1.1 Механические характеристики

Теоретическая часть

К механическим свойствам можно отнести: упругость, прочность, вязкость, прочность на разрыв, сжатие и изгиб и др. Они характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы.

Способность диэлектрика выдерживать статические нагрузки характеризуются разрушающим напряжением при растяжении, сжатии или изгибе, пределом текучести, относительным удлинением при разрыве, относительной деформацией при сжатии и др. характеристиками. Перечисленные параметры определяются стандартизированными методами.

Для электроизоляционных материалов анизотропного строения (слоистых, волокнистых) значения мех. прочности сильно зависят от направления приложения нагрузки. Так же надо отметить, что для ряда диэлектриков (стекол, керамических материалов, многих пластмасс) предел прочности при сжатии значительно больше чем при разрыве и изгибе (у металлов величины _р, _с,_и имеют один и тот же порядок). Пример: у кварцевого стекла _с 200 МПа, _р 50 МПа.

Механическая прочность электроизоляционных материалов сильно зависит от температуры, как правило, уменьшаясь с её ростом. Прочность гигроскопичных материалов может зависеть от влажности.

Определение предела прочности и деформации при разрушении даёт представление о механической прочности материала и его способности деформироваться под нагрузкой (пластичность).

Большое практическое значение имеют хрупкость, твердость, вязкость электроизоляционных материалов.

К основным механическим характеристикам материалов относятся:

- разрушающее напряжение при растяжении _р, Н/м²,

_р = P_p/S₀, (1)

где Р_р — разрушающее усилие при растяжении образца материала, Н; S_o — площадь поперечного сечения образца до испытания, м²;

- разрушающее напряжение при сжатии _c, Н/м²,

_c = P_C/ S₀, (2)

где Р_с — разрушающее усилие при сжатии образца материала, Н;

- разрушающее напряжение при статическом изгибе _н, Н/м²,

_н =1,5Р_нL/bh², (3)

где Р_н — разрушающее усилие при статическом изгибе, Н; L — расстояние между опорами в испытательной машине, м; b, h — соответственно ширина и толщина образца, м;

- ударная вязкость , Дж/м²,

 = А/S₀, (4)

где А — работа, совершенная маятником при разрушении образца.

Выполните задания

1.1. Определите разрушающее напряжение при растяжении опытного образца с площадью поперечного сечения до испытания 10 см², если разрушающее усилие при растяжении образца материала составляет 200 Н.

1.2. Определите площадь поперечного сечения образца до испытания, если известно, что разрушающее усилие при растяжении опытного образца равно 200 Н, а разрушающее напряжение при растяжении этого образца составляет 3 000 Н/м².

1.3. Определите разрушающее напряжение при сжатии опытного образца цилиндрической формы высотой 15 мм и диаметром 10 мм, если разрушающее усилие при сжатии составляет 200 Н.

1.4. Определите разрушающее усилие при сжатии опытного образца цилиндрической формы высотой 20 мм, диаметром 10 мм, если разрушающее напряжение при сжатии материала образца составляет 2 000 Н/м².

1.5. Определите разрушающее напряжение материала при статическом изгибе опытного образца шириной 5 мм, толщиной 4 мм, если расстояние между стальными опорами в испытательной машине равно 50 см, а изгибающее усилие составляет 200 Н.

1.6. Определите ударную вязкость испытуемого материала, если работа, затраченная маятником на разрушение образца, составляет 120 Дж, а площадь образца равна 20 см².

Ответьте на вопросы

1.7. Как ударная вязкость испытуемого материала зависит от хрупкости этого материала?

1.8. Образцы какой формы используются для определения разрушающего напряжения при растяжении?

1.9. Образцы какой формы используются для определения разрушающего напряжения при сжатии?

1.10. Образцы какой формы используются для определения разрушающего напряжения при статическом изгибе?