Тема 5. Механические свойства.

Механические свойства материалов проявляются в виде реакции на воздействие внешних сил. Под воздействием внешних сил в материале возникают внутренние напряжения и он деформируется.

Количественная мера внутренних напряжений - нагрузка, отнесенная к площади поперечного сечения (предел прочности – сила при которой разрушается материал (сила/ед.пл.))

σ =F/S [H/м²], где σ- внутреннее напряжение, F- сила воздействия на материал, S- площадь поперечного сечения.

Количественная мера деформаций - относительное увеличение или уменьшение размеров (объема или длины).

ε_l=∆l/l

В области упругих деформаций (т.е. когда тело после снятия напряжения возвращается в исходное состояние) напряжение и относительная деформация связаны законом Гука: ε_l=α*σ, где α- коэффициент деформации, численно равный деформации, производимой единицей силы. Величина обратная коэффициенту деформации называется модулем деформации. Тогда закон Гука будет иметь вид: σ=Е*ε_l.

Модуль деформации численно равен напряжению, вызывающему единицу деформации.

Модуль деформации растяжения называется модулем Юнга.

Способность материалов противостоять разрушению называется прочностью.

Способность материалов противостоять деформации называется жесткостью.

Прочность – важнейшее требование к конструкционному материалу. Однако, во многих случаях работоспособность изделия определяется не прочностью материала, а его жесткостью. Так, жесткостью должны обладать несущие пласты и каркасы, которые часто подвергаются знакопеременным нагрузкам. Отсутствие жесткости может привести к обрыву проводников, паяных и сварных соединений, нарушению герметичности корпусов.

Прочность материалов всегда должна быть высокая, а жесткость у материалов для пружин, мембран, токосъемников должна быть низкой.

При конструировании РЭА нужно помнить, что причинами внутренних напряжений могут быть не только внешние силы, но и другие причины, связанные как с обработкой (отжиг, сушка, полимеризация и т.д.), так и с несоизмеримостью ТКЛР.

Возникновение внутренних напряжений может привести к разрушению элементов конструкции или к появлению дефектов, которые станут причиной деградации прибора.

По мере роста внутренних напряжений происходит деформация материала, которую можно представить в виде трех стадий:

1. –упругая деформация (обратимое изменение размеров и формы из-за изменения расстояния между атомами или ионами).

2. – пластическая деформация (необратимое смещение отдельных частей твердого тела относительно друг друга) .

3. – разрушение (возникновение и распространение трещин).

Влияние дефектов приводит к тому, что реальная прочность оказывается меньше рассчитанной. Поэтому предсказать реальную прочность практически невозможно и приходится прибегать к испытаниям.

По характеру изменения нагрузки во времени различают следующие виды испытаний:

1. статические (на растяжение, сжатие, кручение и изгиб), твердость. (σ-количественная характеристика прочности).

2. динамические (ударная, вязкость, твердость), работа на излом.

3. усталостные (при циклическом многократном приложении нагрузки)

Обязательным для всех конструкционных материалов являются испытания на растяжение. Необходимо отметить, что при растяжении материала происходит не только его удлинение, но и поперечное сжатие.

ε_п. =μ* ε_l.

ε_п- относительное удлинение образца

μ- коэфф. Пуассона

ε_п- относительное уменьшение поперечного размера