Конструктивные особенности М. с. 20 страница

чальная площадь поперечного сечения и расчётная длина образца).

Сопротивление материалов измеряется напряжениями, характеризующими нагрузку, приходящуюся на единицу пло-
[ris]

к-ром нарушается пропорциональный нагрузке рост деформации, наз. пределом пропорциональности. При нагрузке Р< Р_п разгрузка образца приводит к исчезновению деформации, возникшей в нём под действием приложенного усилия; такая деформация наз. упругой. Небольшое превышение нагрузки относительно Рв может не изменить характера деформации - она по-прежнему сохранит упругий характер. Наибольшая нагрузка, к-рую выдерживает образец без появления остаточной пластич. деформации при разгрузке, определяет предел у п р у-
[ris]

У конструкц. неметаллич. материалов (пластмассы, резины) приложенная нагрузка может вызвать упругую, высокоэластическую и остаточную деформации. В отличие от упругой, высокоэластич.деформация исчезает не сразу после разгрузки, а с течением времени. Высоко прочные армированные полимеры (стеклопластики, углепластики и др.) разрушаются при удлинении 1-3%. На по следних стадиях нагружения у нек-рых армированных полимеров появляется высокоэластич. деформация. Высокоэластич. модуль ниже модуля упругости поэтому диаграмма деформации в этом случае имеет тенденцию отклоняться к оси абсцисс.

Упругие свойства. В упругой области напряжение и деформация связаны ко эффициентом пропорцио нальности. При растяжении с = = Еб, где Е - т. н. модуль нор мальной упругости, численн< равный тангенсу угла наклона прямоли нейного участка кривой с - с( 6) к oc. деформации (рис. 2). При испытании

Рис. 2. Типичная диаграмма деформации при растяжении конструкционных металлов.
[ris]

напряженному состоянию соответствуе трёхосное деформированное состояние (приращение длины в направлении деиствия приложенных сил и уменьшение линейных размеров в двух других взаимно
[ris]

в пределах упругости для осн. конструкций материалов колеблется в довольно узких пределах (0, 27-0, 3 для сталей, 0, 3-0, 3 для алюминиевых сплавов). Коэффициент Пуассона является одной из осн. рас чётных характеристик. Зная м и Е можно расчётным путём определить
[ris]

t, G и м пользуются тензометрами Сопротивление пластической деформации. При нагрузках Р> Р_е наряду со всё возрастающей упругой деформацией появляется заметная необратимая не исчезающая при разгрузке пластич. деформация. Напряжение, при к-ром остаточная относит, деформация (при растяжении - удлинение) достигает заданной величины (по ГОСТ-0, 2%), наз. условным пределом текучести и обозначается бо, 2= Pт/Fв. Практически точность совр. методов испытания такова, что бп и бвопределяют с заданными допусками соответственно на отклонение от закона пропорциональности [увеличение ctg (90 - а) на 25-50% и на величину остаточной деформации (0, 003-0, 05%) и говорят об условных пределах пропорциональности и [ris]

менное сопротивление (предел прочности) материала. При наличии максимума на кривой растяжения в области нагрузок, лежащих на кривой левее в, образец деформируется равномерно по всей расчётной длине /о, постепенно уменьшаясь в диаметре, но сохраняя начальную цилиндрич. или призматич. форму. При пластин, деформации металлы упрочняются, поэтому, несмотря на уменьшение сечения образца, для дальнейшей деформации требуется приклады-
[ris]

ризует сопротивление металлов пластической деформации. На участке диаграммы деформации правее в форма растягиваемого образца изменяется: наступает период сосредоточенной деформации, выражающейся в появлении " шейки". Уменьшение сечения в шейке " обгоняет" упрочнение металлов, что и обусловливает паде-
[ris]

У многих конструкц. материалов сопротивление пластич. деформации в упру-го-пластич. области при растяжении и сжатии практически одинаково. Для нек-рых металлов и сплавов (напр., магниевые сплавы, высокопрочные стали) характерны заметные различия по этой характеристике при растяжении и сжатии. Сопротивление пластич. деформации особенно часто (при контроле качества продукции, стандартности режимов тер-мич. обработки и в др. случаях) оценивается по результатам испытаний на т в ё р-д о с т ь путём вдавливания твёрдого наконечника в форме шарика (твёрдость по Бринеллю или Роквеллу), конуса (твёрдость по Роквеллу) или пирамиды (твёрдость по Виккерсу). Испытания на твёрдость не требуют нарушения целостности детали и потому являются самым массовым средством контроля механич. свойств. Твёрдость по Бринеллю (НВ) при вдавливании шарика диаметром D под нагрузкой Р характеризует среднее сжимающее напряжение, условно вычисляемое на единицу поверхности шарового отпечатка диаметром d:
[ris]

Характеристики пластичности. Пластичность при растяжении конструкц. материалов оценивается удлинен и-
[ris]

высота образца), при кручении - яв-
[ris]

Характеристики разрушения. Разрушение происходит не мгновенно (в точке к), а развивается во времени, причём начало разрушения может соответствовать какой-то промежуточной точке на участке вк, а весь процесс заканчиваться при постепенно падающей до нуля нагрузке. Положение точки к на диаграмме деформации в значит, степени определяется жёсткостью испытат. машины и иннер-ционностью измерит, системы. Это делает величину S_K в большой мере условной.

Многие конструкц. металлы (стали, в т. ч. высокопрочные, жаропрочные хромоникелевые сплавы, мягкие алюминиевые сплавы и др.) разрушаются при растяжении после значит, пластич. деформации с образованием шейки. Часто (напр., у высокопрочных алюминиевых сплавов) поверхность разрушения располагается под углом примерно 45° к направлению растягивающего усилия. При определ. условиях (напр., при испытании хладноломких сталей в жидком азоте или водороде, при воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды для металлов, склонных к коррозии под напряжением) разрушение происходит по сечениям, перпендикулярным растягивающей силе (прямой излом), без макропластической деформации.

Прочность материалов, реализуемая в элементах конструкций, зависит не только от механич. свойств самого металла, но и от формы и размеров детали (т. н. эффекты формы и масштаба), упругой энергии, накопленной в нагруженной конструкции, характера действующей нагрузки (статич., динамич., периодически изменяющаяся по величине), схемы приложения внешних сил (растяжение одноосное, двухосное, с наложением изгиба и др.), рабочей темп-ры, окружающей среды. Зависимость прочности и пластичности металлов от формы характеризуется т. н.чувствительностью к надрезу, оцениваемой обычно по отношению пределов прочности
[ris]

(у цилиндрич. ооразцов надрез ооычно выполняют в виде круговой выточки, у полос - в виде центр, отверстия или боковых вырезов). Для мн. конструкц. материалов это отношение при статич. нагрузке больше единицы, что связано со значит, местной пластич. деформацией в вершине надреза. Чем острее надрез, тем меньше локальная пластич. деформация и тем больше доля прямого излома в разрушенном сечении. Хорошо развитый прямой излом можно получить при комнатной темп-ре у большинства конструкц. материалов в лабораторных условиях, если растяжению или изгибу подвергать образцы массивного сечения (тем толще, чем пластичнее материал), снабдив эти образцы спец. узкой прорезью с искусственно созданной трещиной (рис. 3). При растяжении широкого, плоского образца пластич. деформация затруднена и огоаничивается небольшой
[ris]
штрихована), непосредственно примыкающей к кончику трещины. Прямой излом обычно характерен для эксплуатационных разрушений элементов конструкций.

Рис. 3. Образец со специально созданной в вершине надреза трещиной усталости для определения Kic. Испытания на внецентренное (а) и осевое (б) растяжение.

Широкое распространение получили предложенные амер. учёным Дж. Р. Ирвином в качестве констант для условий хрупкого разрушения такие показатели, как критический коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации Ki_c и вязкость разруше-
[ris]

критич. моменту, когда нарушается устойчивое развитие трещины; трещина становится неустойчивой и распространяется самопроизвольно, когда энергия, необходимая для увеличения её длины, меньше энергии упругой деформации, поступающей к вершине трещины из соседних упруго напряжённых зон металла.

При назначении толщины образца t и размеров трещины 2/_тр исходят из
[ris]

можно судить о склонности конструкц. материалов к хрупкому разрушению в условиях эксплуатации.

Для оценки качества металла весьма распространены испытания на ударный изгиб призматич. образцов, имеющих на одной стороне надрез. При этом оценивают ударную вязкость (в кгс-м/см² или Мдж/м²) - работу деформации и разрушения образца, условно отнесённую к поперечному сечению в месте надреза. Широкое распространение получили испытания на ударный изгиб образцов с искусственно полученной в основании надреза трещиной усталости. Работа разрушения таких образцов вту находится в целом в удовлетвооительном соответствии с такой
[ris]