Феодосьев В.И. Сопротивление материалов 1986 г. (1240839), страница 10
Текст из файла (страница 10)
3 13. Испытание материалов на растяжение и сжатие При решении простейших задач на растяжение и сжатие мы уже встретились с необходимостью иметь некоторые исходные экспериментальные данные, на основе которых можно было бы построить теорию. К числу таких исходных экспериментальных данных относится в первую очередь уже знакомый нам закон Гука. Основными характеристиками материалов при этом являются модуль упругости Е и коэффициент Пуассона р. Понятно, что в зависимости от свойств материала эти величины меняются.
В первую очередь Е и р зависят от типа материала и в некоторой степени от условий термической и механической обработки. Для решения практических задач необходимо иметь еще числовые характеристики прочностных свойств материалов. При 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 на. грузках и т. д. ГЛ. Ь РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИВ В связи с этим создано много различных видов испытаний, но основными и наиболее распространенными являются испытания на растяжение и сжатие. С их помощью удается получить наиболее важные характеристики материала, находящие прямое применение в расчетной 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. На рис. 37 показано несколько типов таких образцов. Длина рабочей части 1р,з Рис. 37 выбирается обычно раз в 15 большей диаметра А При замерах деформаций используется только часть этой длины, не превышающая десяти диаметров. Существуют, однако, и более короткие образцы, у которых отношение 1р,и/д не превышает 5.
В случае прямоугольного поперечного сечения в качестве характеристики, опйеделяющей рабочую длину 1, принимается диаметр равновеликого круга й. При испытании иа сжатие используются короткие цилиндрические образцы, высота которых превышает размеры поперечного сечения не более чем в два раза (рис. 38). При большой высоте сжатие образца сопровождается, кан правило, его искривлением, искажающим результаты испытаний. Абсолютные размеры образцов при испытаниях как на растяжение, так и на сжатие зависят от располагаемой мощ- 3 !а. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ности е) испытательных машин и от размеров заготовки, из которой изготовляются образцы. Испытание на растяжение и сжатие производится на специальных машинах, где усилие создается либо при помощи Рис. 38 груза, действующего на образец через систему рычагов, либо при помощи гидравлического давления, передаваемого на поршень. В первом случае машина называется рычажной, во втором — гидравлической.
л л Рис. 39 На рис. 39 показана схема простейшей испытательной машины рычажного типа. От червяка 1 вручную или посредством электропривода поворачивается червячное колесо 2, смещающее вниз силовой винт 8. В образце 4 возбуждается, таким образом, усилие, которое через рычаги 5, б, 7 урав- е) Когда говорят о мощности испытательной машины или пресса, имеют в виду ие работу, производимую в един иду времени, а те наибольшие силы, которые способна создать машина. гл. ь глстяжвнив и сжлтие 66 новешивается весом груза Р на плече а. На рычаге 7 имеется градуировка в единицах силы, приходящейся на образец.
Перемещение груза по рычагу может осуществляться не только вручную, но и автоматически. На рис. 40 показана схема гидравлической испытательной машины универсального типа, т, е. предназначенной Рис. 40 для испытаний на растяжение и сжатие. В рабочую полость цилиндра 1 при помощи насоса 2 под давлением подается масло, и плунжер 3 поднимается. На плунжере установлена рама 4, в верхней части которой имеется захват для образца 5, испытываемого на растяжение. В случае испытания на сжатие образец устанавливается на нижнюю часть рамы.
На рис. 40 образец для испытания на сжатие отмечен цифрой б. Рама 10 неподвижна. На рис. 40 ее плоскость условно совмещена с плоскостью рисунка и рамы 4. Усилие измеряет- 57 $ ! 3. ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ся манометром 7, проградуированным в единицах силы, приходящейся на образец. По окончании испытания масло под действием веса рамы 4 вытесняется через вентиль 8 обратно в масляную ванну 9. Мощность испытательных машин колеблется в пределах от нескольких граммов (для испытания волокон и нитей) Рис. 41 до сотен тонн (для испытания крупных конструкций). Машины малой мощности (до тонны) выполняются обычно как рычажные. Для ббльших мощностей предпочтительным является гидравлический принцип.
При испытании на растяжение образец закрепляется в зажимах разрывной машины либо при помощи самозатягивающихся клиньев (рис. 41, а), либо в разъемных втулках (рис. 41, б). Зажимы на машине проектируются таким образом, чтобы исключить перекос образца и создать по возможности центральную передачу усилий без дополнительного изгиба. Прн испытании на сжатие цилиндрический образец свободно устанавливается между параллельными плитами. Основной задачей испытания на растяжение и сжатие является построение диаграмм растяжения или сжатия, т. е. зависимости между силой, действующей на образец, и его удлинением. Сила в рычажной машине определяется по положению уравновешивающего груза. В гидравлической машине величина силы определяется по шкале соответствующим образом проградуированного манометра.
Для грубого замера удлинений используются простые приспособления (часто — рычажного типа), фиксирующие Гл. ь Рхстяжвние и сжлтив смещение зажимов машины друг относительно друга. Это смещение при болыпих удлинениях может рассматриваться как удлинение образца. Для точного замера малых удлинений используются специальные приборы, называемые теизометрами. Такой прибор устанавливается непосредственно на образце и регистрирует взаимные смещения двух сечений на рабочей части образца.
Устройство и работа некоторых типов тензометров будет 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=Г(Я. й 14. Диаграмма растяжения Рассмотрим основные особенности диаграммы растяжения. На рис. 42 показана типичная для углеродистой стали диаграмма испытания образца в координатах Р, Ж.
Полу- ченная кривая условно Р может быть разделена на следующие четыре зоны Зона ОА носит назва. ние зоны упругости Здесь материал подчиняется закону Гука и рс й И Рис. 42 Этот участок кривой на рис. 42 для большей наглядности показан с отступлением от масштаба. Удлинения Ж иа участке ОА очень малы, и прямая ОА, будучи вычерченной в масштабе истинных удлинений, совпала бы в пределах толщины линии с осью ординат. Величина силы, до которой остается справедливым закон Гука, зависит от размеров образца и физических свойств материала. Зона АВ называется зоной общей текучести, а участок АВ диаграммы — площадкой текучести.
Здесь происходит существенное изменение длины образца без заметного увеличения нагрузки. Наличие площадки текучести АВ для ф Ы. ДИАГРАММА РАСТЯЖЕНИЯ металлов не является характерным. В большинстве случаев при испытании на растяжение и сжатие площадка АВ не обнаруживается, и диаграмма растяжения образца имеет вид кривых, показанных на рис. 43, Кривая 1 типична для Рие. 4Э алюминия и отожженной меди, кривая 2 — для высококачественных легированных сталей. Зона ВС называется зоной упроынения.
Здесь удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но неизмеримо более медленным (в сотни раз), чем на упругом участке. В стадии упрочнения на образце намечается место Рис. 44 будущего разрыва и начинает образовываться так называемая шейка — местное сужение образца (рис. 44). Впрочем, место будущего разрыва намечается ранее — при общей текучести. Обнаружить его можно о помощью наклеенных термопар, выявляющих место наиболее интенсивного повышения температуры образца.
По мере растяжения образца утонение шейки прогрессирует. Когда относительное уменьшение площади 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 СР называется зоной лестной текучести. Точка Р соответствует разрушению образца, ГЛ.
!. РАСТЯЖЯНИБ И СЖАТИВ Если испытуемый образец, не доводя до разрушения, разгрузить (точка К на рис. 45), то в процессе разгрузки зависимость между силой Р и удлинением Д( изобразнтся прямой КЕ (рис. 45). Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА. При разгрузке удлинение полностью не исчезает. Оно уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок ЕМ). Отрезок ОЕ представляет собой остаточное удлинение.
Р Его называют также пласгпическии удлуупением, а соответствующую ему деформацию — пластической деформацией. Таким образом, ОМ = Д(е, е+ Д(.... Соответственно г„, Рис. 46 вупи + зпсу' Если образец был нагружен в пределах участка ОА и затем разгружен, то удлинение будет чисто упругим, и Д(„,=0. При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой ЬК и далее — кривой КС0 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
