Диаграммы сжатия материалов

Почему мы не проваливаемся сквозь пол? Почему здания строят всё больших размеров, а размер морских судов уже долгое время не меняется? Почему иногда рушатся мосты, тонут корабли, на ходу разваливаются автомобили, выходят из строя мобильники?

«Без знания прочности материалов развитая цивилизация существовать не может»

С этой целью и проводятся испытания материалов!

Испытание материалов на растяжение и сжатие. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали. Основные механические характеристики. Диаграммы растяжения хрупких материалов. Диаграммы сжатия пластичных и хрупких материалов. Основные механические характеристики пластичных и хрупких материалов.

При выборе материала для какого-либо элемента конструкции и в по­следующих расчетах учитывают механические свойства материала, определяющие его прочность, упругость, пластичность, твердость и ударную вязкость.

Необходимые сведения о различных механических свойствах получают экспериментально в процессе механических испытаний

Наиболее широко применяют статические испытания материалов на растяжение и сжатие, так как механические характеристики, получаемые при этих испытаниях, позволяют достаточно точно определить поведение материала при других видах нагружения: сдвиге, изгибе и кручении.

Для проведения испытаний на растяжение из испытуемого материала изготавливаются стандартные образцы. Они могут быть круглого или прямоугольного поперечного сечения. На концах образца имеются головки для закрепления его в захватах разрывной машины. Особенностью стандартных образцов является наличие усиленных мест для захвата и плавного перехода к рабочей части образца (на рисунке переход не показан).

Образцы бывают следующих размеров:

длинные и короткие

Образцы при испытании помещают в разрывные машины, при этом создают необходимые осевые нагрузки, с помощью которых, растягивая образец, доводят его до разрыва. Поведение образца по мере роста нагрузки фиксируют с помощью записывающего устройства.

По оси абсцисс в определенном масштабе фиксируется рост удлинения образца , а по оси ординат – возникающая в его поперечном сечении нормальная сила N, численно равная осевой нагрузке F, прилагаемой к образцу.

Чтобы получить механические характеристики материала, диаграмму, снятую при испытании образца, нужно перестроить в условную диаграмму растяжения, в координатах, независящих от размеров образца.

Итак, диаграмма растяжения (сжатия) в координатах лучше отражает механические свойства материалов, так как она не зависит от геометрических размеров испытываемого образца: .

Рассмотрим диаграмму, полученную при испытании образца из низкоуглеродистой стали – СтЗ.

Прямолинейный участок ОА диаграммы растяжения подтверждает закон Гука. Точка А соответствует пределу:

или - предел пропорциональности – наибольшее напряжение, для которого

справедлив закон Гука (для стали Ст3 МПа).

Точка А практически совпадает с точкой А1, которая соответствует пределу:

или - предел упругости – наибольшее напряжение, при котором в образце

не возникает остаточных деформаций или они настолько малы, что ими

можно пренебречь.

Далее продольная деформация возрастает непропорционально напряжению, в образце возникает пластическая деформация. Точка В на диаграмме соответствует началу явления текучести, т.е. росту деформации без увеличения нагрузки.

На этой стадии деформации полированная поверхность образца становится матовой и на ней можно обнаружить сетку линий, наклоненных к оси образца под углом примерно 45^о. Это линии Людерса-Чернова, представляющие собой следы сдвигов частиц материала относительно друг друга. Направление указанных линий соответствует площадкам, на которых при растяжении образца возникают наибольшие касательные напряжения.

или - предел текучести – напряжение, при котором происходит рост пластичной

деформации образца при неизменной нагрузке (для стали Ст3 МПа).

Когда явление текучести закончилось, материал опять начинает сопротивляться нагрузке, причем деформация растет значительнее быстрее напряжений. Точка С на диаграмме соответствует:

или - временное сопротивление – условное напряжение, равное отношению

максимальной силы, которую выдерживает образец к первоначальной

площади его поперечного сечения (для стали Ст3 МПа).

С этого момента на образце появляется местное утоньшение – шейка и далее, диаграмма фиксирует уже процесс растяжения не всего образца, а его материала в зоне образования шейки, т.е. появление шейки – это начало разрушения образца.

или - предел прочности - это временное сопротивление образца, разрушающегося

без образования шейки (основная характеристика хрупких материалов).

Точка К соответствует напряжению , возникающему в образце в момент разрыва во всех поперечных сечениях, кроме сечений шейки.

- истинное напряжение (напряжение разрыва) – напряжение, возникающее в наименьшем

поперечном сечении шейки в момент разрыва (точка М);

Деформация за пределом упругости состоит из упругой и остаточной , причем упругая подчиняется закону Гука и за пределом пропорциональности. Если снять нагрузку, то образец укоротится в соответствии с прямой ТF на диаграмме. При повторном нагружении того же образца его деформация будет соответствовать диаграмме FTСК.

При испытании на сжатие пластичные материалы до предела текучести ведут себя так же, как при растяжении, но далее пластическая деформация растет медленнее. На диаграмме это показано пунктирной линией.

Диаграммы сжатия материалов