ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механические характеристик и яоаткости, прочности и пластичности полотеров из "Введение в сопротивление материалов " Стержневой образец хрупкого материала (например, серого чугуна) разрушается при растяжении по поверхности, перпендикулярной продольной оси образца. Такая поверхность помечена цифрой 1 на рис. 2.8. Шейка при этом не образуется. [c.55] На рис. 2.9 изображена примерная схема разрушения при сжатии образца бетона. Штриховыми линиями 1 и 2 обозначены трещины, последовательно возникающие в ходе испытания. Сначала образуются трещины, расположенные вблизи боковых поверхностей. При этом объем материала, заключенный между боковой поверхностью и трещиной, может оказаться пронизанным вторичными трепщнами, благодаря которым описанный объем нередко распадается на несколько фрагментов. Далее по ходу испытания наступает очередь распадаться на фрагменты следующему объему, расположенному между первой и второй трещинами и т. д. до полного разрущения образца. [c.55] Обращаем внимание на некоторое сходство схем разрушения по рис. 2.9 и 2.10. В первом из них для области, равноудаленной от опорных торцов, имеем такую же ориентацию трещин, как и во второй. По мере удаления от упомянутой области направление трещины искажается за счет воздействия сил трения по опорным торцам. [c.56] Образец серого чугуна в условиях сжатия также подразделяется трещинами на множество фрагментов. Однако направление трещины следует характеризовать как случайное, хотя некоторые исследователи считают более вероятной ориентацию трещин под углом п/4 к направлению сжимающей силы. [c.56] Образцы стекла разрушаются при сжатии и растяжении с большим шумом. Образуется большое количество обломков самой разнообразной формы. Чрезвычайная скоротечность процесса указывает на возможность волновых явлений. Инициирование волн на возникающих трещинах носит случайный характер, что создает хаотическую картину прямых и отраженных волновых фронтов и причудливую картину зон интерференции, в которых возникают новые очаги разрушения. Последние, в свою очередь, являются дополнительными источниками волн. Энергетическая подпитка этих волновых процессов осуществляется за счет той потенциальной энергии упругой деформации, которая накапливается по всему объему образца к моменту разрушения. [c.56] Таким образом, анализ механических и физических явлений, имеющих место в условиях испытаний образцов на сжатие, далеко выходит за рамки курса сопротивления материалов. [c.57] Между материалами хрупкими, с одной стороны, и материалами пластичными, с другой, можно вставить промежуточную группу — материалы ограниченной пластичности. Типичным примером таких материалов служат низколегированные, термически обработанные стали с высоким пределом текучести порядка 1500 МПа и выше. При растяжении стержневых образцов в этом случае наблюдается шейка, однако в зоне собственно разрушения нет поверхностей среза, характерных для пластичных материалов, см. текст к рис. 2.4. Возникают лишь поперечные и продольные трещины. [c.57] В условиях сжатия образцы обсуждаемых материалов демонстрируют некоторые признаки пластического деформирования. В частности, предел текучести при сжатии мало отличается от предела текучести при растяжении. Кроме того, на начальной стадии эксперимента образец осаживается, приобретая показанную на рис. 2.6 бочкообразную форму. Однако дело заканчивается тре-щинообразованием и разрушением образца на несколько фрагментов, что нехарактерно для пластичных материалов. [c.57] В некоторых расчетах оказываются неудобными введенные выше понятия условных нормальных напряжений о и условных относительных деформаций е, см. формулы (2.4) и (2.2). В этих обстоятельствах более подходящими являются истинные нормальные напряжения и истинные относительтае деформации, которые мы обозначаем через а и 8 соответственно. Эти новые понятия можно ввести и применительно к условиям обычного испытания стержня на разрыв. [c.58] В технической литературе известно несколько мер деформаций, каждая из которых претендует называться истинной . Мера, введенная здесь определениями (2.16) и (2.17), отвечает некоторым энергетическим соображениям, подробности о которых можно найти в специальной литературе, например, по теории пластичности. [c.59] Расхождение между графиками функций а = а (е), и ст = ст (е) при Е 5% относительно невелико, в инженер- ных расчетах этой разницей нередко пренебрегают. [c.60] Обращаем внимание на тот факт, что согласно истинной диаграмме растяжения а- материал образца в области шейки продолжает упрочняться вплоть до разрушения. [c.61] Под твердостью материала понимают способность сопротивляться вдавливанию в него другого, более проч ного (более твердого) элемента. Из множества способов определения твердости укажем лишь на пробы по Ври-нелю и по Роквеллу. [c.61] Твердость по Бринелю (обозначается НВ) определяется по результатам вдавливания закаленного стального шарика диаметром 10 мм под нагрузкой 20 кН. На поверхности исследуемого изделия образуется лунка-отпечаток. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше число твердости НВ, которое вычисляется как отношение нагрузки к площади сферической поверхности отпечатка. Таким образом, твердость НВ имеет размерность напряжения и равна некоторому усредненному удельному давлению по поверхности отпечатка. [c.61] Таким образом, для оценки предела прочности материала детали не обязательно вырезать из нее определенный фрагмент для изготовления стандартного образца с последующим испытанием его на разрывной машине, Достаточно лишь подвергнуть эту деталь пробе на твердость. Такая практика является обычной в заводских условиях. [c.62] Измерение твердости закаленных сталей по Бринелю осуществляется со значительной погрешностью. В этих обстоятельствах более удобен способ Роквелла, когда в исследуемый материал вдавливается алмазный конус, Твердость по Роквеллу (шкала С) обозначается НКС и определяется как разность глубин проникновения алмазного конуса под основной нагрузкой (1500 Н) и предварительной (100 Н). Указанная разность глубин измеряется в сотых долях мм. [c.62] В справочниках по термообработке стали публикуют таблицы перевода чисел твердости НКС в числа твердости НВ. [c.62] Понижение температуры испытания ниже комнатной не ведет к заметному изменению характеристик прочности. Однако при охлаждении испытуемых образцов металлов рано или поздно обнаруживается некоторый температурный порог, ниже которого наблюдается заметное их охрупчивание. Для рядовых сталей этот порог лежит где-то в пределах от минус тридцати до минус сорока градусов по Цельсию. Такие стали не следует применять в объектах, предназначенных для Сибири или Крайнего Севера, потому что использование хрупких материалов для деталей машин, а также для многих строительных конструкций нежелательно, а во многих случаях просто недопустимо. В этой ситуации нужно переходить к применению более дорогих легированных сталей, у которых этот порог снижен хотя бы до -70° С. [c.63] Стандартное испытание на разрыв одного стержневого образца пластичного материала продолжается довольно долго — несколько десятков минут. Соответствующая, относительно невысокая скорость деформирования оговорена стандартами. Дело в том, что ускоренные испытания дают повышенные характеристики прочности и пониженные характеристики пластичности. Чем меньше время испытанйя, тем упомянутые различия проявляются более отчетливо. Обращаем внимание на то, что пластическое деформирование материала всегда сопровождается существенным тепловыделением. Поэтому образцы заметно нагреваются при быстрых испытаниях. [c.63] Вернуться к основной статье