Вопрос 12 « Механические характеристики материалов. Опытное определение характеристик. Характеристики прочности и пластичности»

При проектировании конструкций и расчетах на проч­ность необходимо знать поведение материалов под нагруз­кой. Для этого на специальных машинах проводят испытания образцов, что позволяет определить механические характе­ристики материала, т. е. характеристики, численно оцени­вающие его прочность и пластичность

Наибольшее распространение получили опыты на рас­тяжение образцов. Типы и размеры образцов устанавливают­ся ГОСТом для того, чтобы результаты испытаний, прове­денных в разных лабораториях, можно было сравнивать между собой

По краям образцы имеют утолщения для захватов испы­тательной машины. Расстояние между утолщениями называ­ют рабочей длиной образца

База образца /₀ (расчетная длина) помечается рисками, нанесенными на некотором расстоянии от утолщений, что позволяет в соответствии с принципом Сен-Венана считать эту часть образца находящейся в состоянии осевого растяже­ния.

Испытательная машина такого типа, схема которой показана на рис. 3.2, автоматически вычерчивает график зависимости между растягивающей силой F и удлинением образца Δl, который называют диаграммой растяжения.

Про́чность  — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил

Прочность подразделяют на статическую, под действием постоянных нагрузок, динамическую и усталостную (выносливость), имеющую место при действии циклических переменных нагрузок.

Для конструкций различают общую прочность — способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения, и местную — та же способность отдельных узлов, деталей, соединений.

В настоящее время при расчёте на прочность используют как расчёт по допускаемым напряжениям, так и расчёт по допускаемому числу циклов нагружения. Основные неравенства расчёта по допускаемым напряжениям:

где

•  и   — наибольшие расчётные нормальное и касательное напряжения, соответственно;

•  и   — допускаемые нормальное и касательное напряжения, безопасные для прочности детали.

Пласти́чность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, изгиб и др. Мерой пластичности являются относительное удлинение δ и относительное сужение ψ, определяемые при проведении испытаний на растяжение. Чем больше δ, тем более пластичным считается материал. По уровню относительного сужения ψ можно делать вывод о технологичности материала. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, золото, малоуглеродистая сталь и др. Менее пластичными являются дюраль и бронза. К числу слабо пластичных материалов относятся многие легированные стали.

У пластичных материалов прочностные характеристики на растяжение и сжатие сопоставляют по пределу текучести. Принято считать, что σ_т.р≈σ_т.с.

Деление материалов на пластичные и хрупкие является условным не только потому, что между теми и другими не существует резкого перехода в значениях δ и ψ. В зависимости от условий испытания многие хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пластичные — как хрупкие.

Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывают скорость натяжения и температура. При быстром натяжении более резко проявляется свойство хрупкости, а при медленном — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло способно при длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать остаточные деформации. Пластичные же материалы, такие как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства.