Глава 4. Механические свойства конструкционных материалов

Для оценки прочности конструкции необходимо изучить свойства материала в служебных условиях при действии внешних нагрузок, температур и т.д. Свойства материалов определяются величиной напряжений и деформаций, соответствующих началу физических процессов, которые по ряду причин считаются характерными. Таково, например, образование пластических деформаций, или процесс развития трещины или разрушения. Все упомянутые физические явления зависят не только от величины внешних нагрузок, действующих на образец материала, но и от типа напряженного состояния, в котором он находится. Наиболее просто реализуемым является одноосное напряженное состояние. Это обусловило, что в большинстве случаев механические характеристики материалов изучают в условиях одноосного напряженно-деформированного состояния.

К основным свойствам материалов можно отнести:

а) статическую прочность - способность материала сопротивляться однократному медленно изменяющемуся внешнему механическому воздействию;

б) сопротивление усталости – способность материала сопротивляться циклическому внешнему механическому воздействию;

в) трещиностойкость – способность материала, поврежденному трещиной, сопротивляться однократному медленно изменяющемуся внешнему механическому воздействию.

Механические свойства материалов могут быть оценены в результате изучения данных испытаний образцов, выполненных из исследуемых материалов. Испытания проводят путем приложения к образцам соответствующих нагрузок и сопровождаются регистрацией при помощи специальных приборов и приспособлений, величины нагрузок и соответствующих им изменений размеров образца, размеров повреждений, числа циклов и т.д.

Раздел 1. Характеристики статической прочности материалов

Основными свойствами статической прочности материалов являются прочность, упругость, пластичность, упрочнение.

Прочность- способность материала сопротивляться нагрузкам. Прочность материалов при растяжении и сжатии характеризуются величинами пределов прочности _В, _В ^сж. Исключение представляют материалы, которые расплющиваются и не могут быть разрушены при сжатии. Для этих материалов величина _В ^сж теряет смысл.

Упругость- способность материалов восстанавливать после разгрузки свои первоначальные размеры. Упругие свойства характеризуются модулями упругости первого E и второго G рода и коэффициентом Пуассона µ.

Пластичность- способность материала сохранять остаточные деформации. Свойство материалов пластически деформироваться под действием нагрузки, сохраняющей примерно постоянное значение, называется текучестью. Пластичность характеризуется пределом текучести _т.

Упрочнение- способность оказывать возрастающее сопротивление деформированию при напряжениях, превосходящих предел текучести _т.

Характеристики, получаемые при статическом растяжении:

_В - предел прочности;

_т - предел текучести;

_пц - предел пропорциональности;

δ- остаточное относительное удлинение;

ψ- остаточное относительное сужение;

E- модуль упругости первого рода.

Характеристики, получаемые при сжатии:

_т ^сж - предел текучести;

E_сж - модуль упругости при сжатии.

Характеристики, получаемые при смятии:

_В ^см - предел прочности.

Характеристики, получаемые при сдвиге или срезе:

G - модуль упругости второго рода;

τ_ср- предел прочности при срезе.

Упругие характеристики:

µ- коэффициент Пуассона.