Статические испытания на растяжение и сжатие
Конструктор, выбирая материал для деталей и рассчитывая её на прочность, должен располагать данными о механических свойствах материала (прочность, пластичность, а так же модуль Юнга, и коэффициент Пуассона).
Основные механические характеристики материалов; определяемые при испытаниях:
Прочность – способность материала, не разрушаясь воспринимать внешние механические воздействия.
Пластичность – способность материала давать значительные остаточные деформации, не разрушаясь.
Упругость – способность материала восстанавливаться после снятия нагрузок свои первоначальные формы и размеры.
Твёрдость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела практически не получающего статочные деформации.
Механические испытания материалов отличаются большим разнообразием.
Механические испытания проводят на образцах формы и размеры, которых установлены ГОСТами или ТУ.
Испытание проводят на разрывных или на универсальных машинах с механических или гидравлическимсилообразованием.
Машина снабжена диаграммным аппаратом, который в процессе испытания вычерчивают график зависимости между силой F, растягивающей образец и соответствующим удлинением.
Получается так называемая диаграмма растяжения. Для того чтобы исключить влияние размеров образца эту диаграмму перечерчивают: все одинаковые ординаты делят на начальную площадь поперечного сечения A0, а все абсциссы – на начальную расчётную длину l0. В результате получается условная диаграмма растяжения.
Основные свойства материалов определяют путем механических испытаний стандартных образцов, выполненных из исследуемых материалов.
Рассмотрим диаграмму растяжения (сжатия) образца из низкоуглеродистойстой стали (Ст3).
Рис. 16.1
1. Участок «Oа» – зависимость между силой и удлинением линейная, т.е. выполняется закон Гука,точка «а» характеризуется пределом пропорциональности - σпц.
2. Точка«b» – предел упругости, в образце возникают первые остаточные деформации,характеризуется пределом текучести - σт.
3. На уровне точки«b» видна «площадка текучести» – наблюдается рост удлинения без увеличения нагрузки. Это явление – текучесть материала.
4. Участок «cd» – зона упрочнения – удлинение растёт быстрее нагрузки - предел прочности – σпч–напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке. Здесь возникает местное утоньшение на образце, появляется «шейка».
6. Точка «e» – обрыв (разрушение).
При испытании образца на сжатие, диаграмма меняется после точки «d»и поднимается вверх (точка «e’»).
При расчёте на пластичность важной характеристикой является остаточное относительное удлинение при разрыве, которое определяется по формуле:
и может быть выражено в процентах.
Другая важная характеристика образца – остаточное относительное сужение образца при разрыве, которое определяется:
где A – начальная площадь сечения;
A ш – площадь сечения шейки.
Коэффициент запаса прочности
Конструкционные материалы делят на группы: пластичные, хрупкопластичные, хрупкие.
Механические испытания позволяют определить те напряжения, при которых материал разрушается или в нём возникают остаточные деформации. Эти деформации называются предельными.
Для пластичных материалов предел текучести практически одинаковый для растяжения и сжатия и разрушение происходит при больших пластических деформациях.
Для хрупкопластичных материалов предел текучести при растяжении меньше предела текучести при сжатии и разрушение происходит при сравнительно небольших пластических деформациях.
Для хрупких материалов предел прочности при растяжении меньше предела прочности при сжатии и разрушение происходит при малых деформациях.
Коэффициентом запаса прочности называется отношение предельного напряжения к наибольшему расчётному напряжению, возникающие при эксплуатационной нагрузке:
.
Ясно, что n> 1 иначе прочность конструкции нарушается.
Чем больше n, тем прочнее конструкция, в то же время слишком большой запас прочности приводит к перерасходу материала, делает конструкцию тяжёлой. Поэтому вводится понятие требуемого коэффициента запаса прочности.
Прочность элемента конструкции считают обеспеченной, если его расчётный коэффициент запаса прочности не ниже требуемого.
Контрольные вопросы:
1. Какое напряжение возникает при растяжении – сжатии?
2. Как распределяется напряжение по поперечному сечению?
3. Что такое «наклеп»?
4. Какую нагрузку легче переносят хрупкие материалы – ратяжение или сжатие?
5. Как называют самую верхнюю точку на диаграмме растяжения стали?