6. Прочность, упругость, пластичность, твёрдость, определения, размерность

Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил или других факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п. Оценивается она пределам прочности (Размерность: МПа). Так называют напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение.

Упругостью твердого тела называют его свойство самопроиз­вольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация полно­стью исчезает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее принято называть обратимой. Упругие свойства вещества характеризует модуль Юнга. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Единица измерения: Н/м.

Пластичностью твердого тела называют его свойство изменять форму или размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, причем после прекращения действия силы тело не может самопро­извольно восстанавливать свои размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная деформация, называемая пластической де­формацией. Характеризуется относительным удлинением и относительным сужением (выражается в процентах).

Твердость — способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. Число твердости записывается без единиц измерения, например 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например HV=3200 МПа.

7. Предел прочности на сжатие, растяжение и изгиб, определения, размерность

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Пределом прочности (Размерность: МПа) называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разру­шение образца. Предел прочности различных строительных материалов колеблется от 0,5 до 1000 МПа и более. Предел прочности определяют опытным путем, используя при этом гидравлические прессы или разрывные машины и стандартные образцы материа­ла. Для некоторых материалов (бетон, кирпич и т. п.) предел прочности на растяжение определяют путем раскалывания цилиндров или призм. На разрыв испытывают образцы материалов в виде балочек, расположенных на двух опорах. У большинства материалов (кроме древесины, стали, полимерных материалов) предел прочности при растяжении и изгибе значительно ниже, чем при сжатии, поэтому их применяют главным образом в конструкциях, которые работают на сжатие.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Они определяются испытанием стандартных образцов на испытательных машинах.

Предел прочности при сжатии и растяжении R_СЖ(Р), МПа, вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал Р, Н, к площади поперечного сечения F, мм²:

.

Предел прочности при изгибе R_И, МПа, вычисляют как отношение изгибающего момента M, Н^хмм, к моменту сопротивления образца , мм³:

.

8. Твёрдость, истираемость, износ, определения, размерность

Твёрдость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твёрдости материалов получили распространение методы царапания, сверления, шлифования, а также вдавливания острия, сферы или цилиндра.

Твёрдость  каменных материалов определяют методом царапания, оценивая показатель  твёрдости по шкале Мооса при помощи 10 специально подобранных минералов (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз), распо­ложенных в порядке возрастания  твердости  (более твердый царапает предыдущий), с условными показателями  твердости  от 1 до 10.  Твёрдость  древесины, металлов, бетона и некоторых других строительных материалов определяют методами Роквелла, Бринелля и Виккерса, вдавливая в них стальной шарик или твёрдый наконечник в виде конуса или пирамиды. В результате испытания вычисляют число  твёрдости  НВ (по Бринеллю), НR (по Роквеллу) или НV (по Виккерсу). От твердости материалов зависит их истираемость: чем больше твердость, тем меньше истираемость.

 Истираемость  – свойство материала уменьшаться в объёме и массе под действием истирающих усилий. Истираемость  И_m (г/см²) оценивают потерей первоначальной массы об­разца материала, отнесенной к площади поверхности истирания F и вычисляют по формуле:

И_m = (т₁ - т₂)/F,

где т₁ и т₂ - масса образца до и после истирания.

Износом  называют свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ определяют на образцах материалов, которые испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами или без них. Показателем износа служит потеря массы пробы материала в результате проведенно­го испытания (в % от первоначальной массы).