1.1. Материалдардың беріктік және созымдылық физикасы пәнінің мәні мен мақсаты.

Осы пәннің мақсаты болып беріктік және созымдылық қасиеттерінің физика-механикалық концепциясын жүктеменің түрінің және пайдаланудың температуралық-жылдамдық жағдайларының өзгеруі кезіндегі материалдардың құрылысты тәуелді сипттамасы ретінде тереңдетіп оқыту болып табылады.

Пәннің мәні – әртүрлі, жүктеу жағдайында конструкциялық материал-дардың серпімділігі, созымдылығы, беріктігі және қирауы туралы, сонымен қатар олардың қасиеттерін бағалау үшін механикалық сынаудың негізгі әдістері туралы қазіргі кездегі түсініктерді оқу болып табылады.

Беріктікті қасиет – бұл стандартты үлгідегі материалдың деформацияға және қирауға қарсы тұру қасиеті;

Созымдылық қасиеті – бұл стандартты үлгідегі материалдың қираусыз өз пошымын және өлшемдерін өзгертуге қарсы тұру қасиеті.

Беріктік дегеніміз қатты дененің сыртқы жүктеме әсерінен қирауға және деформацияға қарсыластық қасиетін атаймыз.

Созымдылық дегеніміз қатты дененің сыртқы жүктеме әсерінен қираусыз өз пошымын және өлшемін өзгертуі және осы өзгерісті жүктемені алып тастағаннан кейін тұрақты сақтап қалу қасиет.

Беріктік және созымдылық қатты денелердің кешенді сипаттамасы болып табылады және ішкі, сыртқы факторларға тәуелді.

Ішкі факторлар: материалдың фазалық, химиялық құрамы, құрылымы, кристалдық және түйірлік құрылысы, күйі, ақаулық сипаттамалары .

Сыртқы факторлар: температура, уақыт, қысым, жүктеу жылдамдығы, түсірілген жүктеу сипаты, кернеулік күй схемасы.

Сонымен қатар, беріктік тек механикалық емес негізгі пайдалану қасиетіне, ал созымдылық техникалық қасиетке жатады.

1.2.Кернеу. Анықтамалары. Кернеу түрлері.

Механикалық қасиеттердің объективті сипаттамасы ретінде беріктікті бағалау үшін кернеу деп аталатын арнайы өлшеу бірлігі енгізілген. Осы мақсатта сыртқы созылу күші немесе жүктемесіне әсер ететін біртекті цилиндрлік стержень түріндегі гипотетикалық қатты дене қолданылады.

І заңдылық. Стерженнің ішкі аймағын екіге бөлетін α бұрышымен әсер ететін күшке Р_сырт бағытталған аймақты бөлеміз. Бөліктің бір шетін ойша тастаймыз, ал оның қалған бөлігіне әсерін ішкі күштермен ауыстырамыз.

ІI заңдылық. Ньютонның III заңы бойынша үлгі материалы жағынан ішкі активті күштің әсеріне қарсы ықпал ететін ішкі күш Р_ішкі туады. Ньютонның ІІІ заңы бойынша орын ауыстыру болмаған кезде олар бір-біріне тең болады. Р_сырт=Р_ішкі

ІІІ заңдылық. Егер стержень материалы біртекті және изотопты (мысалы, поликристалдық үлгі) болса, онда оның қасиеті барлық бағыттар бойынша бірдей болады. Бұл ішкі күштің сыртқы күшке бірдей қарсы екенін көрсетеді.

IV заңдылық. Стерженнің кесе көлденең қимасының ауданы қаншалықты көп болса, соншалықты ол оның формасы мен өлшемдерінің өзгеруі бойынша сыртқы күштің әсеріне қарсыластық көрсетеді. Ішкі күштің объект өлшеміне тәуелділігін алып тастау үшін оларды бірлік беткейге келтірілген деп қарастырады. Осылай алынған шаманы кернеу деп атайды. Оны σ әріпімен белгілейді, формуласы:

(2.1)

(Р күш, Fаудан).

Сонымен кернеу дегеніміз оның қимасына аудандық бірлігенен қатысты денеге түсірілетін жүктемені атайды, бірақ бұл жағдайда кернеу сыртқы меншікті күшті емес, ал осы күшке әсер ететін материалдың ішкі реакциясын сипаттайтыны қарастырылмаған. Осыған байланысты кернеуді келесі анықтама бойынша айтуға болады: механикалық кернеу дегеніміз бірлік аудандағы сыртқы әсердің ықпалынан деформацияланған денеде туатын ішкі күштер аталады.

Механикалық кернеу дегеніміз бірлік аудандағы сыртқы әсерімен материалдағы байланыстың ішкі күшіне қарсыласуын сипаттайтын шама. Ең бастысы кернеу деформацияланған қатты дененің фундаменталды түсінігі. СИ бірлік жүйесінде күш Ньютонмен, қима ауданы м² өлшенсе, кернеу өлшем бірлігі Н/м²=Па.

Күш бірліктердің техникалық жүйесінде кгс, ал аудан мм² өлшенеді, кернеу кгс/мм²=9,8 МПА.

V заңдылық. егер еркін ауданға әсер ететін күшті векторлы шама ретінде осы ауданға перпендикуляр және оған параллелді құралғыш етіп алсақ, онда оны әрқайсысы материалда келесі түрде көрсетілген кернеу құрайды.

нормалды кернеу.

тангенсалды (жанаспалы) кернеу.

VI заңдылық. Құрылғысы, құрамы және қасиеті әртүрлі анизотропиялық материалдар жағдайында материалдың әрбір бөлігіндегі кернеуі де әртүрлі болады. Бұл жағдайда кернеуді S әрпімен белгілейді.

VII заңдылық. Механикалық кернеу әсер ететін күш байқалған кездегі көлденең қима ауданның өзгеру шамасына байланысты шартты және шынайы болады. Егер өзгеріс елеусіз болса, онда F₀=F_k. Мұндай кернеуді шартты кернеу деп атайды және σ, τ әріптерімен белгілейміз. Егер уақыт өте бастапқы қима айтарлықтай өзгерсе мұндай кернеуді шынайы деп, белгіленуі S әріпімен, ал жанаспалы t әріпімен белгіленуін атаймыз. F_k<F₀болса онда барлық кезде созылу да шынайы кернеу шартқа қарағанда көп, ал қысылу кезінде керісінше.

1.3. Циклдық жүктеу және материалдардың беріктігі.

Әртүрлі бұйымдарды пайдаланудың реалды жағдайларында циклдық жүктеу жиілігі айына бірнеше циклдан секундына минутына бірнеше циклына өзгереуі мүмкін. Демек, ондық ретке дейін, бірақ машина тетікбөлшектерінің көптеген бөліктері 500-1000-ға дейінгі жиілік диапозонында жұмыс істейді. Бұл диапозонда жүктеу жиілігінің өзгеру ықпалы көптеген материалдарда зерттелген, мұнан шығатыны олар өте әлсіз болып табылады. Жиіліктің өсуімен шыдамдылық шегінің 5-10% өсуі байқалады. Циклдың ең үлкені кернеуінің өсуімен жүктеу жиілігінің ықпалы үдейді. Мұны шектелген шыдамдылық аймағында жақсы көруге болады. Жиіліктің ықпалы көбінесе уақытша факторлардың әсеріне байланысты циклдың бірдей саны кезінде жиіліктің өсуі уақыттың азаяуын және жүктеу жылдамдығының жоғарлығын көрсетеді. Бұл созымды деформацияның дамуын шектейді, нәтиежелі қажумен бүлінудің төмендеуін әкеледі. Сонымен өте төмен немесе өте жоғары жиілік кезінде жанаспалы сезімде болатын жалпы заңдылықтардың ауытқуы болуы мүмкін. Мысалы, минутына 100 циклына аз жиілік кезінде кейбір қорытпалардың ұзақ минутына бірнеше мың цикл жиілік кезіндегі ұзақ уақыттылықпен салыстырғанда 2 есе аз. Басқада аномияларды да байқауға болады. Жиілік ықпалы кернеу деңгейінің азаюы күшейеді. Секундына 1500 циклдан көп жиілік кезінде нақты тәуліктерден байқауға болады.