Диаграмма растяжения и сжатия

Деформации.

Все существующие в природе материалы не являются абсолютно твёрдыми и под действием внеш­них сил в какой-то мере меняют свою форму (деформируются). Это существенно влияет на законы рас­пределения внутренних сил в напряжённом теле, хотя само по себе изменение формы является, как пра­вило, незначительным и обнаруживается в большинстве случаев только при помощи чувствительных инструментов.

Под действием внешних сил точки меняют свое положение в пространстве. Вектор, имеющий начало в точке недеформированного тела, а конец в той же точке деформированного тела, называется вектором полного перемещения точки. Его проекции на оси носят название перемещений по осям.

Кроме линейного перемещения существует понятие углового перемещения. Если рассмотреть отре­зок прямой между двумя близкими точками до и после изменения формы тела, то легко установить, что этот отрезок поворачивается в пространстве на некоторый угол. Этот угол поворота характеризуется вектором, который может быть разложен по осям х, у, z.

Для того чтобы характеризовать интенсивность изменения формы и размеров, вводятся понятие ли­нейной деформации (ε _x,ε_y,ε_z) и понятие угловой деформации (у_ху, y_yz, y_xz).

Совокупность линейных и угловых деформаций по различным направлениям и плоскостям для одной точки образует деформированное состояние в точке.

При проектировании конструкций, машин и механизмов инженеру необходимо знать значения ве­личин, характеризующих прочностные и деформативные свойства материалов. Их можно получить пу­тём механических испытаний, проводимых в экспериментальных лабораториях на соответствующих испытательных машинах. Таких испытаний проводится много и самых различных, например испытания на твёрдость, сопротивляемость ударным и переменным нагрузкам, противодействие высоким темпера­турам и т.д. Подробное описание всех видов механических испытаний и применяемых при этом машин и приборов проводится в специальной литературе. Но основными и наиболее распространёнными яв­ляются испытания на растяжение и сжатие. С их помощью удаётся получить наиболее важные характе­ристики материала, находящие прямое применение в расчётной практике.

Для испытания на растяжение используются специально изготовленные образцы, которые большей частью вытачиваются из прутковых заготовок или вырезаются из листа. Основной особенностью таких образцов является наличие усиленных мест захвата и плавного перехода к сравнительно узкой ослаб­ленной рабочей части.

При испытании на сжатие используются цилиндрические образцы, высота которых превышает раз­меры поперечного сечения не более чем в два раза. При большой высоте сжатие образца сопровождает­ся, как правило, его искривлением, искажающим результаты испытаний.

Основной задачей испытания на растяжение и сжатие являются построение диаграмм растяжения и сжатия, т.е. зависимости между силой, действующей на образец, и его удлинение.

Механические характеристики материалов (т.е. величины, характеризующие их прочность, пластич­ность и т.д., а также модуль упругости и коэффициент Пуассона) определяются путём испытаний специ­альных образцов, изготовленных из исследуемого материала. Наиболее распространёнными являются статические испытания на растяжение. Для некоторых материалов (камня, цемента, бетона и т.д.) основ­ными являются испытания на сжатие. Испытания проводятся на специальных машинах различных типов.

В процессе испытания специальное устройство (диаграмма построитель) автоматически вычерчива­ет график, изображающий зависимость между нормальным напряжением в поперечных сечениях стержня и относительной деформацией.

Для пластичных материалов по диаграммам определяют пределы пропорциональности и пластич­ности.

Пластичность — свойство твёрдых тел изменять под нагрузкой форму и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившиеся форму и размеры после удаления нагрузки. Пластич­ность противоположна упругости.

Некоторые пластичные материалы, например дюралюмин, не имеют на диаграмме растяжения площадки текучести. Для таких материалов вводится понятие условного предела текучести, в качестве которого принимается напряжение, соответствующее остаточной деформации 0,2 %.

При сжатии образец из пластичного материала расплющивается, и площадь его сечения увеличива­ется, в связи с чем увеличиваются также сжимающие силы и условные напряжения. Таким образом, по­нятие предела прочности при сжатии пластичной стали лишено физического смысла. Пределы текуче­сти при растяжении и сжатии для одной и той же пластичной стали практически одинаковы.

Хрупкость — свойство твёрдых тел мгновенно разрушаться под действием внешних сил без замет­ной пластичной деформации.

Весьма хрупким материалом является чугун. Для образцов из обычного серого литейного чугуна относительное остаточное удлинение при разрыве не превышает 0,015 %, в то время как для стали мар­ки СтЗ оно превышает 20 %. Деформации чугуна очень малы. Они с самого начала не следуют закону Гука, а потому диаграммы его растяжения и сжатия получаются криволинейными; однако участки диа­грамм, соответствующие малым напряжениям, лишь незначительно отличаются от прямой.

Некоторые материалы обладают различными свойствами в различных направлениях. Такие мате­риалы называются анизотропными. Анизотропным материалом является, например, сосна, сопротив­ляемость которой существенно зависит от направления силы по отношению к направлению волокон. Сопротивление сосны вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, а деформация меньше.

Дата добавления: 2014-12-16