«Методы измерения материалов и процессов»

2. Методы механических испытаний при приложении статических нагрузок

При статических испытаниях для определения характеристик прочно­сти и пластичности образец исследуемого материала подвергают действию постоянной или медленно и плавно повышающейся нагрузкой.

1 Испытания на растяжение. Гладкий ненадрезанный образец растягива­ют в испытательной машине в направлении оси образца до разрыва, а зави­симость между растягивающей силой и изменением длины регистрируют в виде диаграммы нагрузка - абсолютное удлинение. Определяют: модуль Юнга (Е), предел пропорциональности (σ_пц ), предел упругости (σ_0,05 ),предел текучести физический (σ_т). предел текучести условный (σ_0,2 ), предел прочности (σ_в), относительное удлинение (δ), относительное сужение (ψ).

2 Испытания на сжатие.Это испытание, при котором изучают поведение материалов при одно­осном сжатии, можно рассматривать как обратное испытанию на растяже­ние. Испытание на сжатие имеет наибольшее значение для строительных материалов, таких как натуральный камень, кирпич, бетон, древесина, а также находит применение для металлических и полимерных материалов. При испытании на сжатие образец с поперечным сечением F₀ подвергают сжатию и измеряют при этом соответствующую нагрузку P. Напряжения сжатия: σ_cж=р/F₀. В качестве характеристик пластичности при сжатии можно определять относительное укорочение, и относительное уширение.

3 Испытание на изгиб. Испытание на изгиб находит применение для исследования сравни­тельно хрупких материалов, например чугунов с пластинчатым графитом, инструментальной стали или керамики. Особенное значение имеет испыта­ние на изгиб для полимерных материалов. При изгибе образца с симмет­ричным поперечным сечением, в одной из наружных зон возникают растя­гивающие, а в противоположной - сжимающие напряжения. Напряжения увеличиваются по мере удаления в обе стороны от нейтральной оси. Если напряжения при этом достигают предела текучести, наступает пластическое течение. В упругой области напряжения в поперечном сечении образца распределяются по линейному закону и максимальное значение напряже­ний выражается как: σ_max =M_max/ω. ω- момент сопротивления изгибу, М_тах - крутящий момент.

4 Испытание на сдвиг (кручение). При кручении все поперечные сечения образца сдвигаются (поворачи­ваются) вокруг общей оси по отношению к закрепленному сечению. Этот сдвиг увеличивается с увеличением расстояния от места закрепления, при­чем линии, параллельные оси образца, переходят в винтовые. Сдвиг, проис­ходящий в двух соседних поперечных сечениях определяется углом круче­ния. Самым простым способом измерения угла закручивания является из­мерение взаимного поворота двух зажатых головок образца. Для проведе­ния испытания на кручение применяют в первую очередь цилиндрические образцы.

5 Испытание на срез При испытании на срез образец нагружают двумя силами Р, которые действуют в одной плоскости. Фактически возникает пара сил с плечом а, т. е. при этих испытаниях возникают дополнительные изгибающие напряже­ния. На практике чаще всего проводят испытание на двойной срез. Так как при испытании на срез не достигают определенного напряжен­ного состояния, устанавливают только максимальную силу Р_тах, необхо­димую для среза, исходя из которой рассчитывают сопротивление срезу при испытании на двойной срез: τ_ср = Р_пшх /(2F_o) . Испытание на срез имеет практическое значение при оценке сталей для заклепок или, например, для определения размеров ножниц.