1) Что такое механическое напряжение и как оно определяется?

Как при изготовлении, так и при эксплуатации деталей машин необходимо учитывать такие механические свойства, как прочность, упругость, пластичность, ударную вязкость, твёрдость и т.д. Все эти свойства определяют по результатам механичеких испытаний, при которых материал подвергается воздействию внешних нагрузок. Нагрузка вызывает в твёрдом теле напряжение и деформацию.

В простейшем случае осевого растяжения стержня (рис 1.7. а) напряжение σ (сигма) в поперечном сечении определяется как отношение растягивающей силы Р к площади поперечного сечения S_o испытуемого образца, т.е.

σ = P / S₀

В общем случае полное напряжение σ можно разложить на 2 составляющие – на нормальную составляющую σ_n и касательное напряжение σ_t (рис 1.7. б)

Если сила Р расположена под углом α к плоскости поперечного сечения, тогда

σ₁ = P / S₁ = σcos α

Понятие напряжения позволяет проводить расчёт на прочность конструкций и их элементов.

2) Что такое деформация? в чём разница между упругой и пластической деформацией?

Деформация – это изменение формы и размеров твёрдого тела под влиянием приложенных внешних сил. Различают деформацию растяжения, изгиба, сжатия, кручения, среза. В действительности материал, как правило, подвергается нескольким видам деформации одновременно. Если в результате приложенных сил изменяются только линейные размеры, то это линейная деформация, а если изменяется и угол, то это деформация сдвига. В результате деформации может произойти и разрушение тела. Сначала зарождаются микротрещины, затем макро- ; происходит дальнейшее распространение трещины по всему сечению.

Деформация совершается в результате относительного смещения атомов от положения равновесия. При упругой деформации сохраняется пропорциональная зависимость между деформирующими силами и смещением атомов. После снятия внешних сил твёрдое тело может восстанавливать свои исходные размеры и форму. Если после прекращения действия сил твёрдое тело не восстанавливает свою форму полностью, то такая деформация пластическая или остаточная. В этом случае атомы не возвращаются в исходные позиции, а занимают новое положение устойчивого равновесия.

3) При каких условиях нагружения определяются механические свойства?

В зависимости от условий нагружения, механические свойства могут определяться при:

- статическом нагружении (нагрузка на образец возрастает медленно и плавно). К статическим испытаниям относятся испытания на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, твёрдость и пластичность.

- динамическом нагружении (нагрузка возрастает с большой скоростью и может иметь ударный характер). Испытания проводятся на ударную вязкость.

- повторно-переменном нагружении (нагрузка меняется и по величине, и по направлению) это так называемые циклические нагрузки.

4) Какие характеристики определяются по результатам испытаний на растяжение? Что такое предел прочности?

Одним из основных видов испытаний являются испытания на растяжение. Они позволяют получить информацию о таких механических свойствах как прочность, упругость, пластичность. Для этого применяют специальные образцы. Перед испытанием такой образец закрепляют в вертикальном положении, и в процессе испытания снимается диаграмма напряжений – это зависимость абсолютного удлинения Δl от приложенной нагрузки P. На диаграмме растяжения (рис 1.8. б) можно выделить три участка:

- участок ОА прямолинейный – упругая деформация.

- участок АВ криволинейный - упруго-пластическая деформация (точке В соответствует максимальная нагрузка).

- участок ВС криволинейный – упруго-пластическая деформация, но при снижении нагрузки. В точке С - окончательное разрушение образца на 2 части.

Для некоторых материалов, например сталь, латунь, после упругой деформации появляется небольшой горизонтальный участок (рис 1.8 а) участок АА', который называется площадкой текучести.

По результатам статических испытаний определяются прочностные характеристики, предел упругости (это напряжение, при котором остаточная деформация достигает величины 0,05% от расчётной длины образца); прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок, она оценивается пределом прочности и пределом текучести (предел текучести – напряжение, при котором возникает площадка текучести P_T). При испытании на растяжение определяются также и характеристики пластичности: относительное удлинение и относительное сужение.