sopromat.Скопинский, Захаров (968719), страница 5
Текст из файла (страница 5)
2.3,г), дляматериала определяется условный предел текучести (рис. 2.3,д):σ 0,2 =P0,2F.(2.15)Напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2%(εост = 0,002 = 0,2%) называется условным пределом текучести.Сила P0,2 определяется с учетом закона разгрузки, который устанавливает, что при снятии нагрузки материал деформируется упруго всоответствии с законом Гука (см. рис. 2.3,г).Участок СD называется зоной упрочнения. На этой стадии удлинение образца происходит при возрастании нагрузки и напряжений,но гораздо более медленном, чем при упругой деформации.В конце зоны упрочнения сила, воспринимаемая образцом, достигает максимального значения (см. рис. 2.2).
Напряжения при максимальной силе, действующей на образец, называются временнымсопротивлением σвр или пределом прочности при растяжении:σвр =Pmax.F(2.16)Участок DК (D′К′) называется зоной местной текучести. Наэтой стадии нагружения происходит интенсивное развитие местногосужения образца - так называемой шейки (рис. 2.4,а).Удлинение образца происходит в основном за счет увеличенияместных деформаций в зоне шейки. Вследствие резкого сужения образца в шейке сила Р уменьшается. Разрушение образца происходитпри нагрузке Pк (см.
рис. 2.2,а). До момента разрушения полное удлинение образца состоит из двух частей ∆l = ∆lу + ∆lост, где ∆lу - упругоеудлинение, ∆lост - остаточное удлинение. Соответственно, получаютε = εу + εост и различают упругую и остаточную деформацию (см. рис.2.2,б).
После разрушения в образце остаётся пластическое (остаточное) удлинение ∆lост, а упругая часть удлинения ∆lу исчезает.23Рис. 2.4При снижении P уменьшаются условные напряжения на участкеDК', которые можно считать напряжениями вне зоны шейки. В самойже шейке напряжения возрастают, происходит разрушение образца потипу "чашка и конус" (рис.2.4,б).
Это объясняется влиянием сдвиговна периферии сечений шейки и объемным напряженным состоянием (рис. 2.4,в) ближе к центру, где и начинается образование трещиныот действия продольных σ, окружных σt и радиальных σr напряжений. Таким образом, в поверхностном слое шейки наблюдается пластический характер разрушения, а в центральной части разрушениеносит хрупкий характер. В момент разрушения среднее напряжение вшейке или истинное сопротивление разрыву (см. рис. 2.2,б) определяется по формулеPSк = к ,(2.17)Fкгде Pк - нагрузка в момент разрушения (см. рис. 2.2,а);Fк - площадь поперечного сечения шейки.Величина εк находится из условия равенства объема материала до и послеиспытания (рис.
2.4,г). Вблизи места разрыва часть образца единичной длины доиспытания имеет объем F ⋅ 1, а после разрыва Fк (1 + εкост).остТогда F = Fк (1 + εкост) или ε к=FFк− 1.С учетом закона разгрузки получим:εк = εкy + εкост = ε к + ε ку + ε ост=к24SкE+FFк− 1.Касательная D'K (см. рис. 2.2,б) приближенно характеризует диаграмму истинных напряжений. До т.D условная и истинная диаграммы практически совпадают. Координаты т.К' определяются по формулам:σк =PкF; ε к ′ = ε у + ε ост =σêE+∆ lост.lОтметим, что основными прочностными характеристиками пластичного материала при растяжении являются предел пропорциональности σпц, предел текучести σт, предел прочности σвр.Рассмотрим теперь характеристики пластичности материала.Средняя остаточная деформация после разрыва εост = ∆lост / l (см.рис.
2.2,б), выраженная в процентах, обозначается δ и называется относительным остаточным удлинением при разрыве:δ% =∆lостl100% =lK − l100% ,l(2.18)где lK - длина рабочей части образца после разрыва.Относительное остаточное поперечное сужение определяетсяпо формулеF − Fк⋅ 100% .(2.19)FПараметры δ и ψ являются важнейшими характеристиками плаψ% =стических свойств материала.Обычно для пластичных материалов δ > 10%, для малопластичных материалов δ = 5-10%, для хрупких материалов δ < 5%.Хрупкие материалы по своим свойствам резко отличаются отпластичных.
На рис. 2.5 показаны характерные диаграмма растяженияи диаграмма напряжений для хрупкого материала. Сравнивая поведение образцов из пластичного и хрупкого материалов при растяжениии соответствующие диаграммы напряжений, отметим следующее.1. Строго говоря, для хрупкого материала не соблюдается законГука, и линейная зависимость σ = Еεε является приближенной(рис. 2.5,б).2.
Явления текучести, упрочнения и образования шейки у образцов из хрупкого материала не наблюдаются.3. Хрупкие материалы обладают малым сопротивлением разрывуи разрушаются при растяжении внезапно по поперечному сечениюобразца (рис. 2.5,а). Единственной прочностной характеристикойхрупкого материала при растяжении является предел прочности σвр(см. рис. 2.5,б), который определяется по формуле (2.16).25Рис.
2.52.3. Испытание на сжатиеПри испытании металлических материалов на сжатие применяются короткие цилиндрические образцы (рис. 2.6,а) высотойh = (2-3)d. Это позволяет избежать продольного изгиба образцов присжатии. При испытании строительных материалов используются образцы кубической формы (рис. 2.6, б).Рис. 2.6На рис. 2.7,а показана диаграмма сжатия для пластичного материала, а на рис. 2.7,б - соответствующая диаграмма условных напряжений.
Эти диаграммы получаются так же, как аналогичные диаграммы при испытании на растяжение.26Рис. 2.7При сжатии образцы из пластичного материала не разрушаются.После появления пластических деформаций и дальнейшего нагружения образец принимает бочкообразную форму (см. рис. 2.7,а) вследствие наличия сил трения на торцевых поверхностях. Предела прочности на сжатие для пластичных материалов не существует, так как отсутствует Pmax.Сравним диаграммы, полученные при испытании на сжатие ирастяжение (см. рис. 2.2 и рис. 2.7).Для пластичного материала при сжатии также справедлив закон Гука (2.3), причем при сжатии и растяжении равны модули упругости Е.Для большинства пластичных материалов пределы пропорциональности (σпц) и пределы текучести (σT) при растяжении и сжатииприблизительно одинаковы, и в этом смысле говорят, что пластичныематериалы одинаково работают на растяжение и сжатие.
Однако,площадка текучести на диаграмме сжатия ярко не выражена.Для малопластичных материалов обычно σTC > σTP (как правило,это условные пределы текучести материала при сжатии и растяжении).Диаграмма сжатия хрупкого материала (рис. 2.8,а) внешне похожа на диаграмму растяжения (рис. 2.5,а), хотя поведения образцов приразрушении различаются. При сжатии образец разрушается от сдвигачастиц по направлению действия максимальных касательных напряжений τmax под углом 45о к оси. При сжатии единственной прочностной характеристикой хрупкого материала является предел прочностипри сжатии σвc (рис. 2.8,б).
Причем обычно σвc > σвр, т.е. хрупкийматериал лучше работает на сжатие, чем на растяжение. Например,σвр = 2 - 5.для различных марок чугуна σвc/σ27Рис. 2.82.4. Влияние различных факторов на механические свойстваматериаловОтмеченные выше свойства материалов относились к испытаниям в нормальных условиях, т.е. при температуре 20оС и при скоростяхдеформации, обеспечивающих статический характер нагружения. Вто же время эксплуатационные режимы работы реальных конструкций чаще всего отличаются от указанных условий, поэтому экспериментально изучается влияние различных факторов на механические иупругие характеристики материалов.2.4.1.
Упрочнение материалаЕсли образец нагрузить силой P > PT (т.М на диаграмме, см.рис. 2.2,а), то процесс разгрузки изобразится прямой: линия ML, параллельна линии OA на диаграмме (рис. 2.9,а). При полной разгрузкеобразец окажется длиннее на величину ∆lост.При повторном нагружении образца диаграмма растяжения представлена на рис. 2.9,б. Отрезок ОМ больше отрезка ОА, т.е.
для материала происходит увеличение предела пропорциональности σпц и соответствующей величины ∆ly.Явление повышения упругих и прочностных свойств материала врезультате предварительного пластического деформирования носитназвание упрочнения или наклепа. После предварительного пластического деформирования ухудшаются пластические свойства материала,так как уменьшается ∆lост (см. рис. 2.9,б), а значит уменьшается δ.28Рис. 2.9К наклёпу, часто имеющему место в технике, относятся по-разному. В некоторых случаях он полезен и его создают искусственно(предварительная вытяжка цепей, тросов, опрессовка трубопроводови т.п.), в других - нежелателен и его устраняют (отжиг деталей передштамповкой и др.).2.4.2.
Влияние термической обработки и температурыСпособы термической обработки широко применяются для получения необходимых механических характеристик материалов. Закалкастали значительно повышает предел текучести и предел прочности,но сильно снижает пластические свойства. При этом модуль упругости практически не меняется. Обратный эффект имеет применениеотжига.На механические характеристики металлов оказывает влияниетемпература. На рис. 2.10 показаны зависимости от температуры механических и упругих характеристик для малоуглеродистой стали.>300°°С сильно уменьшаются прочностные характеристики стаПри Т><0°°C) прочностные характеристикили. При низких температурах (Т<несколько повышаются, но ухудшаются пластические свойства стали.2.4.3.
Влияние скорости деформированияПри увеличении скорости нарастания нагрузки, а следовательноскорости роста напряжений и деформаций, все пластичные материалызаметно увеличивают прочностные характеристики (σт, σвр) и ухудшают пластические свойства. Для сравнения на рис. 2.11 приведеныдиаграммы напряжений динамического (кривая 1) и статического(кривая 2) растяжения.
Наиболее заметно сказывается влияние скорости деформирования при высоких температурах.29Рис. 2.10Рис. 2.112.4.4. Ползучесть материала и релаксация напряженийНа напряжения и деформации в нагруженных деталях оказываетвлияние временной фактор, т.е. проявляется влияние длительноговоздействия нагрузки.Ползучестью материала называется явление увеличения деформации с течением времени при постоянном напряжении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
