Характер разрушения при сжатии пластичных и хрупких материалов. Диаграмма сжатия

При изучении сопротивления материалов сжатию приходится применять образцы в виде кубика или цилиндра с высотой, немного большей диаметра. Для более длинных образцов в опытах трудно избежать искривления.

Размеры образцов для разных материалов различны и колеблются впределах (ребро кубика) от 2 см (дерево) до 20—30 см (бетон).

При сжатии цилиндрика из пластичного материала при напряжениях ниже предела пропорциональности или текучести материал ведет себя так же, как при растяжении. Величины предела пропорциональности (а также текучести для стали) и модуля упругости для пластичных материалов при сжатии и растяжении примерно одинаковы.

После перехода за предел пропорциональности появляются заметные остаточные деформации, выражающиеся в укорочении образца и увеличении диаметра. Благодаря трению между опорными плитами пресса и основаниями образца затрудняются поперечные де­формации материала у торцов образца; он принимает бочкообразную форму (рис. 23). По мере увеличения площади поперечного сечения приходится для дальнейшей деформации все увеличивать нагрузку, образец продолжает сжиматься, обращаясь в лепешку. Напряжения, аналогичного пределу прочности при разрыве, наблюдать не приходится.

Типичная диаграмма напряжений при сжатии для пластичного материала (малоуглеродистая сталь) показана на рис. 24. При сжатии пластичных материалов,

как и при их растяжении, имеет место явление наклепа.

Хрупкие материалы — камень, чугун, бетон — при сжатии разрушаются так же, как и при растяжении, при весьма малых деформациях. На рис. 25 показана диаграмма напряжений при сжатии каменного образца (кубик размерами 10x10x10 см, гранит). На рис.26 дана диаграмма напряжений при сжатии чугуна. Здесь также обращаем внимание на то, что масштабы диаграмм рис. 25 и 26, в особенности горизонтальный, значительно увеличены по сравнению с масштабом диаграммы рис. 24.

Характер разрушения образцов камня показан на рис.27: раздробленный образец представляет собой усеченные пирамиды, соединенные меньшими основаниями. Эта форма разрушения зависит от наличия при опыте сил трения между образцом и опорными

плитами пресса. Если уничтожить это трение, например, путем смазывания парафином торцов кубика, то характер разрушения камня будет иным: камень будет разделяться на части трещинами, параллельными действию сжимающей силы (рис.28). Разрушающая нагрузка для такого кубика будет меньше, чем для кубика, испытанного обычным путем, без смазки. Таким образом, при испытании на сжатие величина предела прочности оказывается в значительной мере условной характеристикой прочности материала. Это обстоятельство приходится учитывать при назначении коэффициента запаса

При медленном ведении опыта на сжатие для образцов призматической формы из бетона или из каменной кладки подмечено, что разрушение начинается с появления продольных, параллельных направлению силы трещин. Таким образом, можно сказать, что материал сжимаемого образца разрушается, по-видимому, от нарушения сопротивления отрыву отдельных его частей.

Для чугуна характер разрушения близок к тому, который наблюдается для камня. Вид раздробленного сжатием вдоль оси чугунного цилиндра показан на рис.29.

Необходимо отметить, что хрупкие материалы обычно сопротивляются сжатию гораздо лучше, чем растяжению.

При сжатии образцов дерева получаются резко различные результаты в зависимости от направления сжатия по отношению к волокнам; дерево — материал, называемый анизотропным, т. е. обладающим разными свойствами в разных направлениях. При сжатии дерева вдоль волокон предел прочности оказывается примерно в 10 раз больше, чем при сжатии поперек волокон, а деформация значительно меньше. На рис.30 показаны диаграммы сжатия деревянного кубика вдоль и поперек волокон. В таблице 3 приведены данные о пределах прочности при растяжении и сжатии важнейших материалов. Таблица 3

Пределы прочности в кг/см²

Дата добавления: 2014-01-20