1.2. Механические свойства

Прочность– свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, которые возникают под действием внешних факторов (силовых, тепловых и т.д.)

Прочность материала оценивается пределом прочности, который условно равен максимальному напряжению, возникшему в материале под нагрузкой, вызывавшей разрушение материала.

На практике предел прочности определяют путем разрушения стандартных образцов при сжатии, изгибе или растяжении.

Предел прочности при сжатии:

R_сж=N/F (1.18)

где: R_сж– предел прочности при сжатии,МПа;N– разрушающая нагрузка,кгс;F– площадь сечения образца,см².

Единицы измерения: [R] = Н/м² = 1 МПа; [N] = 1 Н = 10^-1 кгс = 10^-3 кН

[R] = 1 кгс/см² = 10⁵ Па = 10^-1 МПа

Предел прочности при растяжении:

R_раст=N_р/F_о (1.19)

где: R_раст– предел прочности при растяжении,МПа;N_р– нагрузка, вызывающая разрыв образца,кгс; F_о– первоначальная площадь сечения образца,см².

Предел прочности при изгибе определяют путем испытания образца материала в виде призм (балочек) на двух опорах. Их нагружают одной или двумя сосредоточенными силами до разрушения:

Предел прочности при изгибе при одной сосредоточенной симметричной относительно опор нагрузке: (рис.1):

R_из=3NL/2bh²(1.20)

где: N– разрушающая нагрузка,кгс;L– расстояние между опорами,см;bиh– соответственно ширина и высота балочки,см.

Рис. 1. Схема испытания на изгиб, при одной сосредоточенной нагрузке.

При двух сосредоточенных относительно опор нагрузках (рис. 2):

R

N/2

N/2

_из=NL/bh²(1.21)

Рис. 2. Схема испытания на изгиб при двух сосредоточенных нагрузках.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела (шарика, призмы, пирамиды).

Твердость по Бриннелю определяют по величине отпечатка металлического шарика по формуле:

НВ=2N/[πD(D-)] (1.22)

где: НВ – твердость, МПа;d– диаметр отпечатка,мм;D– диаметр шарика,мм;N– нагрузка,Н

Коэффициент размягчения – отношение прочности материала, насыщенного водой, к прочности сухого материала:

К_р=R_нас/R_сух (1.23)

где: К_р– коэффициент размягчения;R_сух– предел прочности сухого материала,МПа;R_нас– предел прочности насыщенного материала,МПа.

Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины, гипсовые образцы и др.) до 1 (металлы, стекло и др.). Материалы, у которых К_р › 0,8, можно применять во влажных условиях без специальных мер по защите их от увлажнения.

Коэффициент конструктивного качества К.К.К. – отношение предела прочности (как правило, при сжатии) материала к его относительной плотности:

К.К.К.=R_сж/d (1.24)

Морозостойкость – способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности и (или) уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания.

∆R_i=[(R₀-R_i)/R₀]∙100% (1.25) ∆m_i=[(m₀-m_i)/m₀]∙100% (1.26)

где: ∆R_i и ∆m_i – потеря прочности и массы в определенное количество циклов;R₀иm₀– прочность и масса образцов в насыщенном состоянии до испытания на морозостойкость;R_iиm_i- прочность и масса образцов в определенное количество циклов.