книги из ГПНТБ / Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки

мер, напряженное состояние конструкций самолетов, ракет и т. п., где регистрация сигналов датчиков, накле­ енных на деталях указанных конструкций, производится с Земли.

§ 9. И С П Ы Т А Н И Я П Л А С Т И Ч Е С К И Х М А С С

В настоящее время стабильных методов расчета для пластических масс не существует. Поэтому необходимо установить для пластических масс физический закон, а для установления его возможны два пути:

наперед задаться аналитическим выражением физи­ ческого закона и затем произвести эксперименты для его проверки;

сначала накопить экспериментальные данные и затем, подвергнув их обработке, подобрать выражение физиче­ ского закона, достаточно хорошо оправдывающегося для определенного класса полимеров.

Если пластические массы обладают однородным (изотропным) строением, то упругих постоянных коэф­ фициентов существует два и в этом случае напряжение и деформация связаны между собой следующим об­ разом:

для деформации в продольном направлении

о = Ее,

для деформации в поперечном направлении т = Оу,

где а — нормальное напряжение; х — касательное напряжение;

Е ~ упругая постоянная (нормальный модуль упру­ гости) ;

40

G — упругая постоянная (модуль упругости при сдвиге);

е— относительное удлинение;

у— относительный угол сдвига.

Если пластические массы подчиняются последним двум уравнениям, т. е. закону пропорциональности — закону Гука, то зависимость между напряжением и де­ формацией выражается прямой линией.

Между нормальным модулем упругости и модулем сдвига существует зависимость вида.

С= Е—

2(1+,и) ’

где ц — коэффициент поперечного сжатия.

Величины модулей упругости определяются природой упругих сил. Так, например, для полимеров (в эластиче­ ском состоянии) коэффициент поперечного сжатия будет

р->0,5.

Вэтом случае зависимость между модулями упруго­ сти выражается формулой

Е— 3(7.

Таким образом, можно считать, что величины Е и G являются постоянными и характеризуют упругие свойст­ ва полимера.

Упругими свойствами обладают не только твердые и вязкоупругие тела. При сжатии газа в закрытом сосуде его давление увеличивается, т. е. газ оказывает сопро­ тивление внешним сжимающим силам. Следовательно, газ является упругим телом — обладает объемной упру­ гостью. Упругость газа обусловлена тепловым движе­ нием молекул, т. е. имеет кинетический характер.

41

В физико-механическом отношении для пластических масс (в готовых изделиях) характерен особый вид зави-

Рис. 17. Диаграмма растяжения:

1— для металла; 2 —для пластической массы; 3 —для резины.

симости между деформацией и усилием, ее вызываю­ щим. Различие между металлом, пластической массой и резиной показано на рис. 17. Точка а соответствует пре­ делу упругости. На участке кривой Оа для пластической

42

ся, и наступает значительная деформация при отно­ сительно небольшом приросте усилия (пластическая масса течет). После точки а деформация является оста­ точной. В отличие от твердого металла для пластических масс характерна значительная протяженность участка кривой аС.

Для твердого металла (У) характерны малая дефор­ мация и быстрое наступление разрыва после предела упругости. Упругое тело, как например резина (3), тре­ бует малого усилия для достижения точки а, показывает большую деформацию и возврат к исходному положению после снятия усилий (с постепенно нарастающим гисте­ резисом в процессе повторяющихся нагрузок).

При деформации многих стеклообразных полимеров (полистирола, полиметалметакрилата, поливинилхлори­ да и др.) при некотором значении напряжения в дефор­ мированном образце возникает (скачкообразно) участок со значительно уменьшенным поперечным сечением, по­ лучивший название шейки. Деформация растяжения, сопровождаемая образованием шейки, описывается кри­ вой, представленной на рис. 18, а.

Кривую сг = /(е) можно разделить на несколько уча­ стков, характеризующих различные стадии процесса деформации. Начальная область (область Оа), пред­ ставляющая собой прямолинейный участок, соответст­ вует деформации, которая формально подчиняется зако­ ну пропорциональности. В области ав тангенс угла наклона кривой к оси абсцисс с увеличением напря­ жения уменьшается. Это соответствует развитию так называемой вынужденно-эластической деформации. При этом внезапно (скачком) в образце возникает шейка

43

Рис. 18. Диаграмма растяжения для пластических ма< (стеклообразных полимеров):

а —при деформации с шейкой; б — при деформации без шейки.

(если шейка отсутствует, максимума на кривой a = f(e) не наблюдается). Область вс — это область спада напря­ жений, соответствующая образованию шейки. К концу спада напряжения формирование шейки заканчивается. Область сд — часть кривой, параллельная оси абсцисс,— соответствует удлинению шейки за счет соседних, мало деформированных частей образца (cr= const). В точке д рост шейки прекращается, т. е. толщина всего образца’ становится равной толщине шейки. Область де соответ­ ствует дальнейшей деформации образца уменьшенного

сечения.

При вынужденно-эластической деформации некото­ рых стеклообразных полимеров (например, ацетата и нитрата целлюлозы) образования шейки не наблюдает­ ся. На деформационной кривой в таких случаях отсутст­ вует максимум (рис. 18, б).

Напряжение, при котором вынужденно-эластическая деформация достигает максимального значения, назы­ вается пределом вынужденной эластичности и обозна­ чается (Тв.

Определение физико-механических свойств пластиче­ ских масс производят по соответствующим ГОСТам.

сопровождается пластической деформацией (образова­ ние шейки), за величину Р для расчета предела прочно­ сти принимается максимальная нагрузка.

45

Вычисление пр е д е л а п р о ч н о с т и при с ж а т и и производится по формуле

а =-¥—кГ}см2,

где Р — величина разрушающей или максимально изги­

Если материал имеет различные механические свойст­ ва вдоль и поперек листа или плиты, то предел проч­ ности определяют отдельно для каждого направления.

Подсчет м о д у л я у п р у г о с т и производится по данным трех замеров по формуле

них замеров;

F — площадь поперечного сечения образца, см2.

46

За результат испытаний принимают среднее ариф­ метическое модуля упругости испытанных образцов, которое вычисляют по формуле

Е = ^п- ,

где п — число образцов.

Вычисление относительного удлинения в момент раз­ рыва образца производится по формуле

« =-^-100% ,

Ч)

где АI — абсолютная величина удлинения образца в мо­

масс. Допускаемые напряжения для различных пласти­ ческих масс неодинаковы и зависят от предела прочности этих пластических масс для соответствующего вида де­ формации.

При р а с т я ж е н и и и с ж а т и и д о п у с к а е м о е н а п р я ж е н и е выбирается с ■таким расчетом, чтобы

47

Г Л А В А II __________________________________________

СОВРЕМЕННЫЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Можно без всякого преувеличения сказать, что нет такой отрасли народного хозяйства, которая не

нуждалась бы в металлах.

Металл является базой для изготовления средств производства. Чем выше уровень индустриализации страны, чем выше ее культура, тем больше нужно метал­ ла для изготовления еще большего количества различ­ ных механизмов, призванных облегчить условия труда, повысить его производительность.

Металл — это станки, прессы, молоты, оборудование любого завода, любой фабрики, это автомобили, экска­ ваторы, мощные турбины и паровые котлы, тепловозы, железнодорожные вагоны, рельсы, это морские и речные суда, трамваи и вагоны метро, самолеты, это металли­ ческие остовы высотных домов, фермы мостов, арматура железобетонных конструкций, трубы нефте- и газопрово­ дов, это предметы широкого потребления — велосипеды, замки, ножи, радиоприемники, телевизоры и т. д.

Все металлы строением и свойствами отличаются друг от друга, тем не менее по некоторым признакам их