15.5. Механические испытания.

 

Основные механические испытания - это определение прочностных характеристик, т.е. способности выдерживать внешние механические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы. По характеру приложения нагрузки испытания делятся на статические, с плавным ростом нагрузки с требуемой скоростью и динамические, когда нагрузка воздействует в виде рывка, удара.

При статических испытаниях определяют разрушающее напряжение при растяжении, сжатии или изгибе, предел текучести, относительное удлинение при разрыве и относительную деформацию при сжатии, модуль упругости и др. При динамических испытаниях - ударную вязкость и стойкость к вибрации. Определяются твердость, гибкость, пластичность.

Следующие типы испытаний:

на растяжение пластмасс, керамики, цемента (двусторонние лопатки),

пластмасс и слоистых пластиков на сжатие (призмы, цилиндры),

пластмасс на раскалывание,

пленок на разрыв,

пластмасс на статический изгиб (брусок лежит на двух опорах и нагружен в середине).

Ударная вязкость пластмасс по Шарпи и т.д. определяется с помощью маятниковых копров. Производят с помощью тяжелого маятника с бойком. После разлома образца маятник поднимается до какой-то точки. По разности первоначального положения и конечного находят энергию удара, затраченную на разрушение. Ударная вязкость - отношение энергии удара к площади поперечного сечения образца.

Твердость определяется несколькими способами:

Метод Бринелля - вдавливается шарик при определенной нагрузке. Чем больше диаметр отпечатка - тем меньше твердость. По значению измеренного диаметра отпечатка с использованием выражения определяется значение твердости по Бринелю.  

Несколько другой способ реализован в методе Роквелла.  Здесь производится вдавливание конусной иглы (индентора)  при определенной нагрузке и по значению смещения индентора (это характеризует глубину), определяется твердость по Роквеллу. 

Еще один популярный способ основан на царапанье более твердого материала менее твердым. Тем самым определяется относительная твердость материалов. Сравнение с рядом эталонных материалов, которым присвоены номера твердости по Моосу, (алмаз -10, корунд - 9, кварцит - 7, известняк - 3 и т.д.) позволяет получить и количественную характеристику. 

Твердость пленок определяют маятниковым методом - на пленку ставится маятник, чем тверже материал, тем дольше маятник качается.

Помимо вышеиздлженных, упомянем методы определения гибкости - число перегибов тонкого материала, вызывающих его разрушение.

Методические указания для студентов по дисциплине «Материаловедение»

При изучении курса студенты знакомятся с разделами: диэлектрики, проводники, полупроводники и магнитные материалы. Изучение теоретической части разделов сопровождается решением задач. Приведен пример решения задачи по разделу: диэлектрики.

К диэлектрику прямоугольной формы размерами a и b и высотой h приложено постоянное напряжение U=1000 В. Напряжение подводится к противоположным граням a и b, покрытым слоями металла. Известны размеры диэлектрика: а=200 мм, b=100 мм, h = 2 мм, Удельное объёмное сопротивление и удельное поверхностное сопротивление .

Требуется определить ток утечки, мощность потерь и удельные диэлектрические потери.

Решение. Ток утечки протекает как через объём диэлектрика, так и по поверхностям четырёх боковых граней (через две грани a и через две грани b). Поэтому сопротивление между электродами определяется параллельным соединением объёмного и поверхностного сопротивлений. Объёмное сопротивление равно:

Поверхностное сопротивлении равно:

Полное сопротивление изоляции равно:

Ток утечки:

Мощность потерь:

Удельные диэлектрические потери: