1.3 Механические характеристики материалов

Механические характеристики материалов, определяемые при растяжении, можно разделить на три группы.

1. Характеристики упругих свойств.

Модуль упругости первого рода (модуль Юнга).

Модуль Юнга характеризует жесткость материала (физический смысл) и равен тангенсу угла наклона участка упругости OB условной диаграммы к оси абсцисс E = tga (геометрический смысл). Для основных марок стали E = 2·105 МПа, для меди E = 1,2·105 МПа, для алюминия E = 0,7·105 МПа.

Коэффициент Пуассона.

Удлинению стержня при растяжении в продольном направлении сопутствует сжатие в поперечном направлении:

При этом относительная линейная деформация определяется как

,

а относительная поперечная деформация –

.

За коэффициент Пуассона принимают модуль отношения поперечной деформации к продольной:

.

Коэффициент Пуассона изменяется от 0 (для пробки) до 0,5 (для резины). Для основных марок стали .

Иногда к характеристикам упругости относят также предел пропорциональности s_пц и предел упругости s_у.

2. Характеристики прочности:

– предел текучести s_т,

– предел прочности s_в.

Если диаграмма растяжения не имеет площадки текучести, то определяют условный предел текучести s_0,2 – напряжение, соответствующее величине остаточной деформации 0,2%.

Для некоторых материалов величину условного предела текучести определяют при остаточной деформации 0,5% (s_0,5). Используется также понятие условного предела упругости s_0,001 или s_0,005 – напряжение, соответствующее величине остаточной деформации 0,001 или 0,005%.

1.4 Нормативные и расчетные сопротивления стали

Нормативные сопротивления стали при растяжении и сжатии определяются по результатам испытаний стандартных образцов на растяжение по пределам текучести и по пределу прочности – для элементов, которые работают только на растяжение.

За нормативное сопротивление по пределу текучести принимается браковочный минимум предела текучести, физического или условного, определяемый с надежностью 95 % и устанавливаемый государственными стандартами и техническими условиями. Аналогично за нормативное сопротивление по пределу прочности принимается браковочный минимум предела прочности, определяемый с надежностью 95 %, устанавливаемый государственными стандартами и техническими условиями. Поскольку надежность нормативных сопротивлений недостаточна для расчетов по предельным состояниям 1-й группы, вводятся расчетные характеристики, надежность которых приближается к 100 %:

        

где – расчетные сопротивления по пределам текучести и прочности соответственно; – коэффициенты надежности по материалу. Так как технология изготовления стальных элементов достаточно отработана, коэффициенты близки к 1. Расчетное сопротивление по пределу прочности используется только при расчете растянутых элементов и растянутых зон в тех случаях, когда эксплуатация возможна и после достижения в элементе или зоне предела текучести.