Напряжение

Введение

В большинстве случаев деформация по достижении достаточно высоких напряжений заканчивается разрушением. Процесс разрушения начинается с образования трещин субмикроскопических размеров и заканчивается макроскопическим разделением образца или конструкции на отдельные части. Ряд важнейших механических свойств металлов и сплавов характеризует их сопротивление разрушению, величину или работу деформации до разрушения.

Напряжение

Многие механические свойства выражаются через величину напряжений. В механике напряжения обычно рассматривают как удельные характеристики сил, возникающих в теле под действием внешних нагрузок. При оценке механических свойств через напряжения нагрузки относят, как правило, к единице площади какого-то сечения, на которое они действуют. Напряжение является, таким образом,удельной величиной и в простейшем случае осевого растяжения стержня (рис. 1) определяется как отношение

s= P/F

где S - напряжение в сечении площадью F, перпендикулярном оси образца, вдоль которой действует сила Р. выражаемая в ньютонах (Н) или килограмм-силах (кгс).

Рис. 1. Схема определения напряжения

Для определения величины напряжений в каком-то сечении тела последнее мысленно разделяют на две части, одну часть удаляют, а ее действие на оставшуюся часть тела заменяют внутренними силами (рис. 2, а). В общем случае сила не перпендикулярна плоскости площадки, на которую она действует. Тогда ее, как и любой вектор, можно разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную к площадке), создающую нормальное напряжение S, и касательную, действующую в плоскости площадки и вызывающую касательное напряжение t (рис. 2 б). В механических испытаниях определяют именно эти напряжения. Их же используют в расчетах на прочность. Это связано с тем, что одни процессы при деформации и разрушении определяются касательными напряжениями (пластическая деформация, разрушение путем среза), а другие - нормальными (разрушение отрывом).

Рис. 2. Схемы определения составляющих полного напряжения

Из рис. 2 б следует, что полное напряжение S_n действующее в заштрихованном сечении площадью F_а нормаль к которому образует угол а с направлением внешней силы Р, равно S_n =P /F_a.