Феодосьев В.И. Сопротивление материалов (1075903), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности, или временного сопротивления. Временное условное сопротивление при испытании на растяжение обозначают через о~ ~, на сжатие — через о~ с. Существенно заметить, что и, не является напряжением, при котором разрушается образец. Если относить растягивающую силу не к начальной площади сечения образца, а к наименьшему сечению в данный момент, можно обнаружить, что среднее напряжение, которое называется истинным напряжением, в наиболее узком сечении образца перед разрывом существенно больше, чем св р.
Значения от р и о, р для некоторых наиболее часто встречающихся материалов приведены в табл. 1.1. Для высокопрочных нитей и нитевидных кристаллов основной характеристикой наряду с модулем упругости и плотностью является временное сопротивление (табл. 1.2). Именно им в первую очередь и определяется прочность создаваемого композита.
Что же касается предела текучести, то его для 82 Таблица 1.1. Механические характеристики некоторых материалов прн растименин и с~катни 6,% Материал (!о = 5И) МПа Сталь малоуглеродистая Сталь 30 незакаленная 42 250 28 330 1030 370 1040 24 13 630 16 10 10 Чугун серый СЧ28 Титан технический 640 О,б 23 Медь отожженная 46 Медь прутковая Латунь Бронза Алюминий 250 17 330 450 330 110 50 7,5 35 140 85 110 50 13 Люраль 340 340 540 Таблица 1..9. Значении о,. н 7 для высоконрочных нитей и нитевидных кристаллов Сталь 30 закаленная Сталь 45 незакаленная Сталь 45 закаленная Сталь УВ незакаленная Сталь У8 закаленная Сталь ЗОХГСА закаленная Сталь 40ХНВ закаленная 250 700 1400 1720 140 520 55 250 250 330 900 370 970 430 700 1400 2100 310 520 55 390 530 1100 620 1080 1100 1620 2050 150 600 220 320 Окомчамие шабл.
1.2 этих структурных элементов не определяют. Нити и нитевидные кристаллы лишены тех структурных свойств, которые лежат в основе явления общей текучести и последующего упроч пения. При испытании на растяжение определяют еще одну характеристику материала — так называемое удлинение при разрыве 6, представляющее собой среднюю остаточную деформацию на определенной стандартной длине образца к моменту разрыва.
Определяют б в процентах следующим образом. Перед испытанием на поверхность образца наносят ряд рисок, делящих рабочую часть образца на равные части. После того как образец испытан и разорван, обе его части составляют по месту разрыва (рис. 1.40). Далее, по имеющимся на поверхности рискам от сечения разрыва вправо и влево откладывают отрезки, имевшие до испытания длину 5Ы (см. рис. 1.40). Таким образом определяется среднее удлинение на стандартной длине 1О = 100.
В некоторых случаях за 1О принимают длину, равную 5д (см. табл. 1.1). Рис. 1.40 84 Удлинение при разрыве в процентах будет следующим: б = 100. ЫО 1о Возникающие деформации распределены по длине образца неравномерно. Если произвести обмер отрезков, расположенных между соседними рисками, можно построить эпюру остаточных удлинений, показанную на рис. 1.40. Наибольшее удлинение возникает в месте разрыва. Оно называется обычно истиккым удлинением при разрыве. Диаграмма растяжения, построенная с учетом уменьшения площади Г и местного увеличения деформации, называется исииккой диаграммой растпнжекия (кривая ОС'Р' на рис. 1.41). Рис. 1.41 Построение истинной диаграммы бывает необходимо при теоретическом анализе операции глубокой штамповки и вообще при решении задач образования больших деформаций. Это построение выполняют приближенными способами.
Один из них заключается в следующем. Сначала определяют координаты с„ст и е„ст точки Р' — истинной точки разрыва (рис. 1.41). Очевидно, ~гист — ~ о/~ ш где Рр — значение растягивающеи силы в момент разрыва в точке Р; Гш - площадь поперечного сечения шейки после разрыва. 85 Значение к„ст легко определить обмером разорванного образца из условия равенства объемов материала до и после испытания. Вблизи места разрыва единица длины образца имеет до испытания объем Г 1, а после разрыва — Гш(1+кист). Тогда Г = Гш(1+ е„ст), откуда ~Р Еист = 1 ~ш Абсцисса точки Р' будет равна Г ~гист г = — — 1+ —. Х'ш Е Далее, из наиденной таким образом точки Р' к кривой ОР проводят касательную Р'С'.
На участке ОС' обычная диаграмма совпадает с истинной, поскольку шейка на образце еще не образовалась. При больших деформациях за истинную диаграмму принимают прямую С'Р'. Вместо прямой С Р можно было бы с той же степенью приближения провести также плавно изменяющуюся кривую, касательную к кривой ОР. 1.10.
Пластичность и хрупкость. Твердость Способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации носит название пластичности. Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка и др. Мерой пластичности является удлинение 6 при разрыве. Чем больше 6, тем более пластичным считается материал.
К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь и др. Менее пластичными являются дюраль и бронза. К числу слабо пластичных материалов относятся многие легированные стали. Свойством, противоположным пластичности, является хрупкость, т. е. способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2...5 %, а вв в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др.
Диаграмма растяжения хрупких материалов не имеет площадки текучести и эоны упрочнения (рис. 1.42). Рис. 1.42 Рис. 1.43 По-разному ведут себя пластичные и хрупкие материалы и при испытании на сжатие. Как уже упоминалось, для испытания на сжатие используют короткие цилиндрические образцы, располагаемые между параллельными плитами.
Для малоуглеродистой стали диаграмма сжатия образца имеет вид кривой, показанной на рис. 1.43. Здесь, как и у диаграммы растяжения, обнаруживается площадка текучести с последующим переходом к зоне упрочнения. В дальнейшем, однако, нагрузка не падает, как при растяжении, а резко возрастает. Происходит это в результате того, что площадь поперечного сечения сжатого образца увеличивается; сам образец вследствие трения на торцах принимает бочкообразную форму (рис. 1.44), Довести образец пластичного материала до разрушения практически не удается.
Испытуемый цилиндр сжимается в тонкий диск (см. рис. 1.44), и дальнейшее испытание ограничивается возможностями машины. Поэтому предел прочности при сжатии для такого рода материалов найден быть не может (см. табл. 1.1). Иначе ведут себя при испытании на сжатие хрупкие материалы.
Лиаграмма сжатия этих материалов сохраняет качественные особенности диаграммы растяжения (см. рис. 1.42). Рис. 1.44 Рис. 1.45 Предел прочности хрупкого материала при сжатии определяется так же, как и при растяжении. Разрушение образца происходит с образованием трещин по наклонным или продольным плоскостям (рис. 1.45). Сопоставление предела прочности хрупких материалов при растяжении пв.р с пределом прочности при сжатии ~тв.с показывает, что эти материалы обладают, как правило, более высокими прочностными показателями при сжатии, нежели при растяжении. Отношение ~в.с для чугуна колеблется в пределах О, 2... 0,4; для керамических материалов Й = 0,1...0,2. У пластичных материалов прочностные характеристики на растяжение и сжатие сопоставляют по пределу текучести.
Принято считать, что тт.р т атс. Принято... Но так ли это на самом деле — сказать трудно. Справочная литература не щедра на характеристики материалов при сжатии. Значения предела текучести при сжатии, приведенные выше, определяли в свое время специально, чтобы заполнить второй столбец табл. 1.11. Что же касается предела прочности при сжатии, то здесь также многое остается неясным. Достаточно сказать, что, в отличие от растяжения, результаты испытания оказываются зависящими также и от формы поперечного сечения образца.
Испытывать на сжатие цилиндр или кубик — не совсем одно и то же. Существуют материалы, способные воспринимать при растяжении большие нагрузки, чем при сжатии. Это обычно материалы, имеющие волокнистую структуру, — дерево и некоторые композиты. Этим своиством обладают и некоторые металлы, например магний. Деление материалов на пластичные и хрупкие является условным не только потому, что между теми и другими не существует резкого перехода в значениях б.
В зависимости от условий испытания многие хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пластичные — как хрупкие. Например, чугунный образец при испытании на растяжение под большим давлением окружающей среды (р > 400 МПа) разрывается с образованием шейки. Многие горные породы, находящиеся под давлением вышележащих слоев, при сдвигах земной коры претерпевают пластические деформации. Образец пластичного материала, имеющий кольцевую выточку (рис.
1.46), при растяжении получает хрупкий разрыв в связи с тем, что в ослабленном сечении затруднено образование пластических деформаций сдвига по наклонным площадкам. Рис. 1.4В Опыты ставил К.К. Лихарев. 89 Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывают скорость нагружеиия и температура. При быстром нагружении более резко проявляется свойство хрупкости, а при медленном — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло способно при длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать остаточные деформации. Пластичные же материалы, такие как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства. Одной из основных технологических операций, позволяющих изменять в нужном направлении свойства материала, является термообработка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
