Механические характеристики материалов

Апробация

ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

НА СЖАТИЕ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Сопротивление материалов»

для студентов специальности

270102.65 «Промышленное и гражданское строительство»

очной и заочной форм обучения

Балаково 2011

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания к выполнению лабораторной работы «Испыта­ния материалов на сжатие» составлены в соответствии с учеб­ными планами специальности «Промышленное и гражданское строитель­ство». Они содержат сведения, необходимые студентам для самостоятельной подготовки к лабораторным занятиям и проведению лабораторной работы по дисциплине «Сопротивление материалов».

Задачами лабораторных работ по сопротивлению материалов являются: исследование механических свойств материалов, определение их механических характеристик и ознакомление с методикой проведения испытаний, испытательными машинами и оборудованием. Необходимость проведения испытаний вызвана следующими причинами.

При проектировании элементов конструкций и деталей машин проектировщику приходится выполнять расчёты на прочность и жёсткость. Эти расчёты могут быть произведены, если известны физико-механичес-кие свойства материала проектируемого элемента. Свойства материала определяются его механическими (прочностными и деформационными) характеристиками, которые могут быть найдены лишь опытным путём.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Механические характеристики материалов

При расчёте элементов конструкций на прочность, жёсткость и устойчивость необходимо знание механических характеристик материалов, из которых они изготовлены. Эти характеристики определяются путём испытания стандартных образцов. Для каждого материала устанавливаются государственным стандартом форма и соотношение размеров образцов для определения в лабораторных условиях их механических свойств. Существуют национальные и международные стандарты на форму и размеры образцов, на способы и их нагружения, на процедуры самих испытаний.

Образцы испытываются в зависимости от материала на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез. При этом определяются следующие механи­ческие характеристики кратковременной прочности материала (приведены международные обозначения):

- предел пропорциональности σ_pr ( от pr oportional limit) – наибольшее на­пряжение, при котором соблюдается закон Гука;

- предел упругости σ_e ( от e lastic limit) – наибольшее напряжение, при кото­ром в материале не возникают остаточные деформации;

- предел текучести σ_у ( от y ield strenght) – напряжение, при котором наблю­дается значительный рост деформаций практически без увеличения на­пряжений;

- предел прочности или временное сопротивление σ_u ( от u ltimate stress limit) – отношение наибольшей силы, которую может выдержать образец, к первоначальной площади сечения образца.

Эти величины помечаются нижними индексами: с – «c ompression» (сжатие) и t – «t ension» (растяжение), а также sh (или s) – «sh ear» (сдвиг, срез). Например, σ_u,с – предел прочности на сжатие.

Кроме характеристик прочности, важное значение имеют характери­стики пластичности (деформационные характеристики). Деформационными характеристиками материала являются:

- модуль продольной упругости (модуль Юнга) Е = dσ / dε, определяемый из испытаний образцов на растяжение и сжатие;

- модуль сдвига (модуль упругости второго рода) G, определяемый из испытаний образцов на сдвиг или путём пересчёта из испытаний на растяжение;

- коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) ν, определяемый как отношение поперечной ε₁ деформации образца к продольной ε деформации ν = – ε₁ / ε из испытаний на растяжение и сжатие.

Все три деформационные характеристики связаны между собой соотношением

то есть только две любые из них являются независимыми.

Пластические свойства материала характеризуются также:

- остаточной деформацией после разрушения, которая определяется как отноше­ние абсолютного удлинения к первоначальной длине и выражается в про­центах:

где ℓ_о – первоначальная расчётная длина образца;

ℓ_к – расчетная длина образца после разрушения;

- относи­тельное изменение площади поперечного сечения после разрушения:

где А_о – первоначальная площадь поперечного сечения образца;

А_к – площадь поперечного сечения по­сле разрушения.

Примечание: при испытании образцов на сжатие не употребляется термин «укорочение», говорят об «отрицательном удлинении».