2-4_vardanyan_sopromat1995 (772708), страница 12
Текст из файла (страница 12)
3.21 590 550-: 650 685 700-: 850 500-: 1500 120-: 260 7 —:30 2,8 —: 43,8 120 —: 380 3 0,7-: 3,0 0,4-: 2,6 80 100 78 480 —: 500 40 5 250 120 420 Рвс. 3.23 Рис. 3.24 62 63 жения и сжатия для чугуна. Разрушение чугуна при сжатии начинается с образования трещин под углом 45 к оси цилиндрического образца, что вызвано наибольшими касательными напряжениями (рис. 3.21). Такие строительные материалы, как цементный камень, бетон, дерево„ испытываются на сжатие на образцах в виде кубиков (рис.
3.22,а).Характер разрушения хрупких материалов при сжатии во многом зависит от сил трения, возникающих по контакту опорной плиты пресса с торцевой поверхностью образца. Например, при отсутствии смазки по контакту, когда поперечные деформации ограничиваются, кубиковый образец бетона разрушается с появлением наклонных трещин как у чугуна. Завершается разрушение образованием двух усеченных пирамид (рис.
3.22,б). При устранении сил трения по контакту с помощью смазки в образце при разрушении появляются вертикальные трещины (рис. 3.22,н). Дерево является анизотропным материалом, у которого физические и прочностные свойства существенно различаются в направлениях вдоль и поперек волокон (рис. 3.23). При сжатии кубика из дерева вдоль волокон разрушение происходит в виде сдвига по наклонной плоскости одной части образца относительно другой (рис.
3.24,а). При сжатии поперек волокон Прокат стали марок: ВСтзкп ВСтзпс ВСтзсп 09г2 (марганцовистая) 1ОХСНД (кромокремниевая) 12Г2СМФ (термически упрочненная легированная) Титановый сплав ВТ4 Чугун серый марки СЧ Гранит Кирпич Бетон Сосна, елгк вдоль волокон поперек волокон Текстолит ПТК Оргстекло СТ-1 Стеклопластик СВАМ!: 1 происходит прессование дерева (рис.
3.24, б). Пределы прочности дерева при сжатии вдоль н поперек волокон значительно отличаются, что видно из таблицы 3.3, где приведены величины пределов прочности при растяжении ст, и сжатии о„для некоторых материалов, а также диапазоны изменения предела текучести су, и предела прочности о, прокатной стали некоторых марок, сплавов титана и др. Влияние различных факторов на механические свойства материалов.
Существенное влияние на механические свойства материалов могут оказывать такие факторы, как изменение температуры, технологические условия обработки при высоких температурах, радиоактивное облучение, скорость натруженна и пр. Влияние температуры. Приведенные выше свойства стали соответствуют температуре 20 С. В реальных условиях строительные и машиностроительные конструкции могут эксплуатироваться при воздействии высоких и низких температур. Для большинства металлов с повышением температуры уменьшаются пределы пропорциональности о„я, текучести о„ прочности о, и модуль упругости Е, а характеристики пластичности (остаточная деформация Ь и остаточное сужение поперечного сечения ф) увеличиваются.
Коэффициент Пуассона ц при этом также несколько увеличивается. В области отрицательных температур повышается хрупкость металлов и увеличиваются значения о„„, вз„вз,. При этом пластические свойства понижаются. Однако у углеродистых сталей эти закономерности изменяются. При повышении температуры до + 300 С предел прочности несколько увеличивается, а при дальнейшем увеличении температуры интенсивно уменьшается. Предел текучести с повышением температуры имеет тенденцию к уменьшению. Радиационное облучение.
При эксплуатации атомных электростанций, синхрофазотронов и других сооружений конструкции находятся под воздействием ионизирующего облучения, которое приводит к изменению механических свойств материалов. Действие радиационного облучения на металлы аналогично понижению температуры„то есть повышает прочностные характеристики и уменьшает пластические свойства.
При длительной работе бетонных сооружений под воздействием радиации происходит понижение их жесткостных свойств и уменьшение модуля упругости. Влияние фактора времени. На проявление упругих и пластических свойств материалов влияет скорость приложения нагрузки. Например, для стали при быстром нагружении пластические свойства не успевают развиваться и на диаграмме растяжения отсутствует площадка текучести, а предел прочности увеличивается, Существенное значение для некоторых материалов имеет длительность приложения нагрузки.
При этом проявляется свойство ползучести, которое характеризуется нарастанием деформаций при постоянной нагрузке. У металлов свойства ползучести проявляются только при повышенных температурах. Например, для сталей при Т> 400' С. Испытание стального образца при высокой температуре и постоянной нагрузке позволяет построить графики изменения деформаций во времени, называемые кривыми ползучести (кривая 1 на рис. 3.25). Первый участок ОА соответствует упругим «мгновенным» деформациям, возникающим в момент приложения нагрузки. На практике период нагружения занимает какое-то время, однако, по сравнению с рассматрива- В емыми длительными процессами этим Я временем можно пренебречь и считать В в7 нагруж ение мгновенным.
Далее при ев а постоянной нагрузке развиваются деформации ползучести, сначала по кривой АВ, затем по прямой ВС и заканчиваются перед разрушением кри- 0 вой С.0. В теории ползучести вводится поняпввввв ввиввввв тие скорости ползучести, численное Рис. 325 значение которой можно определить по тангенсу угла наклона касательной к кривой ползучести в некоторой точке лв о„=гй и= —. ~и Участок АВ соответствует неустановившейся ползучести, ВС вЂ” установившейся ползучести (о„=сопя!) и СЮ вЂ” прогрессирующей ползучести. Свойства ползучести учитываются в прочностных расчетах конструкций.
Необходимо, чтобы наибольшая деформация ползучести в период эксплуатации не превышала допустимой. Примером конструкций, работающих при высоких температурах и напряжениях, являются металлические п ар о про воды, у которых диаметр со временем увеличивается и может произойти разрыв стенок. Другим строительным материалом, обладающим свойством ползучести, является бетон. Ползучесть бетона проявляется при нормальной температуре. Со временем деформации ползучести бетона затухают (кривая 2 на рис.
3.25). Период затухания деформаций ползучести бетона очень длительный и может продолжаться до нескольких лет. Остановимся еще на одном явлении — релаксаиии напряжений, которая характеризуется уменьшением напряжений при постоянной деформации. Например, она наблюдается в болтовых соединениях, когда усилие затяжки и, следовательно, плотность соединения со временем уменьшаются. Релаксацию напряжений (усилий) можно проиллюстрировать простой схемой (рис. 3.26), на которой между двумя неподвижными плоскостями помещена пружина с динамометром, показывающим усилие растяжения. Если материал пружины обладает свойством релаксации, то показания на динамометре уменьшаются.
Это можно изобразить графиком зависимости напряжений от времени — кривой релаксации (рис. 3.27). Начальное напряжение оо создается в короткий промежуток времени при некотором фиксированном перемещении б крюка динамометра до опоры. Затем напряжение (усилие) уменьшается сначала быстро, а затем с затуханием, приближаясь асимптотически Рис. 3.27 ецио У =18и= —. рел А=-РМ. 2 (3.26) А = (1=-РЛ!.
г (3.27) Р=)гЛ1. (3.25) У= 2ЕУ 2ЕГ ЙА = Рг1(1з1). Я~Их 2ЕГ (3.28) (3.29) А=- Р,Л1,. г 67 к горизонтали на уровне конечного напряжения сг„. Тангенс угла наклона касательной к кривой релаксации в некоторой точке дает по абсолютной величине численное значение скорости релаксации Явления ползучести н релаксации напряжений особенно заметно проявляются в различных полимерах, используемых в качестве конструкционных материалов при изготовлении деталей машин и элементов строительных конструкций. 8 З.б. Потенциальная энергия деформации при растяжении и сжатии Рассмотрим стержень постоянного сечения, нагруженный на свободном конце сосредоточенной силой Р (рис.
3.3). При постепенном возрастании силы Р от нуля до некоторого значения Р, (рис. 3.28) она совершает работу А на вызванных этой силой перемещениях. Вычислим работу А, учитывая, что в упругой стадии сила пропорциональна удлинению стержня: Входящий в это равенство коэффициент Ф зависит от свойств материала и размеров стержня. Элементарная работа на удлинении е1(Л1) численно равна заштрихованной на рис. 3.28 площади или произведению среднего значения силы Р на этом отрезке на величину е((Ы) Полная работа, затраченная на удлинение стержня до величины М,, с учетом (3.25) равна оц Ы1 А = Рй(Ы) = )о ЛИ(И) =1с — '. о о Производя в полученном выражении обратную замену Л1, =Р,1)с, приходим окончательно к следующему выражению: Нетрудно заметить, что полученное выражение равно площади под линейной диаграммой Р(М), показанной на рис. 3.28.
Поскольку сделанный вывод справедлив для любых значений Р и Л1, относящихся к линейному участку деформирования, опустим индекс у соответствующих величин и выражение для работы силы Р представим в виде Работа, совершаемая силой Р, сопровождается накоплением потенциальной энергии деформации стержня У, а также наличием кинетической энергии в. движения его частиц. При статическом нагружении скорость перемещения частиц незначительна, в силу чего кинетической энергией можно пренебречь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
