4.2 Диаграммы условных и истинных напряжений

Диаграмма растяжения в осях и является по существу характеристикой образца из данного материала, так как при одном и том же значении силы величина удлинения зависит от поперечных и продольных размеров образца. Чтобы исключить влияние размеров образца и получить характеристику материала, диаграмму растяжения перестраивают в координатах и .

При переходе от нагрузок к напряжениям и от абсолютных удлинений к относительным обычно пренебрегают изменением площади сечения образца в процессе растяжения, а также неравномерностью распределения деформаций по длине его рабочей части после образования шейки. Подсчитывают делением нагрузки на первоначальную площадь сечения образца, а -делением удлинения всей его рабочей части на ее первоначальную длину . Полученная таким путем диаграмма называется диаграммой условных напряжений и по характеру она не отличается от диаграммы в осях и .

Диаграмма условных напряжений для малоуглеродистой стали показана на рис. 4.4. Уравнение линейного участка этой диаграммы на начальной стадии нагружения представляет собой уже известную математическую запись закона Гука при одноосном растяжении. Следовательно, численно модуль упругости равен тангенсу угла наклона к оси абсцисс прямолинейного участка диаграммы растяжения.

Диаграмма растяжения, по оси ординат которой откладывается напряжение, полученное делением силы на наименьшую площадь сечения образца, а по оси абсцисс - наибольшее удлинение в данный момент нагружения, называется диаграммой истинных напряжений. Эта диаграмма показана на рис. 4.4 пунктиром. Здесь падения напряжений за точкой не наблюдается, так как площадь сечения в шейке уменьшается быстрее, чем падает нагрузка, поэтому средние напряжения в этом месте возрастают. Вследствие образования шейки распределение напряжений по сечению становится неравномерным, а частицы материала в этом месте испытывают растяжение не только в продольном, но также в радиальном и окружном направлениях. Это приводит к образованию внутри шейки поперечной трещины. Различие диаграмм условных и истинных напряжений становится значительным только после образования шейки.

Рис. 4.4 Диаграмма условных напряжений

4.3 Механические характеристики материалов

Под механическими характеристиками подразумеваются значения напряжений и деформаций, соответствующие определенным точкам на диаграмме условных напряжений.

Пределом пропорциональности называется наибольшее напряжение, до которого деформации прямо пропорциональны напряжениям.

Пределом упругости называется напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

Пределом текучести называется напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки.

Пределом прочности, или временным сопротивлением называется максимальное напряжение (подсчитанное по первоначальной площади сечения образца), выдерживаемое материалом при растяжении. Его величина определяется ординатой точки условной диаграммы (см. рис. 4.4).

Под пределом пропорциональности понимается напряжение, при котором отступление от линейной зависимости достигает определенной величины, устанавливаемой техническими условиями.

Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации достигают заранее установленной величины в пределах 0,001…0,005%. Условный предел упругости при остаточной деформации 0,005% обозначается .

Для материалов, не имеющих площадки текучести, в качестве предела текучести условно принимается напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0,2 или 0,3 % первоначальной длины образца. Условный или, иначе, технический предел текучести в соответствии с допуском на остаточную деформацию обозначается или .

В теоретических исследованиях индексы 0,2 и 0,3 обычно опускаются и условный предел текучести обозначается символом . Предел текучести является одной из основных характеристик материала. Пластические свойства материала, то есть способность к образованию остаточных деформаций, характеризуются величиной остаточного удлинения образца при разрыве:

(4.1)

а также относительным уменьшением площади сечения образца в шейке:

(4.2)

где - длина рабочей части образца и площадь наименьшего сечения шейки разорванного образца, соответственно; - их величины до нагружения.

Основные механические характеристики применяемых в технике материалов приводятся в справочной литературе.