраслях.
Лучше всего начать с проверки размеров проволоки по ASTM. Они обновили таблицы в Стандартной спецификации ASTM B258-18 для стандартных номинальных диаметров и площадей поперечного сечения размеров AWG сплошных круглых проводов, используемых в качестве электрических проводников . Вы также можете использовать приведенную ниже таблицу для быстрого и удобного поиска.
Калибр AWG | Диаметр (дюймы) | Диаметр (мм) | Сечение проводника 3 9000 9027 мс 9027 мс на 1000 футов | |||||||||||
0000 | 0,46 | 11,684 | 107 | 0,049 | ||||||||||
10,40384 | 84,9 | 0,0618 | ||||||||||||
00 | 0.3648 | 9,26592 | 67,4 | 0,0779 | ||||||||||
0 | 0,3249 | 0,3249 | 2 | 2 | 2 | |||||||||
1 | 0,2893 | 7,34822 | 42,4 | 0.1239 | ||||||||||
2 | 0,2576 | 6,54304 | 33,6 | 0,1563 | 0,1563 | 5,82676 | 26,7 | 0,197 | ||||||
4 | 0.2043 | 5,18922 | 21,1 | 0,2485 | ||||||||||
5 | 0,1819 | 4,62050,1819 | 2 | 900 | ||||||||||
6 | 0,162 | 4,1148 | 13,3 | 0.3951 | ||||||||||
7 | 0,1443 | 3,66522 | 10,6 | 0,4982 | 3,2639 | 8,37 | 0,6282 | |||||||
9 | 0.1144 | 2. | 6,63 | 0,7921 | ||||||||||
10 | 0,1019 7 9 | 0,1019 7 9 | ||||||||||||
11 | 0,0907 | 2,30378 | 4,17 | 1.26 | ||||||||||
12 | 0,0808 | 2,05232 | 3,31 | 1,588 | ||||||||||
2,63 | 2,003 | |||||||||||||
14 | 0,0641 | 1.62814 | 2,08 | 2,525 | ||||||||||
15 | 0,0571 | 1,45034 | 1,45034 | 5 5 | 5 | 16 | 0,0508 1,29032 | 1,31 | 4,016 | |||||
17 | 0453 | 1,15062 | 1,04 | 5,064 | ||||||||||
18 | 0,0403 | 2 2 | 2 2 | 900 | ||||||||||
19 | 0,0359 | 0, | 0,653 | 8.051 | ||||||||||
20 | 0,032 | 0,8128 | 0,519 | 10,15 | ||||||||||
0,412 | 12,8 | |||||||||||||
22 | 0.0253 | 0,64516 | 0,327 | 16,14 | ||||||||||
23 | 23 | 0,0226 | 2 2 | 2 2 6 | | |||||||||
24 | 0,0201 | 0,51054 | 0,205 | 25.67 | ||||||||||
25 | 0,0179 | 0,45466 | 0,162 | 32,37 | 32,37 | |||||||||
0,128 | 40,81 | |||||||||||||
27 | 0.0142 | 0,36068 | 0,102 | 51,47 | ||||||||||
28 | 0,0126 7 5 | 0,0126 7 5 | 2 7 | 2 3 | ||||||||||
29 | 0,0113 | 0,28702 | 0,0647 | 81.83 | ||||||||||
30 | 0,01 | 0,254 | 0,0507 | 103,2 | ||||||||||
0,0401 | 130,1 | |||||||||||||
32 | 0.008 | 0.2032 | 0,0324 | 164,1 | ||||||||||
33 |
| 2 | ||||||||||||
34 | 0,0063 | 0,16002 | 0,0201 | 260.9 | ||||||||||
35 | 0,0056 | 0,14224 | 0,0159 | 329 | ||||||||||
0,0127 | 414,8 | |||||||||||||
37 | 0,0045 | 0.1143 | 0,0103 | 523,1 | ||||||||||
38 | 0,004 | 0,1016 | 0,1016 | 9208 39 | 0,0035 | 0,0889 | 0,00621 | 831,8 | ||||||
40 | 31 | 0,07874 | 0,00487 | 1049 |
1910.184 — Стропы. | Управление охраны труда
Определения . Угол нагрузки — это наклон ноги или ветви стропы, измеренный от горизонтальной или вертикальной плоскости, как показано на рис. N-184-5; при условии, что угол нагрузки в пять градусов или менее от вертикали может считаться вертикальным углом нагрузки.
Сцепное устройство корзины представляет собой конфигурацию строп, при которой строп проходит под нагрузкой и имеет оба конца, концевые крепления, проушины или ручки на крюке или единственном главном звене.
Плетеный проволочный канат — это проволочный канат, образованный плетением компонентных проволочных канатов.
Стропа для стропы — это строп, состоящий из нескольких ветвей каната, верхние концы которых собраны в фитинг, который проходит через подъемный крюк.
Бесконечная стропа с кабельной прокладкой — механическое соединение представляет собой бесконечную стропу из проволочного троса, соединяющую концы одного отрезка каната, проложенного по кабелю, с одной или несколькими металлическими фитингами.
Кабельная втулка с заправкой вручную представляет собой бесконечную стропу из проволочного троса, состоящую из одного отрезка троса, шестикратно обернутого вокруг сердечника, образованного вручную, заправляя концы троса внутрь шести обмоток.
Канат с проложенным кабелем — это стальной канат, состоящий из шести стальных канатов, намотанных на сердечник из волокна или стального каната.
Канатная стропа с механическим соединением — канатная стропа, сделанная из каната, проложенного по кабелю, с проушинами, изготовленными путем запрессовки или обжатия одной или нескольких металлических гильз на стыке каната.
Чокерное сцепное устройство представляет собой конфигурацию строп, в которой один конец стропы проходит под нагрузкой и через концевое крепление, ручку или проушину на другом конце стропы.
Покрытие представляет собой эластомер или другой подходящий материал, наносимый на стропу или компонент стропы для придания желаемых свойств.
Поперечный стержень — это проволока, используемая для соединения спиралей металлической сетки в целостную ткань. (См. Рис. N-184-2.)
Обозначенный означает, выбранный или назначенный работодателем или его представителем как обладающий квалификацией для выполнения определенных обязанностей.
Эквивалентное юридическое лицо — это физическое или юридическое лицо (включая работодателя), которое, обладая оборудованием, техническими знаниями и навыками, может с такой же компетентностью выполнять те же ремонтные работы и испытания, что и лицо или организация, с которыми они приравнены.
Ткань (металлическая сетка) — это гибкая часть стропы из металлической сетки, состоящая из ряда поперечных витков и поперечных стержней.
Внутренняя ручка (колье) представляет собой ручку с проушиной для ручки и прорезью такого размера, чтобы обеспечить прохождение охватываемой ручки, что позволяет использовать стропу из металлической сетки в кольцевом сцепном устройстве.(См. Рис. N-184-1.)
Ручка — это концевой фитинг, к которому крепится металлическая сетка. (См. Рис. N-184-1.)
Проушина для ручки — это отверстие в ручке стропа из металлической сетки, имеющее форму для крепления крюка, скобы или другого подъемного устройства. (См. Рис. N-184-1.)
Сцепное устройство представляет собой конфигурацию строп, при которой стропа крепится к объекту или грузу либо непосредственно к нему, либо вокруг него.
Звено представляет собой единое кольцо цепи.
Ручка мужская (треугольная) — ручка с ушком.
Ведущее звено сцепления — сварное соединительное звено из легированной стали, используемое в качестве промежуточного звена для соединения цепи из легированной стали с главными звеньями. (См. Рис. N-184-3.)
Ведущее звено или собирающее кольцо — это кованое или сварное стальное звено, используемое для поддержки всех элементов (опор) цепной стропы из легированной стали или стропа из проволочного троса. (См. Рис. N-184-3.)
Механическое звено сцепления — это несварное, механически замкнутое стальное звено, используемое для крепления основных звеньев, крюков и т. Д., к цепи из легированной стали.
Рис. N-184-1 Металлический строп (типовой)
Рис. N-184-2 Конструкция с металлической сеткой
Рис. N-184-3 Основные компоненты четверной стропы
Рис. N-184-4 Базовые конфигурации строп с вертикальными опорами
Рис. N-184-5 Конфигурации строп с наклонными ножками
Контрольная нагрузка — это нагрузка, приложенная при выполнении контрольного испытания.
Контрольное испытание — это испытание на неразрушающее растяжение, проводимое изготовителем стропы или эквивалентной организацией для проверки конструкции и качества изготовления стропы.
Номинальная грузоподъемность или предел рабочей нагрузки — максимальная рабочая нагрузка, разрешенная положениями этого раздела.
Вылет — это эффективная длина цепного стропа из легированной стали, измеренная от верхней опорной поверхности верхнего концевого компонента до нижней опорной поверхности нижнего концевого компонента.
Кромка Selvage — это законченная кромка синтетической ленты, предназначенная для предотвращения распутывания.
Стропа — это узел, который соединяет груз с подъемно-транспортным оборудованием.
Изготовитель строп — это лицо или организация, которые собирают компоненты строп в их окончательную форму для продажи пользователям.
Спираль — это одиночная поперечная катушка, которая является основным элементом, из которого изготавливается металлическая сетка.(См. Рис. N-184-2.)
Бесконечная стропа с механическим соединением с прядями — это стропа из проволочного троса, состоящая из одного отрезка каната, концы которого соединены одной или несколькими металлическими фитингами.
Уложенная втулка с заправкой вручную — это бесконечная стропа из проволочного троса, состоящая из одного отрезка нити, шестикратно обернутого вокруг сердечника, образованного вручную, заправляя концы нити внутрь шести обмоток.
Канат с прядями — это стальной канат, состоящий из прядей (обычно шести или восьми), намотанных вокруг волоконного сердечника, сердечника из проволочной пряди или независимого сердечника из стального каната (IWRC).
Вертикальное сцепное устройство — это способ поддержки груза одной вертикальной частью или опорой стропа. (См. Рис. N-184-4.)
Две вещи, которые следует дважды проверить при выборе кабелей для аккумуляторов — и многое другое
Кабель аккумулятора является одним из наиболее важных компонентов в системе управления аккумулятором. Высококачественные кабели для аккумуляторов помогут обеспечить питание и избежать разрядки аккумулятора, но только в том случае, если они правильно подобраны, установлены и обслуживаются.
Есть две вещи, которые вы должны обязательно перепроверить при выборе кабелей аккумуляторной батареи.
Калибр
Кабель аккумулятора неправильного калибра является одной из наиболее распространенных проблем при неправильной установке и может представлять гораздо больший риск, чем некоторые думают. Слишком толстый срез провода может помешать правильному распределению тока. Слишком тонкая проволока может вызвать короткое замыкание и, в крайнем случае, вызвать возгорание моторного отсека. Чтобы избежать таких проблем, убедитесь, что диаграммы ампер и датчиков доступны для всех, кто участвует в процессе выбора. Вот несколько простых и исчерпывающих диаграмм, к которым вы можете обратиться:
Длина
Еще одним ключевым фактором является длина провода.При выборе длины вы должны учитывать падение напряжения или величину потери напряжения по длине автомобильного провода или кабеля. По мере увеличения длины провода электрическое сопротивление нарастает до тех пор, пока напряжение не падает ниже допустимого уровня. Падение напряжения можно рассчитать с помощью закона Ома: Падение напряжения = ток в амперах x сопротивление в омах .
Провода большего калибра (более тонкие) будут иметь более высокую скорость падения, чем более короткие провода меньшего калибра (более толстые провода), потому что сопротивление провода зависит от его площади поперечного сечения на расстоянии.
Например, для 12-вольтовой системы постоянного тока, если ток нагрузки составляет 10 ампер, а расстояние до кабеля составляет 20 футов, падение напряжения будет 1,0% или 11,8 вольт в конце прокладки кабеля с использованием 4-го калибра. аккумуляторный кабель. Использование калькуляторов сечения проводов или наших таблиц сечения проводов может облегчить определение падения напряжения.
Таким образом, не торопитесь, чтобы убедиться, что вы выбираете правильный калибр и длину кабеля аккумулятора — это принесет дивиденды в долгосрочной перспективе.
Еще о чем следует помнить
Еще одним важным фактором при выборе аккумуляторных кабелей является количество жил.Многожильные проводники состоят из нескольких металлических жил, связанных вместе в любом количестве конфигураций. Они намного более гибкие, чем сплошные проводники. Как показывает практика, чем больше количество жил, тем гибче будет кабель.
Также учитывайте внешнюю оболочку кабеля. Материалы ПВХ и сшитый полиэтилен, обычно используемые для изоляции кабелей аккумуляторных батарей, отлично подходят для герметичных аккумуляторных батарей, поскольку они жестче, чем оболочки из EPDM и неопрена. Дополнительная информация:
- ПВХ (винил) обеспечивает контролируемое пропускание кислорода и водяного пара, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, морозостойкий, легкий и доступный по цене
- XLPE (сшитый полиэтилен) обеспечивает высокую химическую стойкость и влагостойкость и подходит для применения в условиях высоких температур / высокого напряжения
- EPDM (каучук) обеспечивает отличную устойчивость к факторам окружающей среды, таким как озон, УФ-излучение и общее атмосферное воздействие
Наконец, помните о рейтингах безопасности.Все варианты кабелей аккумуляторных батарей, предлагаемые Waytek, соответствуют спецификациям SAE J-1127, Ford и Chrysler для использования в автомобилях. Кроме того, аккумуляторный кабель SGR также соответствует стандартам огнестойкости UL-558 и UL-553.
Монтаж и обслуживание
После того, как вы выбрали кабель аккумулятора с правильными характеристиками для вашего приложения, убедитесь, что он надежно подсоединен к клемме аккумулятора. Неправильное соединение может поставить под угрозу работу аккумуляторной системы и является основной причиной большинства расплавленных клемм аккумуляторных батарей.Подбирая кабель правильного размера, используя правильно собранные кабельные разъемы и соблюдая правила технического обслуживания, вы сведете к минимуму возможность возникновения проблем.
Техническое обслуживание простое, но зачастую им пренебрегают: чтобы избежать коррозии клемм, периодически проверяйте кабели аккумулятора, чтобы убедиться, что они не потрескались с течением времени. Также следите за тем, чтобы контакты аккумулятора были чистыми, и удалите грязь с верхней части аккумулятора. Убедитесь, что ваши проушины плотно прикреплены к полюсам батареи, а вентиляционные колпачки на месте.
Следуя этим рекомендациям, вы можете защититься от неисправных соединений, которые могут снизить производительность аккумуляторной системы.
Если у вас есть дополнительные вопросы по выбору правильного кабеля аккумулятора для вашей установки, свяжитесь с нами; Если вам нужны кабели для аккумуляторов, зарядные устройства для аккумуляторов или разъединители, Waytek готов удовлетворить ваши потребности в управлении аккумуляторными батареями.
Ознакомьтесь с широким ассортиментом высококачественных аккумуляторных кабелей Waytek:
- SGR аккумуляторные кабели — с резиновой изоляцией и обычно используются в автомобилях, но их свойства делают их пригодными и для других отраслей промышленности.
- Кабели аккумуляторной батареи SGT — используются в цепях стартера или заземления. Кабели аккумуляторной батареи
- SGX — используются в автомобильных стартерах или заземлениях аккумуляторных батарей, когда требуется устойчивость к истиранию, нагреванию и старению.
- Параллельно соединенные кабели аккумуляторных батарей — Кабели без путаницы имеют цветовую маркировку для упрощения определения полярности.
Эксперимент по испытанию на растяжение | Мичиганский технологический университет
Одним из широко используемых и признанных свойств материала является его прочность.Но что означает слово «сила»? «Сила» может иметь много значений, поэтому позвольте Давайте подробнее рассмотрим, что подразумевается под прочностью материала. Мы будем смотреть в очень простом эксперименте, который дает много информации о силе или механическое поведение материала, называемое испытанием на растяжение .
Основная идея испытания на растяжение состоит в том, чтобы поместить образец материала между двумя креплениями, называемыми «захватами», которые зажимают материал.Материал имеет известные размеры, такие как длина и площадь поперечного сечения. Затем мы начинаем прикладывать вес к материалу, захваченному одним концом, в то время как другой конец фиксированный. Мы продолжаем увеличивать вес (часто называемый нагрузкой или силой), пока заодно измеряют изменение длины образца.
Испытание на растяжение
Очень упрощенный тест можно провести дома.
Если у вас есть способ подвесить один конец какого-либо материала к твердой точке, которая не двигаться, то на другой конец можно повесить гири.
Измерьте изменение длины при добавлении веса, пока деталь не начнет растягиваться и наконец ломается.
Результатом этого теста является график зависимости нагрузки (веса) от смещения. (количество растянутых).Поскольку вес, необходимый для растяжения материала, зависит от по размеру материала (и конечно свойствам материала), сравнение между материалами может быть очень сложно. Умение провести правильное сравнение может быть очень важно для тех, кто занимается проектированием конструкций, в которых материал должен выдерживать определенные силы.
Поперечные сечения
Нам нужен способ напрямую сравнивать различные материалы, чтобы определить «прочность» мы сообщаем независимо от размера материала.Мы можем сделать это, просто разделив нагрузка, приложенная к материалу (вес или сила) начальным поперечным сечением площадь. Мы также делим величину его перемещения (смещение) на начальную длину материал. Это создает то, что ученые-материаловеды называют инженерным стрессом (нагрузка деленное на начальную площадь поперечного сечения) и инженерной деформации (смещение деленное на исходную длину).Глядя на инженерный отклик на напряжение-деформацию материал, мы можем сравнивать прочность различных материалов, независимо от их размеры.
Чтобы использовать реакцию «напряжение-деформация» для проектирования конструкций, мы можем разделить нагрузку мы хотим с помощью инженерного напряжения определить площадь поперечного сечения, необходимую для того, чтобы выдержать эту нагрузку.Например, стальная проволока 4340 диаметром 1/8 дюйма может удерживать небольшой автомобиль. Опять же, это не так всегда так просто. Нам нужно понять разные значения слов «сила» или инженерный стресс.
Теперь все становится сложнее. Давайте посмотрим, что подразумевается под разными значения прочности, а также посмотрите на другие важные свойства, которые мы можем получить с помощью этого простого тестовое задание.Самый простой способ — изучить график зависимости инженерного напряжения от инженерного. напряжение. Ниже показан график испытания на растяжение для обычного стального резьбового стержня, представляющий собой хороший пример обычного металла на растяжение. тестовое задание. Единицы инженерного напряжения — тысяч фунтов на квадратный дюйм , что означает тысячу фунтов на квадратный дюйм. Обратите внимание на ссылку на область в единицы. Единицы измерения деформации, конечно, безразмерны, поскольку мы делим расстояние по расстоянию.
Расположение графика 1: эластичная область
Давайте обсудим некоторые важные области графика.Во-первых, точка на графике цифра 1 обозначает конец упругой области кривой. До этого точка, материал растягивается эластично или обратимо.
Все материалы состоят из набора атомов. Эластичность можно лучше понять посредством изображения атомы связаны пружинами.Когда мы натягиваем материал, пружины между атомами удлиняется, и материал удлиняется. Эластичная часть кривая — прямая линия. Прямая линия означает, что материал вернется до первоначальной формы при снятии нагрузки.
Расположение графика 2: 0.Предел текучести смещения 2%
Следующая часть интересующей кривой — это точка 2. В этой точке кривая имеет начал наклоняться или больше не является линейным. Эта точка известна как смещение 0,2%. предел текучести. Это указывает на прочность материала, когда он начинает постоянно изменить форму.Он определяется как значение напряжения, при котором линия того же наклон как начальная часть (упругая область) кривой, которая смещена деформацией 0,2% или значение 0,002 деформации пересекает кривую.
В нашем примере предел текучести смещения 0,2% составляет 88 тыс. Фунтов на квадратный дюйм.
Это очень важный аспект силы.Это в основном говорит нам о количестве стресса мы можем нанести до того, как материал начнет постоянно менять форму, надев его путь к возможной неудаче. Те, кто проектирует детали, которые используются в стрессовых ситуациях, должны убедитесь, что напряжение или сила со стороны детали никогда не превышают этого значения.
Местоположение графика 3: Максимальное выдерживаемое напряжение
По мере продвижения от точки 2 нагрузка или «напряжение» на материал увеличивается, пока мы не достигают максимального приложенного напряжения, при этом материал деформируется или меняет форму равномерно по всей длине колеи.Когда мы достигаем точки 3, мы можем определить растяжение прочность или максимальное напряжение (или нагрузка), которую может выдержать материал. Это не очень полезный свойство, так как материал в этот момент необратимо деформировался. После того, как мы достигнем в этот момент напряжение начинает резко снижаться. Это соответствует локализованному деформация, которая наблюдается по заметному «сужению» или уменьшению диаметра и соответствующее поперечное сечение образца в очень маленькой области.Если мы выпустим нагрузка в этой области, материал будет немного пружинить, но все равно пострадает постоянное изменение формы.
Местоположение графика 4: Отказ или перелом
Наконец, следуя кривой, мы в конечном итоге достигаем точки, где материал разрывается. или терпит неудачу.Здесь интересна конечная степень изменения формы материала. Это «пластичность» материала. Определяется пересечением линии номер 4, имеющий тот же наклон, что и линейный участок кривой, с деформацией ось.
Наш пример показывает деформацию 0.15. Изменение длины на 15% — это величина «пластичности».
Когда образец раскалывается или ломается, нагрузка снимается. Следовательно, атомы упруго растянутые вернутся в свои ненагруженные позиции. Другая информация о механическом реакцию материала также можно получить из испытания на излом.
Испытания на растяжение — композиты
Если тянуть за материал до тех пор, пока он не разорвется, можно найти много информации о различная прочность и механическое поведение материала.В этом виртуальном эксперименте мы исследуем поведение при растяжении трех различных композитных волокнистых материалов. У них схожее использование, но очень разные свойства.
Процедура
Материал захватывается с обоих концов устройством, которое медленно тянет в продольном направлении. на кусок, пока он не сломается.Сила тяги называется нагрузкой, которая наносится на график против изменения длины или смещения материала. Нагрузка преобразуется в напряжение значение, а смещение преобразуется в значение деформации.
О материалах
Материалом для испытаний являются композиты из стекловолокна, кевлара® и углеродного волокна.Композиты представляют собой комбинации двух или более отдельных материалов с целью получения материал, обладающий уникальными свойствами, которых нет ни в одном материале.
Все эти композиты используют эпоксидную смолу в качестве матрицы, которая «склеивает» ткань, как композиция. волокон соответствующих материалов.
Эпоксидные смолы — это термореактивные сетчатые полимеры, очень твердые и прочные, но не хрупкая сторона.
Все ткани имеют одинаковый «вес», который является мерой размера или веса ткани. квадратного двора.Пример волокнистого материала из стекловолокна показан выше. левый. Кевлар очень похож, за исключением того, что он имеет желтый цвет. Углерод имеет черный цвет цвет. Образцы, используемые в этом случае, представляют собой плоские прутки, вырезанные из более крупного материала с использованием водоструйная пила. Три образца показаны внизу слева.
Свойства материала
Свойства материала | Стекловолокно | Кевлар® | Углеродное волокно |
---|---|---|---|
Плотность | -п. | E | E |
Предел прочности | F | G | E |
Прочность на сжатие | G | -п. | E |
Жесткость | F | G | F |
Сопротивление усталости | G-E | E | G |
Сопротивление истиранию | F | E | F |
Шлифование / обработка | E | -п. | E |
Электропроводность | -п. | -п. | E |
Термостойкость | E | F | E |
Влагостойкость | G | F | G |
Совместимость смол | E | F | E |
Стоимость | E | F | -п. |
P = плохо, G = хорошо, F = удовлетворительно, E = отлично
Эксперимент
Описание: Устройство тянет за каждый конец материала, пока он не сломается.
Стекловолокно 00:00
Кевлар 01:10
Углеродное волокно 03:09
Видео 5 минут 5 секунд без звука.
Исполнительный продюсер Эд Лайтила
Ведущий Стивен Форселл
Видеограф Бритта Лундберг
Окончательные данные
Исходные данные для стекловолокна
Смещение увеличивается от нуля до немногим более 5 мм.Нагрузка увеличивается почти линейно от 0 до примерно 12 кН перед почти вертикальным падением.
Исправленные данные для стекловолокна
Инженерное напряжение увеличивается от нуля до примерно 0.10. Инженерное напряжение возрастает. линейно от нуля до примерно 170 МПа, предел прочности. Модуль составляет 1,7 ГПа.
Исправленные данные для кевлара
Инженерное напряжение увеличивается от нуля до примерно 0.11. Инженерное напряжение возрастает. линейно от нуля до примерно 265 МПа, предел прочности. Модуль составляет 2,3 ГПа.
Исправленные данные для углеродного волокна
Инженерное напряжение увеличивается от нуля до примерно 0.10. Инженерное напряжение возрастает. линейно от нуля до примерно 580 МПа, предел прочности. Модуль составляет 5,7 ГПа.
Выводы
Углеродный волокнистый композитный материал имеет гораздо более высокую прочность на разрыв и модуль упругости, чем другие материалы.Обратите внимание, они все ломаются «хрупким» способом, поскольку кривая является линейной до тех пор, пока она не сломается или не сломается без каких-либо изгиб кривой при высоких нагрузках. Следовательно, нет постоянного изменения в оригинальная форма во время этого испытания, и, следовательно, отсутствие пластичности.
Виртуальные примеры
Вы видели эксперименты с композитными материалами.Сравните композитный материал Кривые напряжения-деформации с кривыми для полимера и стали.
Сталь для испытаний на растяжение
Стальной образец с шейкой имеет непрерывную зависимость между напряжением и деформацией.Стресс увеличивается почти вертикально, затем постепенно опускается.
Полимер для испытаний на растяжение
Образец растягивающегося полимера имеет прерывистую зависимость напряжения от деформации.В напряжение увеличивается почти вертикально, затем падает и неравномерно увеличивается.
Фото галерея
Ниже представлены оптические фотографии разбитых или расколотых образцов, а также крупные планы. поверхности излома, снятые с помощью растрового электронного микроскопа.Изучение этих Поверхность излома также является очень важной частью материаловедения и инженерии, что делает эту область специализированной.
[решено] Отношение наибольшей нагрузки в тесте к исходному кроссу
Концепция:
Согласно закону Гука, если нагрузка прилагается к проводу ступенчато, пока он не порвется.Из-за этого удлинение провода измеряют, как показано на рис. ниже на этом графике напряжения по оси Y и деформации по оси X нанесен. Полученная кривая называется кривой напряжения-деформации.
- Из этого мы можем видеть, что начальная часть OE графика представляет собой прямую линию, которая показывает, что напряжение прямо пропорционально деформации. Закон Гука соблюдается до точки E. Значение напряжения, соответствующее точке E, называется пределом упругости материала проволоки.
- Если нагрузка, приложенная к проводу, снимается, провод полностью восстанавливает свою первоначальную длину. Точка E представляет собой предел пропорциональности между напряжением и деформацией.
- Если напряжение увеличивается за пределы точки E, график больше не остается прямой линией и не соблюдается закон Гука.
- В этом случае при небольшом увеличении напряжения деформация увеличивается быстрее, и график наклоняется к оси деформации.
- Если проволока натянута до точки E ’за точкой E, а затем при снятии нагрузки, проволока не сможет покрыть свою первоначальную длину.
- Однако проволока сохраняет свои упругие свойства, как только снимается нагрузка. Напряжение OS постоянно остается в проводе. Если провод снова нагружается, получается прямолинейный график SE ’. Штамм ОС называется набором.
- При дальнейшем увеличении нагрузки достигается точка Yp, в которой касательная к кривой становится параллельной оси деформации. Это означает, что удлинение проволоки увеличивается без увеличения напряжения или нагрузки, проволока считается «текучей». Точка Yp называется «точкой текучести».Значение напряжения, соответствующее пределу текучести, называется пределом текучести.
- За пределом текучести кривая начинает изгибаться вверх, и получается участок графика Yp и N.
- На этом этапе, когда проволока начинает течь, сечение проволоки равномерно уменьшается до N.
- «Шея» или перетяжка начинает формироваться в слабом месте. Точка N представляет максимальное напряжение, которое может выдержать проволока, и называется предельным напряжением / разрывным напряжением.
- После формирования шейки проволока начинает локально истончаться, где деформация увеличивается быстрее, даже если напряжение уменьшается, и в конце концов проволока разрывается в точке B, что называется точкой разрыва.
Пояснение:
Мы знаем, что напряжение равно нагрузке на единицу площади.
\ (σ = \ frac {Load} {Area} \)
На приведенной выше диаграмме все упомянутые значения напряжения основаны на начальном поперечном сечении кузова, которое является постоянным на всем протяжении.
Максимальное напряжение на рисунке — это точка N, которая соответствует предельному напряжению.
Площадь∵ постоянна, максимальное напряжение σ ut также соответствует максимальной нагрузке.
Измерение пластичности: уменьшение площади
Рабочие характеристики материала определяются его механическими свойствами, которые, в свою очередь, определяются путем испытания образца на растяжение. Существует ряд механических свойств, которые включают, среди прочего, предел текучести, предел прочности при растяжении и пластичность (определяемую процентным уменьшением площади или относительным удлинением) материала.
Разработка и производство высококачественной продукции требует глубоких знаний механических свойств материала и того, как они влияют на характеристики продукта в условиях его эксплуатации.Поскольку инженеры имеют доступ к широкому спектру материалов и производственных процессов, выбор наиболее подходящего материала при минимизации производственных затрат и затрат на продукцию является серьезной проблемой. Знание механических свойств материала помогает инженерам выбрать наиболее подходящий материал и помогает им понять, как эти свойства влияют на обрабатываемость материала.
Важной характеристикой, которую следует учитывать, является пластичность. Пластичность определяется либо процентным уменьшением площади, либо процентным удлинением.В этой статье речь пойдет об уменьшении площади.
Что такое уменьшение площади?
Уменьшение площади — это сравнение между исходной площадью поперечного сечения образца и минимальной площадью поперечного сечения того же образца после полного разрушения трещины. Он используется как индикатор, показывающий, в какой степени материал будет деформироваться под действием растягивающей нагрузки. Уменьшение площади обычно отображается в процентах.
Как определяется?
Уменьшение площади определяется путем приложения растягивающей нагрузки к испытательному образцу.Образец для испытаний обычно имеет круглое поперечное сечение, но можно использовать и другие профили. Образец для испытаний состоит из цельного куска материала (без химических или механических соединений) и имеет увеличенные концы, которые позволяют зажимать его в машине для испытания на растяжение.
Машина для испытания на растяжение прикладывает растягивающую силу вдоль продольной оси испытуемого образца, постепенно раздвигая его концы. Образец удлиняется вдоль продольной оси, что приводит к его утонению или «шейке».Сужение продолжается до тех пор, пока не произойдет разрушение и образец не расколется на две отдельные части. Испытание на растяжение можно проводить на любом типе материала.
Как это измеряется?
Два испытательных образца с изломом перемещают так, чтобы они соприкасались друг с другом на поверхностях излома. Для цилиндрических образцов уменьшение площади измеряется при минимальном диаметре шейки. Для нецилиндрических образцов уменьшение площади измеряется по наименьшей окружности области шейки.
После расчета приведенной площади поверхности она отображается как отношение к исходной площади поперечного сечения испытуемого образца с использованием следующего уравнения:
Переменные следующие:
% RA — процентное уменьшение площади
A i — исходная площадь поперечного сечения (в м 2 ) опытного образца
A f — минимальная площадь поперечного сечения (в м 2 ) испытуемого образца после разрушения
Что означает уменьшение площади?
Уменьшение площади указывает на пластичность — способность материала противостоять пластической деформации до разрушения из-за разрушения.Более пластичный материал будет испытывать большее уменьшение площади, а менее пластичный материал — меньшее уменьшение площади.
Для каких материалов актуально?
Уменьшение площади актуально для всех материалов от металлов до полимеров.
Факторы, влияющие на уменьшение площади
Температура имеет большое влияние на фактическое уменьшение площади материала по сравнению со стандартным уменьшением площади. Повышение температуры приведет к уменьшению площади поверхности, в то время как снижение температуры приведет к уменьшению площади и может даже вызвать переход материала из пластичного в хрупкий.
Холодная обработка материала также уменьшает уменьшение площади. Холодная обработка происходит в температурном и временном диапазоне, в котором происходит пластическая деформация, но упрочнение прядей не снимается, что приводит к более хрупкому продукту.
Преднамеренное или непреднамеренное включение примесей оказывает заметное влияние на уменьшение площади и может даже изменить материал из пластичного в хрупкий.
Заключение
Инженерымогут использовать любые механические свойства материала, чтобы определить, какое из них лучше всего подходит для конкретного применения.