ответы / ОТВЕТЫ СОПРОМАТ 4

Испытание материалов на растяжение-сжатие. Диаграммы на растяжение-сжатие различных материалов.

Некоторые свойства материалов проявляются при испытаниях образцов из этих материалов на растяжение. На основе этих экспериментов определяются

31

механические характеристики материалов, позволяющие оценить их прочностные и

пластические свойства.

Для проведения опытов на растяжение используют специально изготовленные

образцы (рис. 2.5), которые закрепляются в захватах машины и растягиваются вплоть до разрушения. При этом зависимость между растягивающей силой F и удлинением образца l записывается в виде графика (рис. 2.6), который называется машинной диаграммой растяжения материала.

Рассмотрим диаграмму растяжения образца из малоуглеродистой стали (рис. 2.7). На этой диаграмме отмечены точки А, В, С, D.

Точке А соответствует напряжение п – предел пропорциональности.

32

Вблизи точки А, на криволинейном участке диаграммы, можно отметить точку В, соответствующую пределу упругости у .

Начиная от точки С, диаграмма имеет горизонтальный (или почти горизонтальный) участок, которому соответствует предел текучести т . На этом участке деформации растут без увеличения нагрузки.

Горизонтальный участок диаграммы CD называют площадкой текучести. Площадка текучести ярко выражена только для малоуглеродистых сталей. Ее возникновение связано с явлением текучести в материале. Точке Е на диаграмме соответствует напряжение в – предел прочности.

До достижения предела прочности в продольные и поперечные деформации образца равномерно распределяются по его длине.

После достижения точки Е диаграммы, образец в основном деформируется в окрестности одного наиболее ослабленного сечения, где начинает образовываться шейка – значительное сужение образца. Образец до деформации и после образования шейки показан на рис. 2.8.

За точкой Е нагрузка снижается, что объясняется уменьшением поперечного сечения шейки. Разрыву образца на диаграмме соответствует точка S.

К прочностным характеристикам материала относятся предел пропорциональности п , предел упругости у , предел текучести т , предел прочности в (временный предел прочности).

Пластичность материала характеризуется относительным остаточным удлинением при разрыве и относительным остаточным поперечным сужением при разрыве .

В зависимости от величин δ и , конструкционные материалы условно делятся на пластичные и хрупкие. Материал считается пластичным, если относительная остаточная деформация больше 5 %.

33

Хрупкие материалы разрушаются без образования заметных остаточных деформаций. К ним относятся чугун, стекло, кирпич, строительные камни. Величина удлинения δ при разрыве не превышает 2… 5%.

Пластичные материалы при нагружении способны образовывать большие остаточные деформации. К ним относятся медь, латунь, алюминий.

Испытание материалов на сжатие.

Испытание металлов на сжатие проводят на коротких цилиндрических образцах.

На рис. 2.10 в первой четверти изображены диаграммы растяжения, а в третьей – сжатия. На начальном этапе нагружения диаграмма сжатия малоуглеродистой пластической стали Ст3, так же, как и диаграмма растяжения - наклонная прямая. Затем диаграмма переходит в криволинейный участок – участок текучести. При сжатии площадка текучести не получается такой же ярко выраженной, как при растяжении. Пределы пропорциональности, упругости и текучести для стали при

сжатии такие же, как при растяжении. Углы наклона прямолинейных участков диаграммы (рис. 2.10) при растяжении и при сжатии одинаковы, значит, модуль упругости при сжатии такой же, как и при растяжении.

……………………………………………………………………………………………………………………………..

34

Углы наклона прямолинейных участков диаграммы (рис. 2.10) при растяжении и при сжатии одинаковы, значит, модуль упругости при сжатии такой же, как и при растяжении м поперечные деформации образца затруднены из-за наличия трения. Поэтому при сжатии цилиндр приобретает форму бочонка. При увеличении нагрузки образец постепенно расплющивается, но разрушить его не удается и предел прочности установить нельзя. Для стали условно принимают, что величина предела прочности при сжатии такая же, как при растяжении. Чугунный образец при сжатии немного выпучивается в средней части и разрушается с образованием трещин под углом к продольной оси, примерно равным 450

35

где Δl = l - l0 абсолютное удлинение стержня; ε = Δl / l0 - относительное продольное удлинение стержня; σ = F / A0 - нормальное напряжение; E - модуль Юнга; σп - предел пропорциональности; σуп - предел упругости; σт - предел текучести; σв - предел прочности (временное сопротивление); εост - остаточная деформация после снятия внешних нагрузок. Для материалов, не имеющих ярко выраженную площадку текучести, вводят условный предел текучести σ0,2 - напряжение, при котором достигается 0,2% остаточной деформации. При достижении предела прочности в центре стержня возникает локальное утончение его диаметра («шейка»). Дальнейшее абсолютное удлинение стержня идет в зоне шейки ( зона местной текучести). При достижении напряжением предела текучести σт глянцевая поверхность стержня становится немного матовой – на его поверхности появляются микротрещины (линии Людерса-Чернова), направленные под углом 45° к оси стержня.

36

Механические характеристики материалов

37

…………………………………………………………………………………………

Основными механическими свойствами материалов при их деформации являются прочность, пластичность, хрупкость, упругость и твердость.

Прочность - способность материала сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь и без появления остаточных деформаций.

Пластичность – свойство материала выдерживать без разрушения большие остаточные деформации. Неисчезающие после снятия внешних нагрузок деформации называются пластическими.

Хрупкость – свойство материала разрушаться при очень малых остаточных деформациях (например, чугун, бетон, стекло).

Идеальная упругость – свойство материала (тела) полностью восстанавливать свою форму и размеры после устранения причин, вызвавших деформацию.

Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него других тел.

…………………………………………………………………………………………..

Для определения механических свойств материалов применяют методы испытания на образцах и неразрушающие методы.

-на растяжение (предел прочности, предел текучести, условный предел текучести, модуль упругости, относительное удлинение при разрыве, относительное сужение при разрыве)

-на сжатие (предел упругости, остаточная деформация, предел текучести, пластичность, предел прочности, предел пропорциональности)

-на изгиб (предельное напряжение, жесткость)

38

Пластичные и хрупкие материалы

Пластичные материалы (стали, алюминиевые сплавы, медь) имеют диаграммы растяжения, подобные диаграмме стали Ст3 (в ряде случаев без площадки текучести) и аналогичную форму разрушения. Хрупкие материалы (чугун, бетон, кирпич, стекло) имеют диаграммы растяжения, подобные диаграмме чугуна, и сходную форму разрушения.

Деление материалов на хрупкие и пластичные носит условный характер, т.к. при некоторых условиях, хрупкие материалы могут при-обретать свойства пластических материалов и наоборот. Например, образец из пластичной стали при низкой температуре разрушается как

хрупкий материал, без образования шейки

Допускаемые напряжения, коэффициент запаса прочности.

Здесь – допускаемое напряжение, величина которого вычисляется по формуле

где О – опасное (предельное) напряжение, определяемое экспериментально; n – коэффициент запаса прочности. Значение коэффициента n зависит от предназначения конструкции и условий ее эксплуатации Для пластичных материалов за предельное (опасное) напряжение О обычно принимается предел текучести Т . Для хрупких, а в некоторых случаях и для умеренно пластичных материалов за О принимается предел прочности в . Величина коэффициента запаса прочности n назначается с учетом многих факторов: используемая для расчетов теория, условия эксплуатации конструкции, наличие требований по безопасности объекта, принятые в отрасли промышленности. Во многих случаях n = 1,4 3. Например, при проектировании машин и аппаратов химических производств, в ряде случаев полагают n = 1,5.

……………………………………………………………………………………………

39

Условие прочности при растяжении-сжатии

Условие прочности имеет вид:

Здесь – допускаемое напряжение, величина которого вычисляется по формуле:

где о – опасное (предельное) напряжение, определяемое экспериментально; n – коэффициент запаса прочности. Значение коэффициента n зависит от предназначения конструкции и условий ее эксплуатации.

Для пластичных материалов за предельное (опасное) напряжение о обычно принимается предел текучести т. Для хрупких, а в некоторых случаях и для умеренно пластичных материалов за о принимается предел прочности в.

Величина коэффициента запаса прочности n назначается с учетом многих факторов: используемая для расчетов теория, условия эксплуатации конструкции, наличие требований по безопасности объекта, принятые в отрасли промышленности.

Во многих случаях n = 1,4 3. Например, при проектировании машин и аппаратов химических производств, в ряде случаев полагают n = 1,5.

http://xn--80axfaegeoa.xn--p1ai/Theory/Theory-3.html

http://cdo.bru.by/course/distan/PGS/sopromat_pgsdz/Fail/lekcher_3.pdf

40