Сейчас во многих областях промышленности широко применяются композиты на основе природных материалов, таких как базальт. Из него производят детали автомобилей, морских судов, трубопроводы и даже протезы. Но использование базальт-композита часто ограничено его недостаточной прочностью. Уже доказано, что повлиять на свойства материала можно с помощью гамма-облучения. Оно может как улучшить, так и ухудшить прочностные характеристики. Однако как именно меняется его микроструктура под воздействием радиации, пока не выяснено. Ученые Пермского Политеха изучили, как различные дозы облучения воздействуют на свойства базальт-композита на молекулярном уровне. Исследование позволит точнее подбирать условия для радиационного усовершенствования материалов, чтобы производить промышленные изделия с требуемыми свойствами.
Статья с результатами опубликована в журнале «Цифровая наука», 2023 год. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках программы деятельности Пермского НОЦ «Рациональное недропользование» и проекта Международной исследовательской группы (С-26/591).
Базальт – это наиболее распространенная порода в составе земной коры. По своей сути это магма, излившаяся из жерл вулканов и застывшая камнем. Его месторождения есть практически во всех странах, их запасы огромны, поэтому использование такого материала в промышленности экономически выгодно.
Благодаря своим уникальным свойствам и сравнительной дешевизне базальт – один из самых востребованных материалов. Он экологически чистый, не горит и выдерживает температуры до 400℃, прочен, устойчив к механическим и химическим воздействиям. Базальтовые волокна широко применяются в автомобильной, аэрокосмической, нефтегазовой отрасли, строительстве и медицине. Они используются при армировании бетона, производстве цистерн и баллонов, протезов, конструировании элементов морских судов и трубопроводов.
Чем надежнее материал, тем шире сфера его применения. Научное сообщество активно исследует способы повышения прочности современных композитов, используя в том числе гамма-облучение. Уже известно, что оно может улучшить упругие и прочностные характеристики базальт-композита. Однако существует риск деструктивных изменений, поэтому важно разобраться, как именно гамма-кванты воздействуют на структуру композита в микромасштабе.
– Мы облучили образцы композиционного материала, состоящего из эпоксидного связующего и базальтового ровинга (жгута из волокон). С помощью сканирующей электронной микроскопии изучили локальный элементный состав композита при нарастающих дозах облучения, – рассказываеткандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Владимир Онискив.
Ученые выделили три группы образцов. Первая не облучалась, а использовалась для сравнения характеристик. На остальные воздействовали гамма-квантами в различных дозах (5, 10 и 15 Мрад). Время испытания зависело от запланированной дозы, например, до 15 Мрад образец облучался в течение 14 дней.
Сканирующая электронная микроскопия показала, что радиационное воздействие меняет состав материала. При дозе в 5 Мрад массовая доля углерода в эпоксидной части резко снижается, но увеличивается доля кислорода и появляется кремний. В базальте, наоборот, доля углерода увеличивается, а кислорода и кремния – снижается. Это говорит о том, что в материале формируются новые межмолекулярные связи (сшивка) с образованием органо-силикатно-кремниевых соединений, что приводит к упрочнению композита.
При дальнейшем облучении до 10 Мрад сшивка продолжается, но ее скорость заметно снижается. Поглощаемая энергия облучения становится уже избыточной. Доза 15 Мрад приводит к обратному процессу – деструкции композита.
Исследование ученых Пермского Политеха позволяет на молекулярном уровне обосновать, как гамма-кванты влияют на базальт-композиты. Политехники рекомендуют такой способ модификации материала для его упрочнения. Однако доза облучения не должна превышать 10 Мрад, а мощность излучения – 12 рад/сек. Результаты исследования помогут создавать ответственные изделия с улучшенными механическими свойствами.
Уважаемые пикабутяне, особенно, близкие к теории сопромата :-) !
Снаружи многоэтажного дома висит кондей (5 этаж) под козырьком. Крыша дома скатная, и её периодически чистят от снега. И так получается, что льдины падают вниз, задевая козырёк.
Фотки справа - для понимания мощщи падающей :-). Сам козырёк (покупной, "усиленный") к концу сезона. И последствия падения льдины на угол козырька подъезда внизу (я был потрясён, полный ******).
Разумеется, точку приложения "усилия" точно спрогнозировать невозможно, примерно дальняя от стены треть...
Решил изготовить козырёк на заказ (купить металлопрокат, сварить). Примерно 60х90 см плоскость. Этаж высокий, поэтому вес оченно важен - местные альпинисты с большой конструкцией не справятся...
Суть вопроса: Какую конструкцию сделать лучше? Из чего посоветуете?
"Поссорились с парнем, наговорили друг другу гадостей. Он везде меня заблокировал и сказал, что я самый ужасный человек в его жизни. Как думаете, эти все слова и то, что заблокировал везде, стоит ли принимать близко к сердцу? Или это больше в порыве злости он так сказал."
В порыве злости - в порыве "любви". Чем сильнее чувство (=дефицит) любви в человеке, тем автоматически больше он злится. Поскольку вы неравнодушны, небезразличны друг к другу, постольку ссоритесь, говорите друг другу гадости. Поскольку вы - возлюбленная парня, постольку именно вы - "самый ужасный человек в его жизни".
Принимать близко к сердцу - проявлять своё неравнодушие к парню - своё чувство "любви" к нему. Как только вы разлюбите парня, так сразу же перестанете ссориться с ним, принимать его слова и поступки близко к сердцу.
Само чувство (=дефицит) "любви" между влюблёнными заставляет их расставаться, разлучаться - держаться на расстоянии друг от друга. Чем меньше чувства "любви", тем автоматически ближе люди друг к другу, тем спокойнее и безмятежнее (без ссор, без расставаний, без разлук - без чувства "любви") они живут друг с другом.
"И вдоволь будет странствий и скитаний, Страна Любви — великая страна! И с рыцарей своих для испытаний Все строже станет спрашивать она. * Потребует разлук и расстояний, Лишит покоя, отдыха и сна…
Но вспять безумцев не поворотить, Они уже согласны заплатить. * Любой ценой — и жизнью бы рискнули, Чтобы не дать порвать, чтоб сохранить Волшебную невидимую нить, Которую меж ними протянули…"
Например, в браке по расчёту между партнёрами нет чувства любви. И именно поэтому браки по расчёта - самые крепкие. Браки по любви очень ранимые, болезненные, склонные к распаду. По какой причине? По причине более-менее сильного чувства любви между партнёрами. По мере уменьшения чувства "любви" в брачной паре союз укрепляется, затвердевает, устаканивается, обретает устойчивость, прочность.
Таким образом, всё ваше зло друг к другу (парня к вам и ваше к парню) - прямое проявление чувства "любви" между вами. Если вам дорого это чувство "любви", то вам волей-неволей придётся терпеть порывы злости друг к другу. В противном случае само это чувство (=дефицит) любви заставит вас расстаться и горько жалеть об этом расставании (разлуке).
"Стерпится - слюбится" - постепенно страсти в ваших отношениях с парнем улягутся, утрясутся. И вы будете более-менее спокойно (без чувства "любви" друг к другу) "жить поживать и добра (=безразличия и равнодушия друг к другу) наживать".
Болтовые соединения несут одну функцию – крепления. Однако в зависимости от разновидности они должны держать различную весовую, вибрационную или динамическую нагрузку. От типа болта и его класса прочности напрямую зависят характеристики изделия. Пост содержит информацию о разновидностях болтов и даст расшифровку популярным маркировкам.
Разновидности болтов
Классификацию болтов можно производить по разным параметрам: по форме головки, стержня или резьбы. А также по назначению.
По форме головки бывают универсальные болты с шестигранной шляпкой, а также с круглой, овальной и квадратной.
По форме стержня выпускают метизы с резьбой, нанесённой на всю его длину или только на часть.
В зависимости от типа резьбы выделяют несколько разновидностей метизов:
болт;
винт;
шпилька.
Болт
Болт снабжён головкой и резьбой по стержню. Она нужна, чтобы навинтить гайку. Болтовое соединение предполагает, что в двух деталях высверливаются сквозные отверстия, в которые вставляется болт, и с обратной стороны конструкция затягивается гайкой.
Недостаток соединения — увеличение веса конструкции, потребность в наличии места.
Достоинства соединения — легко заменять в случае обрыва.
Винт
Винтовое соединение предполагает, что крепление осуществляется за счёт самой детали, выполняющей одновременно и роль болта, и роль гайки. Причём возможны варианты как наличия резьбы на самой детали, нуждающейся в креплении, так и производство резьбы болтом при вкручивании, например, когда речь идёт о саморезах. Винт при этом вкручивается в корпус изделия с помощью специального торцевого инструмента.
Недостаток соединения — при монтаже резьба может повреждаться. В этом случае извлечь крепёж затруднительно. Не стоит применять этот вид скрепления при предполагаемом частом монтаже и демонтаже.
Достоинства соединения — малая площадь установки.
Шпилька
Шпилька — это крепёжное изделие цилиндрической формы, у которого нет головки. На концах шпильки расположена резьба одинакового диаметра. При креплении с помощью шпильки один конец изделия вворачивают в деталь, а на второй конец накручивается гайка соответствующего размера.
Недостаток соединения — может гнуться или терять прочность, при сильных нагрузках легко сорвать резьбу.
Достоинства соединения — удобное использование при необходимости частой сборки / разборки, а также при соединениях в труднодоступных местах.
По назначению болты можно разделить на несколько видов:
лемешные (применяются для сельхозтехники);
мебельные (отличаются гладкой и ровной головкой, не выступающей над поверхностью);
дорожные (подходят для монтажа ограждений, а также хорошо фиксируют конструкции из дерева, пластика и металла);
фундаментные (назначение в соответствии с названием);
путевые (соединяют рельсы).
Важно понимать, что универсальных болтов попросту не существует. Крепёж всегда необходимо выбирать, ориентируясь на класс прочности — только в этом случае можно говорить о безопасном и надёжном соединении.
Классы прочности
Класс прочности крепёжных изделий определяется их механическими свойствами.
В соответствии с ГОСТ 1759.4-87 все крепёжные элементы (кроме гаек) разделяют на 11 категорий и маркируют двумя цифрами, между которыми стоит точка:
Чем выше значение, тем большее усилие может выдержать крепёж, и тем он прочнее.
По какому принципу изделие попадает в тот или иной класс прочности? Болты, винты и шпильки производят из различных сплавов углеродистых сталей. От марки стали, а также от способа обработки заготовки и зависит класс прочности элемента.
Для примера рассмотрим Сталь 35. Из неё можно сделать крепёж класса прочности 5.6 — на токарном и фрезерном станке методом точения. С помощью объёмной штамповки на прессе уже получится крепёж класса прочности 6.6 и 6.8. Если мы подвергнем эти болты закалке, выйдут изделия класса прочности 8.8. То есть термическая обработка детали даёт нам классы прочности 8.8 и выше.
На качество крепежа влияет содержание в составе углерода. Чем его меньше больше, темтвёрже и надёжнее изделие (UPD: однако, более высокое содержание углерода приводит к большей прочности и более низкой пластичности).
Болты выпускаются в трёх вариантах прочности:
низкой — из Ст 10 и 20 — маркировка до 6,6;
средней — Ст 35, из стали до 1,4% углерода — маркировка 6.6-8.8;
высокой прочности 40Х, 35Х, 40ХНМА, 20Г2Р, 35ХГСА, 38ХА — в составе низко-, среднеуглеродистая и легированная сталь, включены упрочняющие добавки – класс прочности больше 8.8.
СТ, Х, ХНМА, Г2Р, ХГСА, ХА — это обозначения марки стали, из которой сделан крепёж.
Ст 10 и 20 — углеродистая сталь низкой прочности. И болты, изготовленные из неё, выдерживают незначительный тоннаж (в маркировке — до 6.6). Подходят для малонагруженных соединений.
Сталь Ст 35 идёт на изготовление прочных болтов (от 6.6 до 8.8) и содержит добавки (марганец, хром или бор). Применяется для ответственных конструкций.
40Х, 35Х, 40ХНМА, 20Г2Р, 35ХГСА, 38ХА — это легированные сплавы с закалкой и отпуском, из которых производят изделия прочностью 8.8 и более. Подходят для сборно-разборных конструкций.
Расшифровка терминов классности болтов
Класс прочности болта помогает нам понять, какими характеристиками обладает изделие.
Основные термины:
Временное сопротивление
Временное сопротивление — это предельная сила, которую можно приложить к изделию, после чего оно просто разрушится. Касается любого вида воздействия: сжатия и растяжения, изгибов и скручивания.
Предел текучести
Предел текучести — это предельная рабочая нагрузка, после которой болт ещё не сломается, но будет невозвратно деформирован. При выборе изделия надо выбирать болты, превышающие требуемые вам параметры хотя бы вдвое.
Твёрдость по Виккерсу
Специалисты выделяют и ещё один параметр — твёрдость по Виккерсу. Это значение, которое определяет, насколько болт устойчив к ударам и иным травматичным воздействиям со стороны других предметов.
В таблице ниже представлены класс прочности болта и соответствующие ему параметры: сопротивление и предел текучести.
Класс прочности болта и соответствующие ему параметры
Расшифровка маркировки
Теперь рассмотрим, как рассчитываются и что означают данные параметры. Обратимся к маркировке. Первая цифра в наименовании класса прочности — это предельная нагрузка, при которой метиз разорвётся, иначе — предел прочности на разрыв: обозначает 1/100. Измеряется он в мегапаскалях (МПа) либо в ньютонах на квадратный миллиметр (Н/мм2). Для определения предела прочности в МПа надо умножить первую цифру маркировки на 100, а Н/мм2 – на 10.
Вторая цифра в маркировке класса прочности, идущая через точку, — это нагрузка, при которой метиз будет необратимо деформирован (вытянется, сожмётся и т.п.), иначе — предел текучести. Означает 1/10 отношения предела текучести к пределу прочности. Чтобы рассчитать этот параметр, надо умножить цифры класса прочности между собой, после чего полученный результат ещё умножить на 10.
Пример: для болта класса 6.8 предел текучести будет вычисляться 6 х 8 х 10 = 480 МПа.
По сути, предел текучести — это максимально возможная рабочая нагрузка на болт.
Ниже представлена таблица прочности болтов и нагрузки, которую они могут выдержать в зависимости от диаметра резьбы, площади поперечного сечения болта и класса прочности.
Прочность болтов и соответствующая им выдерживаемая нагрузка
Важно!
При выборе болта, шпильки или винта необходимо ориентироваться на правило 1/2 или 1/3 — выбирать крепежи с двукратным или трёхкратным запасом.
У гаек 7 классов прочности, обозначаемых одним числом: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Эта цифра — 1/100 часть предела прочности того болта, с которым в паре должна идти гайка. Подобное сочетание болт + гайка — рекомендуемое. Оно даёт возможность равномерно распределять нагрузку.
Пример: гайка с пределом прочности 6 должна идти в комплекте с болтом, имеющим предел прочности 6 х 100 = 600 Мпа.
Представим сопрягаемые гайки и болты в виде таблицы:
Сопряжение гайки и болта
Обратите внимание, что гайки высших классов прочности чаще всего легко заменяют гайки низших классов прочности. Но не наоборот! Взять гайку попрочнее разумно в случаях, когда предполагается наличие нагрузки выше предела текучести.
Категория изделия от 3.6 до 6.8 говорит о том, что эксплуатация возможна только в лёгких конструкциях. Изделия с маркировкой 8.8-12.9 считаются высоконадёжными.
Маркируются следующие виды изделий:
болты, имеющие шестигранную головку;
винты, состоящие из цилиндрической головки и внутреннего шестигранника;
шпильки;
гайки.
Маркировка болтов
Болты маркируются на торцевой поверхности головки, тиснения могут быть выпуклыми либо заглублёнными и включают в себя следующие значения:
класс прочности элемента;
клеймо завода-изготовителя;
стрелку — указатель левосторонней резьбы.
Обязательной маркировке не подлежат:
болты, если их диаметр менее 6 мм;
изделия класса прочности 6.8 или ниже;
винты, имеющие прямой или крестообразный шлиц;
нештампованные болты и винты, выполненные резанием или точением.
Маркировка шпилек
Шпильки маркируются на торце одним из специальных знаков:
круг — класс прочности 8.8;
плюс — класс прочности 9.8;
квадрат — класс прочности 10.9;
треугольник — класс прочности 12,9.
На болты и винты маркировка наносится либо на боковую, либо на торцевую часть головки. Геометрия разных видов крепежа на основе резьбы регламентируется ГОСТами.
Гайки маркируются с торца классическим способом, так же как болты и винты.
Главное о классах прочности болтов
Крепёжные изделия — болты, шпильки, винты и гайки — отличаются и по размеру, и по характеристикам. Два одинаковых по внешним параметрам образца могут иметь разную прочность. Чтобы правильно подобрать крепёж, необходимо ориентироваться на маркировку изделия и помнить, что чем выше класс прочности, тем большую нагрузку способен выдержать метиз.
===
Пост подготовлен по материалам блога Леруа Мерлен.