3) Диаграммы растяжения хрупких материалов

Типичная диаграмма растяжения хрупких материалов (чугунов, бетона, керамики, стекла и др.) приведена на рисунке 28,а (нижняя кривая). У диаграммы нет площадки текучести и прямолинейного участка: упругие деформации не пропорциональны напряжениям даже при небольших напряжениях. Напряжение довольно плавно возрастает до наибольшего значения – временного сопротивления (предела прочности) материала при растяжении. Образец разрушается при незначительной деформации без образования шейки. Остаточные деформации после разрыва у чугунов обычно не превышают 1%.

σ

модуль

σ

сжатие σ_в^в

вдоль волокон

растяжение

поперек волокон

0 ε 0 ε

а) б)

Рисунок 28. Условные диаграммы: а) растяжения и сжатия чугунов; б)

Сжатия древесины

Разрушение чугунного образца носит характер отрыва по площадке, перпендикулярной направлению растягивающей силы. Поверхность разрушения имеет крупнозернистую структуру. Поскольку диаграмма растяжения хрупких материалов не линейна, то для них вместо модуля упругости Е в обычном смысле вводится понятие о секущем модуле Е_s, соответствующем диапазону рабочих напряжений элемента конструкции.

4) Диаграммы сжатия материалов

Для испытаний металлов на центральное сжатие используют цилиндрические образцы длиной l_o = (1,5÷3) d_o. Для испытаний бетона и древесины применяют кубические образцы.

Типовая условная диаграмма сжатия низкоуглеродистых сталей на рисунке 27,а совмещена с диаграммой растяжения. Начальные участки диаграмм растяжения и сжатия в пределах упругих деформаций совпадают (напряжения сжатия даны по модулю). Поэтому считается, что модули упругости сталей при растяжении и сжатии одинаковы. После точки 1 диаграмма сжатия переходит в кривую, подобную диаграмме растяжения, но площадка текучести при сжатии выражена слабее. Значения предела пропорциональности и предела текучести при сжатии и растяжении по величине практически одинаковы. При дальнейшем нагружении сжимающей силой развиваются значительные пластические деформации и образец материала сплющивается, принимая бочкообразную форму, а напряжение сжатия прогрессирующе возрастает (эта часть диаграммы на рисунке 27,а продолжена пунктиром). Значение предела прочности при сжатии у таких сталей установить нельзя, т. к. образец можно расплющивать до состояния «фольги».

Типичная диаграмма сжатия хрупких материалов (чугунов, бетона, камень, стекла и др.) приведена на рисунке 28,а (верхняя кривая). С самого начала примерно до середины диаграмма сжатия чугунов почти линейна, форма и размеры образца изменяются несущественно. Ближе к разрушающему напряжению (временному сопротивлению материала при сжатии) диаграмма искривляется, первоначально цилиндрический образец приобретает слегка бочкообразную форму. При напряжении на поверхности образца появляются трещины под углом примерно 45^о к продольной оси образца и он разрушается. Большинство других хрупких материалов (бетон, камень и др.) при сжатии разрушаются аналогично чугунам и имеют подобную диаграмму.

Следует отметить, что прочность хрупких материалов при сжатии значительно выше, чем при сжатии. Так, у серых чугунов временное сопротивление при сжатии = 560÷900 МПа, при растяжении = 120÷190 МПа (в 4÷5 раз ниже, чем при сжатии).