МАСШТАБНЫЙ ФАКТОР
Сопротивление образца или изделия разрушению зависит от его размеров. Такое влияние размеров называют масштабным фактором прочности. Сопротивление отрыву с увеличением размеров поперечного сечения стержня значительно уменьшается. Прочность тонких нитей значительно выше, чем нитей большего поперечного сечения, изготовленных из того же материала. Это явление имеет статистическую природу – вероятность наличия дефекта, ослабляющего тело, с увеличением его размеров возрастает. Это справедливо, не только для размеров поперечного сечения, но и для других размеров, например для длины образца. Прочность стеклянной нити с увеличением ее длины (при
неизменном поперечном сечении) уменьшается.
45
45
•При достижении некоторого размера образца падение прочности с увеличением размеров прекращается. Зависимость прочности от размера сечения образца имеет асимптотический характер. Это объясняется тем, что при размере, начиная с которого уже не наблюдается дальнейшее понижение прочности, в образце образуется стандартная ситуация дефектов, характерная для данного материала, которая в изделиях большего размера просто повторяется в любом из объемов, равных объему образца.
46
Основные механические и физические свойства конструкционных материалов
упругость — элементы конструкций медико-технических устройств и имплантатов не должны пластически деформироваться под действием нагрузки, что нарушило бы их функцию (это особенно важно при реконструкционных операциях костей конечностей); текучесть — материал не должен быть хрупким, что
необходимо для успешного сопротивления динамическим нагрузкам; пластичность — это свойство важно для создания, формования изделий;
жесткость —должна быть адекватной жесткости живых тканей и органов, чтобы обеспечить реологическую
совместимость (Реология (от греч. ρέος, «течение, поток» и -логия) — раздел
физики, изучающий деформации и текучесть вещества. Изучая деформационные
свойства реальных тел, реология занимает промежуточное положение между теорией |
|
упругости и гидродинамикой); |
1 |
|
|
Основные механические и физические свойства конструкционных материалов
прочность — конструкции не должны разрушаться, прочность элементов конструкций медико-технических устройств должна быть функциональной, а для имплантатов должна быть адекватной (во всяком случае не меньшей) прочности тканей живого органа при статических, динамических и циклических нагрузках;
твердость — элементов конструкций медико-технических устройств должна быть функциональной, а для имплантатов необходимо учитывать при реконструкции мягких тканей и суставов;
сопротивление износу включает в себя такие факторы, как геометрия, состояние поверхности имплантата, характер нагрузки, скорость скольжения и др.;
электрическая проводимость — учитывается при анализе
работы имплантата в контакте с кровью; |
2 |
Эти и другие свойства конструкционных и биоматериалов определяются опытном путем, при проведении эксперимента.
Испытания материалов
Кратковременные статические испытания гладких образцов при комнатной температуре
3
ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ, ГОСТ 1497–84
Для испытания на растяжение применяют пропорциональные цилиндрические или плоские образцы диаметром или толщиной в рабочей части 3,0 мм и более с начальной расчетной длиной l0 / d0 = 5 или 10. Применение коротких образцов предпочтительнее.
Определяют значения:
предела пропорциональности; модуля упругости;
предела текучести физического; предела текучести условного; временного сопротивления;
относительного равномерного удлинения; относительного удлинения после разрыва;
относительного сужения поперечного сечения после разрыва
Допускается определение относительного равномерного удлинения по диаграмме растяжения с масштабом по оси удлинения не менее 10:1 как соответствующего наибольшему
усилию. |
4 |
7 типов круглых образцов
5
Размеры пропорциональных цилиндрических образцов для испытания на растяжение
Номер |
d0 |
l0 = 5d0 |
l0 = 10d0 |
l |
D |
D1 |
r |
r1 |
h1 |
h2 |
|
образца |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
25 |
125 |
250 |
|
45 |
28 |
|
5,0 |
25 |
12,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
20 |
100 |
200 |
|
36 |
24 |
(0,10 … |
5,0 |
20 |
10,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
15 |
75 |
150 |
|
28 |
18 |
0,15)d |
4,0 |
15 |
7,5 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
10 |
50 |
100 |
l0 + (0,5 |
20 |
13 |
|
4,0 |
10 |
5,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
8 |
40 |
80 |
… 2,0)d0 |
16 |
11 |
1,0 |
3,0 |
8 |
4,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
6 |
30 |
60 |
|
13 |
8 |
1,0 |
3,0 |
6 |
4,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
5 |
25 |
50 |
|
12 |
7 |
1,0 |
2,5 |
5 |
4,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
4 |
20 |
40 |
|
11 |
7 |
1,0 |
2,5 |
5 |
4,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
определения усилий Рт, Ртн,
Ртв
в зависимости от вида диаграмм растяжения
7
При испытании на кручение (ГОСТ 3565–80) определяют:
модуль сдвига предел пропорциональности предел текучести
предел прочности (условный) предел прочности (истинный) максимальный остаточный сдвиг
характер разрушения (срез или отрыв)
Образцы в рабочей части 10 мм и длина 100 или 50
G = |
|
|
Ml |
|
Т |
при пц + 0,3% |
|
т |
|||||
|
J p |
|
|||||||||||
, |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
= |
МТ |
, предел прочности τ |
|
= |
Mk |
|
|
|||
|
0,3 |
Wp |
k |
Wp |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
= max D |
|
|
|
|
||||
|
max |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2l |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8