В. И. Феодосьев - СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ (Учебник - Сопротивление материалов - В. И. Феодосьев), страница 10

В первую очередь Е и и зависят от типа материала и в некоторой степени от условий термической и механической обработки. Лля решения практических задач необходимо иметь еще числовые характеристики прочностных свойств материалов. Прн изучении процессов гибки и штамповки нужны числовые показатели, характеризующие способность материала пластически деформироваться. В ряде случаев надо иметь данные о способности материала противостоять действию высоких температур, работать при переменных нагрузках и т.д. В связи с этим создано много различных видов испытаний, но основными и наиболее распространенными являются испытания на растяжение н сжатие.

С их помощью удается получить наиболее важные характеристики материала, находящие прямое применение в расчетной практике. Лля испытания на растяжение используют специально изготовленные образцы, которые большей частью вытачивают из прутковых заготовок нли вырезают из листа. Основной особенностью таких образцов является наличке усиленных мест захвата и плавного перехода к сравнительно узкой ослабленной рабочей части.

На рис. 1.22 показано несколько типов таких образцов. Алину рабочей части ! ав выбирают обычно раз в 15 большей диаметра И, При замерах деформаций используют только часть этой длины, не превышающую десяти диаметров. Существуют, однако, и более короткие образцы, у которых отношение !р в/Н < 5. В случае прямоугольного поперечного сечения в качестве характеристики, определяющей рабочую длину !р в, принимает диаметр равновеликого круга Н. Прн испытании на сжатие используют короткие цилиндрические образцы, высота которых превышает размеры поперечного сечения не более чем в два раза (рис.1.23). При Рис.

1.23 большой высоте сжатие образца сопровождается, как правило, его искривлением, искажающим результаты испытаний. Абсолютные размеры образцов при испытаниях как на растяжение, так и на сжатие зависят от располагаемой мошности1 испытательных машин и от размеров заготовки, из которой изготавливают образцы. Испытания на растяжение и сжатие проводят на спецкальных машинах, где усилие создают либо при помощи груза, действующего на образец через систему рычагов, либо при помощи гидравлического давления, передаваемого на поршень.

В первом случае машина называется рычажной, во втором— еидравлическаб. На рнс. 1.24 показана схема простейшей испытательной машины рычажного типа. От червяка 1 вручную или посредством элеятропривода поворачивается червячное колесо Ю, смещвющее вниз силовой винт л. В образце 4 при этом возбуждается усилие, которое через рычаги 5, б, 7 уравновешивается весом груза Р на плече а.

На рычаге 7 имеется градуировка в единицах силы, приходящеися на образец. Перемещение груза по рычагу возможно не только вручную, но и автоматически. На рис. 1.25 показана схема гидравлической испытательной машины универсального типа, т.е. предназначенной для испытаний на растяжение и сжатие. В рабочую полость цилиндра 1 при помощи насоса У под давлением подается масло, и плунжер 2 поднимается. На плунжере установлена рама Я, Когда говоркт о мошности испытательной машины нли нресса, имеют в виду не работу, нроизводнмую в единицу времени, а те наибольшие силы, которые способна создать машина. 3 В.

И. Феовесьев в верхней части которой имеется захват для образца 6, испытываемого на растяжение. В случае испытания на сжатие образец устанавливают на нижнюю часть рамы, На рис. 1.25 образец для испытания на сжатие отмечен цифрой 6. Рама 4 неподвижна, ее плоскость условно совмещена с плоскостью рисунка и рамы 3. Усилие измеряется манометром 7, проградуированным в единицах силы, приходящейся на образец. По оконче,нии испытания масло под действием веса рамы Я вытесняется через вентиль 6 обратно в масляную ванну 10. Мощность испытательных машин колеблется в пределах от нескольких граммов (для испытания волокон и нитей) до сотен тонн (для испытания крупных конструкций).

Машины малой мощности (до тонны) выполняют обычно как рычажные. Для больших мощностей предпочтительным является гидравлический принцип. При испытании на растяжение образец закрепляют в зажимах разрывной машины либо прн помощи самозатягиваюшихся клиньев (рис. 1.2б, а), либо в разъемных втулках (рис. 1.26,6).

Зажимы на машине проектируют таким образом, чтобы исключить перекос образца и создать по возможности центральную передачу усилий без дополнительного изгиба. При испытании на сжатие цилиндрический образец свободно устанавливают между параллельными плитами. р Рис. 1.2е Основной задачей испытания на растяжение (сжатие) является построение диаграммы растяжения (сжатия), т.е. за- висимости между силой, действующей на образец, и его удлинением.

Силу в рычажной машине определяют по положению уравновешивающего груза. В гидравлической машине силу определяют по шкале соответствующим образом проградуированного манометра. Для грубого замера удлинений используют простые приспособления (часто рычажного типа), фиксирующие смещение зажимов машины один относительно пругого, Это смещение при больших удлинениях можно рассматривать как удлинение образца. Для точного замера малых удлинений используют специальные приборы, называемые пьеизометврами. Установленный непосредственно на образце такой прибор регистрирует взаимные смещения двух сечений на рабочей части образца. Устройство и работа некоторых типов тензометров будут рассмотрена в гл. 14.

Современная испытательная машина обычно снабжена прибором для автоматической записи диаграммы растяжения — сжатия. Это дает возможность сразу после испытаний получить вычерченную в определенном масштабе кривую Р = 1.7. Диаграмма растяжения Рассмотрим основные особенности диаграммы растяжения, На рис. 1.27 показана типичная для углеродистой стали диаграмма испытания образца в координатах Р, Ы. Полученная кривая условно может быть разделена на следующие четыре зоны. Зона ОА носит название зоны уарргосщи.

Здесь материал подчиняется закону Гука и Р1 Ы = —. ЕР' Этот участок кривой на рис. 1.27 для большей наглядности показан с отступлением от масштаба. Удлинения Ы на участке ОА очень малы, и прямая ОА, будучи вычерченной в масштабе истинных удлинений, совпала бы в пределах толщины линии с осью ординат.

66 Рис. 1.23 Значение силы, до которой остается справедливым закон Гука, зависит от размеров образца и физических свойств материала. Зона АВ называется зоной общей тпенучестпи, а участок АВ диаграммы — площадкой текучести. Здесь происходит существенное изменение длины образца без заметного увеличения нагрузки. Наличие площадки текучести АВ для металлов не является характерным. В большинстве случаев при испытании на растяжение и сжатке площадка АВ не обнаруживается, и дкаграмма растяжения образца имеет вид кривых, показанных на рис. 1.28. Кривая 1 типична для алюминия н отожженной меди, кривая й — для высококачественных легированных сталей.

Зона ВС 1см. рис. 1.27) называется зоной упрочнения. Здесь удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но неизмеримо более медленным (в сотни раз), чем на упругом участке. В стадии упрочнения на образце намечается место будущего разрыва и начинает образовываться так называемая шейка — местное сужение образца (ркс. 1.29).

Впрочем, место будущего разрыва намечается ранее — при обшей текучести. Обнаружить его можно с помощью наклеенных термопар, выявляющих место наиболее интенсивного повышения температуры образца. Рис. 1.29 По мере растяжения образца утонение шейки прогрессирует. Когда относительное уменьшение плошади сечения сравняется с относительным возрастанием напряжения, сила Р достигнет максимума (точка С). В дальнейшем удлинение образца происходит с уменьшением силы, хотя среднее напряжение в поперечном сечении шейки и возрастает.

Удлинение образца носит в этом случае местный характер, и поэтому участок кривой СЮ называется зоной мествной текучести. Точка й соответствует разрушению образца. Ф Рис. 1.30 Если испытуемый образец, не доводя до разрушения, разгрузить (точка К на рис. 1.30), то в процессе разгрузки зависимость между силой Р и удлинением Ы изобразится прямой КЬ (см.

рис. 1.30). Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА. При разгрузке удлинение полностью не исчезает. Оно уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок ЬМ). Отрезок ОХ представляет собой остаточное удлинение. Его называют также плас~вическим удлинением, а соответствующую ему деформацию — пластической деформацией. Таким образом, ОМ = Ыуор = Ыост, Соответственно е = еупр + еоот. Если образец был нагружен в пределах участка ОА и затем разгружен, то удлинение будет чисто упругим, н Ыост —— = О. 70 При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой ЬК и далее — кривой КСР (см.

рис. 1.30), как будто промежуточной разгрузки и не было. Положим теперь, что у нас имеются два одинаковых образца, изготовленных из одного и того же материала. Один нз образцов до испытания нагружению не подвергается, а другой был предварительно нагружен силами, вызвавшими в образце остаточные деформадии. Испытывая первыи образец, мы получим диаграмму растяжения ОАВСР, показанную на рис. 1,31, а. При испытании второго образца отсчет удлинения будет производиться, естественно, от ненагруженного состояния и остаточное удлинение ОЬ учтено не будет. В результате получим укороченную диаграмму йКСР (рис.

1.31, б). Отрезок МК соответствует силе предварительного нагружения. Таким образом, вид диаграммы для одного и того же материала зависит от степени начального нагружения (вытяжки), а само нагружение выступает теперь уже в роли некоторой предварительной технологической операции. Весьма существенным является то, что отрезок ЬК (см.