- •Разрушение хрупких материалов при сжатии
- •1 Испытание на сжатие хрупких Образцов
- •1.1 Общие сведения
- •2 Теоретическая схема процесса множественнОго разрушения хрупких материалов
- •2.1 Основные предположения
- •2.2 Уравнение массы
- •С учетом п. 3 предположений получаем
- •Т.Е. Совпадает с законом разрушения исходной структуры.
- •2.3 Уравнение энергии
- •С учетом связи параметров геометрии и массы кусков
- •2.4 Уравнение импульса
Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова
Бийский технологический институт
Н.Н. Фаддеенков, А.М. Третьяков
Разрушение хрупких материалов при сжатии
Методичеcкие указания к лабораторной работе
по сопротивлению материалов для студентов
специальностей 100400, 120100, 150200, 171200, 171500
и направлений 551400, 552900 всех форм обучения
Барнаул 1998
2
УДК 539.3/.8
Фаддеенков Н.Н., Третьяков А.М. Разрушение хрупких материалов при сжатии: Методические указания к лабораторной работе по сопротивлению материалов для студентов специальностей 100400, 120100, 150200, 171200, 171500 и направлений 551400, 552900 всех форм обучения / Бийский технологический институт Алт. гоcударcтв. техн. ун-та им. И.И. Ползунова.- Барнаул, 1998.- 27 c.
Приведены методика проведения испытаний материалов на сжатие, описание лабораторной установки, теоретические сведения по дезинтеграции хрупких материалов, контрольные вопросы.
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения.
Методичеcкие указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры “Автоматичеcкие роторные линии”, протокол №37 от 5 октября 1998 г.
Рецензент: д.т.н. Боднарь Т.А., БТИ
3
СОДЕРЖАНИЕ
1 Испытание на сжатие хрупких образцов |
4 |
Введение |
4 |
1.1 Общие сведения |
6 |
1.2 Лабораторное оборудование |
10 |
1.3 Методика проведения испытаний |
11 |
Контрольные вопросы |
12 |
2 Теоретическая схема процесса множественного разрушения хрупких материалов |
13 |
Введение |
14 |
2.1 Основные предположения |
14 |
2.2 Уравнение массы |
16 |
2.3 Уравнение энергии |
17 |
2.4 Уравнение импульса |
21 |
Заключение |
23 |
Контрольные вопросы |
25 |
Литература |
26 |
4
1 Испытание на сжатие хрупких Образцов
Испытание на сжатие моделирует поведение материала элементов различных строительных сооружений под нагрузкой, а также деталей из хрупких (например, закалённых) металлов. Кроме того, раздавливание кусков является частью технологического цикла различных производств, в частности, добычи и переработки руд и пород из земных недр.
Целью лабораторной работы является исследование процесса деформирования хрупких образцов материалов при сжатии вплоть до разрушения, изучение диаграмм сжатия и определение основных механических характеристик, а также анализ геометрии разрушения образца.
Введение
Испытания материалов открывают возможность визуальногонаблюденияза деформацией материалов под нагрузкой вплоть до разрушения,количественного анализаусилий и деформаций в образце по мере нагружения, а такжеознакомлениястудентов с методикой определения механических характеристик хрупких материалов.
История проведения испытаний на сжатие образцов с целью использования их результатов в практической деятельности (в основном, применительно к строительству) насчитывает около 200 лет. Известно, что французским инженером Готэ в конце 18 века выполнены эксперименты по определению предела прочности горных пород на образцах кубической формы с длиной рёбер 5 см.
Испытание на сжатие является основным видом испытания хрупких материалов, например, таких строительных материалов, как бетон, камень, кирпич (ГОСТ 25 503-80), а также металлов и сплавов. В этом случае образцы изготавливают в виде кубиков стандартного размера.
Кубиковаяпрочность образцов базового размера 15×15×15 см вМПа, изготовленных из рабочего состава бетона и выдержанных в течение 28 суток, характеризует класс бетона по прочности на осевое сжатие и обозначается “B”. При испытании хрупких металлов (например, чугуна) применяют цилиндрические образцы с соотношением высоты к диаметру h/d = 1…2. Применение длинных образцов при сжатии невозможно из-за опасности потери устойчивости.Предел прочности(иливременное сопротивление сжатию) наиболее часто используется в качестве критерия оценки сопротивляемости хрупких материалов разрушению. Предел прочностипри сжатии для хрупких материа-
5
лов всегда больше, чем при растяжении. Однако существуют материалы (как правило, не удовлетворяющие в полной мере одному из основных допущений сопротивления материалов об однородности - дерево, стеклопластик и др.), у которых прочность при сжатии может быть меньше, чем при растяжении.
В общем случае при испытании на сжатие хрупких образцов имеют место следующие характерные формы разрушения (рисунок 1):
образование выраженных пирамид разрушения;
раскалывание образцов по диагонали;
раскалывание образцов по вертикали на отдельные части;
взрывоподобное разрушение образцов на множество осколков.
Рисунок 1 - Типы разрушения при сжатии образцов из хрупких материалов
При этом наиболее часто встречается первый тип разрушения образцов в виде двух усечённых пирамид, сомкнутых малыми основаниями. Образование пирамид в опытах на сжатие образцов при наличии сил трения между плитами пресса и торцами образца свидетельствует о том, что разрушение обусловлено сдвиговым напряжением (первый и второй тип).
Если при осевом сжатии куба устранить влияние сил трения между плитами пресса и образцом (например, шлифованием торцов, смазкой, приданием плитам конической формы, либо установлением пластичных прокладок), то поперечные деформации развиваются свободно и трещины преимущественно образуются в вертикальных плоскостяхпараллельно действующей нагрузке (тип 3), а временное сопротивление уменьшается примерно вдвое.
Взрывоподобное разрушение образцов имеет основой формирование сложного напряжённого состояния предразрушения при наличии значительной накопленной энергии упругой деформации в объёме образца (тип 4).
Четвертый тип разрушения относится преимущественно к хрупким и весьма прочным материалам образцов типа горных пород или
6
стекла с соотношением высоты и диаметра цилиндра h/d = 0,9…1,0.
В общем случае на результаты испытания кроме прочности материалов и трения оказывает влияние также масштабный эффект, т. е. размеры образцов и площадь их поперечного сечения. Так, если для базового куба из бетона 15×15×15 см прочность равна в, то для куба 20×20×20 см она будет 0,93в, а для куба 10×10×10 см-1,1в.
Следует отметить, что при испытаниях хрупких образцов горных пород или строительных материалов фиксируют наибольшую нагрузку, которую выдержал образец, а не нагрузку при появлении первой трещины, как это принято при испытаниях конструкционных материалов.