Механические испытаниймеханические характеристики. Предельные и допускаемые напряжения

Иметь представление о предельных и допускаемых напряжени­ях и коэффициенте запаса прочности.

Знать диаграммы растяжения и сжатия пластичных и хруп­ких материалов, порядок расчетов на прочность.

При выборе материалов для элементов конструкции и расчетов на прочность необходимо знать механические характеристики. Необ­ходимые сведения получают экспериментально при испытаниях на растяжение, сжатие, срез, кручение и изгиб.

Механические испытания. Статические испытания на растяжение и сжатие

Это стандартные испыта­ния: оборудование — стандарт­ная разрывная машина, стан- дартный образец (круглый или плоский), стандартная методика расчета.

На рис. 4.15 представлена схема испытаний ( — началь­ный диаметр поперечного сече­ния; — начальная длина).

Н а рис. 4.16 изображена схе­ма образца до (рис. 4.16, а) и после (рис. 4.16, б) испытаний (d_m — диаметр шейки, сужения перед раз­рывом).

Образец закрепляется в зажимах разрывной машины и растяги­вается до разрыва. Машина снабжена прибором для автоматической записи диаграммы растяжения — зависимости между нагрузкой и абсолютным удлинением (рис. 4.17 — диаграмма растяжения для малоуглеродистой стали).

Полученная диаграмма пересчитывается и перестраивается.

Особые точки диаграм­мы растяжения обозначены

точками 1, 2, 3, 4, 5:

рис.4.15

1) точка 1 соответству­ет пределу пропорциональ­ности: после нее прямая ли­ния (прямая пропорциональ­ность) заканчивается и пе­реходит в кривую;

участок 01 — удлине­ние Δl растет пропорцио­нально нагрузке; подтвер­ждается закон Гука;

2) точка 2 соответствует пределу упругости материала: матери­ал теряет упругие свойства — способность вернуться к исходным размерам;

3) точка 3 является концом участка, на котором образец силь­но деформируется без увеличения нагрузки. Это явление называют текучестью; текучесть — удлинение при постоянной нагрузке;

4 ) точка 4 соответствует максимальной нагрузке, в этот момент на образце образуется «шейка» — резкое уменьшение площади по­перечного сечения. Напряжение в этой точке называют временным сопротивлением разрыву, или условным пределом прочности. Зона 3-4 называется зоной упрочнения.

рис.4.16 рис.4.17

Механические характеристики

Механические характеристики материалов, т. е. величины, характеризующие их прочность, пластичность, упругость, твер­дость, а также упругие постоянные Е и υ, необходимые конструктору для выбора материалов и расчетов проектируе­мых деталей, определяют путем механических испытаний стандартных образцов, изготовленных из исследуемого мате­риала.

В процессе этого испытания специальное устрой­ство испытательной ма­шины автоматически вы­черчивает диаграмму, вы­ражающую зависимость между растягивающей си­лой и абсолютным удли­нением, т. е. в координа­тах (F, Δl). Для изучения механических свойств ма­териала независимо от размеров образца приме­няется диаграмма в коор­динатах «напряжение—от­носительное удлинение» (σ, ε). Эти диаграммы отличаются друг от друга лишь мас­штабами.

Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали представлена на рис. 19.6. Эта диаграмма имеет следующие характерные точки.

Точка А соответствует пределу пропорциональности.

Пределом пропорциональности σ_пц называется то наибольшее напряжение, до которого деформации растут пропорционально нагрузке.

Точка А практически соответствует и который называется пределом упругости.

Пределом упругости σ_уп называется то наибольшее напряжение, до которого деформации практически остаются упругими.

Точка С соответствует пределу текучести.

Пределом текучести σ_т называется такое напряжение, при котором в образце появляется заметное удлинение без увеличения нагрузки.

Предел текучести является основной механической характе­ристикой при оценке прочности пластичных материалов.

Точка В соответствует временному сопротивлению или пределу прочности.

Временным сопротивлением σ_в называется условное напряжение, равное отношению максимальной силы, которую выдерживает образец, к первоначальной площади его попереч­ного сечения.

При достижении временного сопротивления на растягивае­мом образце образуется местное сужение — шейка, т. е. начина­ется разрушение образца.

В определении временного сопротивления говорится об условном напряжении, так как в сечениях шейки напряжения будут больше.

Пределом прочности а_пч называется временное со­противление образца, разрушающегося без образования шейки. Предел прочности является основной механической характерис­тикой при оценке прочности хрупких материалов.

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

Точка М соответствует напряжению, возникающему в на­именьшем поперечном сечении шейки в момент разрыва. Это напряжение можно назвать напряжением разрыва.