Kovy sa vyznačujú vysokou ťažnosťou, tepelnou a elektrickou vodivosťou. Majú charakteristický kovový lesk.
Asi 80 prvkov periodickej tabuľky D.I. má vlastnosti kovov. Mendelejev. Pre kovy, ako aj pre kovové zliatiny, najmä konštrukčné, veľký význam majú mechanické vlastnosti, z ktorých hlavné sú pevnosť, ťažnosť, tvrdosť a húževnatosť.
Vplyvom vonkajšieho zaťaženia vzniká v pevnom telese napätie a deformácia. vzťahujúce sa na pôvodnú plochu prierezu vzorky.
Deformácia - je zmena tvaru a veľkosti pevného telesa pod vplyvom vonkajšie sily alebo v dôsledku fyzikálnych procesov, ktoré sa vyskytujú v tele pri fázových premenách, zmršťovaní atď. Deformácia môže byť elastické(zmizne po odstránení záťaže) a plast(zostáva po odstránení nákladu). Pri stále sa zvyšujúcom zaťažení sa elastická deformácia spravidla mení na plast a potom sa vzorka zrúti.
Podľa spôsobu pôsobenia zaťaženia sa metódy skúšania mechanických vlastností kovov, zliatin a iných materiálov delia na statické, dynamické a striedavé.
Sila – schopnosť kovov odolávať deformácii alebo deštrukcii pri statickom, dynamickom alebo striedavom zaťažení. Pevnosť kovov pri statickom zaťažení sa skúša v ťahu, tlaku, ohybe a krútení. Skúšanie ťahom je povinné. Pevnosť pri dynamickom zaťažení sa hodnotí špecifickou rázovou pevnosťou a pri striedavom zaťažení - únavovou pevnosťou.
Na stanovenie pevnosti, pružnosti a ťažnosti sa kovy vo forme okrúhlych alebo plochých vzoriek testujú na statické napätie. Skúšky sa vykonávajú na strojoch na skúšanie ťahom. Ako výsledok skúšok sa získa ťahový diagram (obr. 3.1). . Vodorovná os tohto diagramu ukazuje hodnoty deformácie a zvislá os ukazuje hodnoty napätia aplikované na vzorku.
Graf ukazuje, že bez ohľadu na to, aké malé je aplikované napätie, spôsobuje deformáciu a počiatočné deformácie sú vždy elastické a ich veľkosť je priamo závislá od napätia. Na krivke znázornenej na diagrame (obr. 3.1) je elastická deformácia charakterizovaná čiarou OA a jeho pokračovanie.
Ryža. 3.1. Krivka deformácie
Nad bodom A proporcionalita medzi stresom a napätím je porušená. Napätie spôsobuje nielen elastickú, ale aj zvyškovú plastickú deformáciu. Jeho hodnota sa rovná vodorovnému segmentu od prerušovanej čiary po plnú krivku.
Pri elastickej deformácii vplyvom vonkajšej sily sa mení vzdialenosť medzi atómami v kryštálovej mriežke. Odstránením záťaže sa odstráni príčina, ktorá spôsobila zmenu medziatómovej vzdialenosti, atómy sa vrátia na pôvodné miesta a deformácia zmizne.
Plastická deformácia je úplne iný, oveľa zložitejší proces. Počas plastickej deformácie sa jedna časť kryštálu pohybuje vzhľadom na druhú. Ak sa záťaž odstráni, posunutá časť kryštálu sa nevráti na svoje pôvodné miesto; deformácia bude pretrvávať. Tieto posuny odhalí mikroštrukturálne vyšetrenie. Okrem toho je plastická deformácia sprevádzaná rozdrvením mozaikových blokov vo vnútri zŕn a pri výrazných stupňoch deformácie je pozorovaná aj výrazná zmena tvaru zŕn a ich umiestnenia v priestore a medzi zrnami sa objavujú dutiny (póry). (niekedy vo vnútri zŕn).
Reprezentovaná závislosť OAV(pozri obr. 3.1) medzi externe aplikovaným napätím ( σ ) a ním spôsobená relatívna deformácia ( ε ) charakterizuje mechanické vlastnosti kovov.
· sklon priamky OA relácie tvrdosť kovu, alebo charakteristika toho, ako zaťaženie aplikované zvonka mení medziatómové vzdialenosti, čo na prvé priblíženie charakterizuje sily medziatómovej príťažlivosti;
· dotyčnica uhla sklonu priamky OA úmerné modulu pružnosti (E), ktorý sa číselne rovná podielu napätia deleného relatívnou elastickou deformáciou:
napätie, ktoré sa nazýva hranica proporcionality ( σ ks), zodpovedá okamihu vzniku plastickej deformácie. Čím presnejšia je metóda merania deformácie, tým nižšie leží bod A;
· v technických meraniach charakteristika tzv medze klzu (σ 0,2). Toto je napätie, ktoré spôsobuje zvyškovú deformáciu rovnajúcu sa 0,2 % dĺžky alebo inej veľkosti vzorky alebo produktu;
maximálne napätie ( σ c) zodpovedá maximálnemu napätiu dosiahnutému pri ťahu a nazýva sa dočasný odpor alebo pevnosť v ťahu .
Ďalšou charakteristikou materiálu je veľkosť plastickej deformácie, ktorá predchádza lomu a je definovaná ako relatívna zmena dĺžky (alebo prierezu) – tzv. relatívne rozšírenie (δ ) alebo relatívne zúženie (ψ ), charakterizujú plasticitu kovu. Oblasť pod krivkou OAVúmerné práci, ktorú treba vynaložiť na zničenie kovu. Tento ukazovateľ je určený rôzne cesty(hlavne úderom na rezaný exemplár), charakterizuje viskozita kov
Keď je vzorka natiahnutá do bodu porušenia, vzťahy medzi aplikovanou silou a predĺžením vzorky sa zaznamenajú graficky (obr. 3.2), výsledkom čoho sú takzvané deformačné diagramy.
Ryža. 3.2. Diagram "sila (napätie) - predĺženie"
Deformácia vzorky pri zaťažení zliatiny je najskôr makroelastická a potom sa postupne a v rôznych zrnách pri nerovnakom zaťažení premení na plast, ku ktorému dochádza šmykom cez dislokačný mechanizmus. Hromadenie dislokácií v dôsledku deformácie vedie k spevneniu kovu, ale keď je ich hustota významná, najmä v jednotlivých oblastiach, vznikajú centrá deštrukcie, čo v konečnom dôsledku vedie k úplnému zničeniu vzorky ako celku.
Pevnosť počas skúšky v ťahu sa hodnotí podľa nasledujúcich charakteristík:
1) pevnosť v ťahu;
2) hranica proporcionality;
3) medza klzu;
4) medza pružnosti;
5) modul pružnosti;
6) medza klzu;
7) relatívne predĺženie;
8) relatívne rovnomerné predĺženie;
9) relatívne zúženie po pretrhnutí.
Pevnosť v ťahu (pevnosť v ťahu alebo pevnosť v ťahu) σ v, je napätie zodpovedajúce najväčšiemu zaťaženiu R V pred zničením vzorky:
σ in = P in /F 0,
Táto charakteristika je povinná pre kovy.
Limit proporcionality (σ pc) – toto je podmienené napätie R pc, pri ktorej začína odchýlka od proporcionálnej závislosti mosta medzi deformáciou a zaťažením. Rovná sa:
σ pc = P pc /F 0.
hodnoty σ ks sa meria v kgf/mm 2 alebo v MPa .
Medza klzu (σ t) je napätie ( R T) pri ktorom sa vzorka deformuje (tečie) bez citeľného zvýšenia zaťaženia. Vypočítané podľa vzorca:
σ t = R T / F 0 .
Elastický limit (σ 0,05) je napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie dosiahne 0,05 % dĺžky úseku pracovnej časti vzorky, ktorá sa rovná základni tenzometra. Elastický limit σ 0,05 sa vypočíta podľa vzorca:
σ 0,05 = P 0,05 /F 0 .
Modul pružnosti (E) – pomer prírastku napätia k zodpovedajúcemu prírastku predĺženia v medziach elastickej deformácie. Rovná sa:
E = Pl 0 / l priemer F 0 ,
Kde ∆Р– prírastok zaťaženia; l 0– počiatočná odhadovaná dĺžka vzorky; oženil som sa– priemerný prírastok predĺženia; F 0 – počiatočná plocha prierezu.
Medza klzu
(podmienené)
– napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie dosiahne 0,2 % dĺžky úseku vzorky na jeho pracovnej časti, ktorého predĺženie sa zohľadňuje pri stanovení špecifikovanej charakteristiky.
Vypočítané podľa vzorca:
σ 0,2 = P 0,2 /F 0 .
Podmienená medza klzu sa určí iba vtedy, ak na diagrame ťahu nie je žiadna plató klzu.
Relatívne rozšírenie (po rozchode) – jedna z charakteristík plasticity materiálov, ktorá sa rovná pomeru prírastku odhadovanej dĺžky vzorky po deštrukcii ( ja na) na počiatočnú efektívnu dĺžku ( l 0) v percentách:
Relatívne rovnomerné predĺženie (δ р)– pomer prírastku dĺžky úsekov v pracovnej časti vzorky po pretrhnutí k dĺžke pred skúšaním, vyjadrený v percentách.
Relatívne zúženie po pretrhnutí (ψ ), ako aj relatívne predĺženie, je charakteristikou plasticity materiálu. Definuje sa ako rozdielový pomer F 0 a minimum ( F až) plocha prierezu vzorky po zničení na počiatočnú plochu prierezu ( F 0), vyjadrené v percentách:
Elasticita – vlastnosť kovov obnoviť svoj predchádzajúci tvar po odstránení vonkajších síl spôsobujúcich deformáciu. Elasticita je opačná vlastnosť plasticity.
Veľmi často sa na určenie pevnosti používa jednoduchá, nedeštruktívna, zjednodušená metóda - meranie tvrdosti.
Pod tvrdosť Materiálom sa rozumie odolnosť proti vniknutiu cudzieho telesa do neho, t.j. tvrdosť v skutočnosti charakterizuje aj odolnosť proti deformácii. Existuje mnoho metód na určenie tvrdosti. Najčastejšie je Brinellova metóda (Obr. 3.3, a), keď je skúšobné teleso vystavené sile R guľa s priemerom D. Číslo tvrdosti podľa Brinella (HH) je zaťaženie ( R), delené plochou guľového povrchu tlače (priemer d).
Ryža. 3.3. Skúška tvrdosti:
a – podľa Brinella; b – podľa Rockwella; c – podľa Vickersa
Pri meraní tvrdosti Vickersova metóda (obr. 3.3, b) diamantová pyramída je vtlačená. Meraním uhlopriečky tlače ( d), posúďte tvrdosť (HV) materiálu.
Pri meraní tvrdosti Rockwellova metóda (obr. 3.3, c) indentor je diamantový kužeľ (niekedy malá oceľová gulička). Číslo tvrdosti je prevrátená hodnota hĺbky vtlačenia ( h). Existujú tri stupnice: A, B, C (tabuľka 3.1).
|
|
Metódy Brinell a Rockwell B sa používajú pre mäkké materiály, metóda Rockwell C pre tvrdé materiály a metóda Rockwell A a Vickersova metóda pre tenké vrstvy (plechy). Opísané metódy merania tvrdosti charakterizujú priemernú tvrdosť zliatiny. Pre stanovenie tvrdosti jednotlivých konštrukčných zložiek zliatiny je potrebné ostro lokalizovať deformáciu, vtlačiť diamantovú pyramídu do určitého miesta, nachádzajúceho sa na tenkom reze pri 100 - 400-násobnom zväčšení pri veľmi malom zaťažení. (od 1 do 100 gf), po ktorom nasleduje meranie uhlopriečky priehlbiny pod mikroskopom. Výsledná charakteristika ( N) sa nazýva mikrotvrdosť , a charakterizuje tvrdosť určitej konštrukčnej zložky.
Tabuľka 3.1 Skúšobné podmienky pri meraní tvrdosti Rockwellovou metódou
|
Testovacie podmienky |
Označenie t pevnosť |
|
|
R= 150 kgf |
||
|
Pri testovaní diamantovým kužeľom a zaťažením R= 60 kgf |
||
|
Pri stlačení oceľovej gule a zaťažení R= 100 kgf |
Hodnota NV sa meria v kgf / mm 2 (v tomto prípade sa jednotky často neuvádzajú) alebo v SI - v MPa (1 kgf / mm 2 = 10 MPa).
Viskozita – schopnosť kovov odolávať nárazovým zaťaženiam. Viskozita je opačná vlastnosť krehkosti. Počas prevádzky sú mnohé diely vystavené nielen statickému zaťaženiu, ale sú vystavené aj rázovému (dynamickému) zaťaženiu. Takýmto zaťažením sú vystavené napríklad kolesá lokomotív a automobilov v spojoch koľajníc.
Hlavným typom dynamických skúšok je nárazové zaťaženie vzoriek s vrubom v podmienkach ohybu. Dynamické rázové zaťaženie sa vykonáva na kyvadlových rázových unášačoch (obr. 3.4), ako aj pri padajúcom bremene. V tomto prípade sa určuje práca vynaložená na deformáciu a deštrukciu vzorky.
Typicky sa v týchto testoch určuje špecifická práca vynaložená na deformáciu a deštrukciu vzorky. Vypočíta sa pomocou vzorca:
KS =K/ S 0 ,
Kde KS– špecifická práca; TO– celková práca deformácie a deštrukcie vzorky, J; S 0– prierez vzorky v mieste rezu, m 2 alebo cm 2.
Ryža. 3.4. Rázová skúška pomocou kyvadlového rázového testera
Pred testovaním sa meria šírka všetkých typov vzoriek. Výška vzoriek so zárezom v tvare U a V sa meria pred skúšaním a so zárezom v tvare T po skúšaní. Podľa toho sa špecifická práca deformácie lomu označuje KCU, KCV a KST.
Krehkosť kovy pri nízkych teplotách sú tzv studená krehkosť . Hodnota rázovej húževnatosti je výrazne nižšia ako pri izbovej teplote.
Ďalšou charakteristikou mechanických vlastností materiálov je únavová sila. Niektoré časti (hriadele, ojnice, pružiny, pružiny, koľajnice atď.) počas prevádzky podliehajú zaťaženiam, ktoré sa menia vo veľkosti alebo súčasne vo veľkosti a smere (znamienko). Pod vplyvom takýchto striedavých (vibračných) zaťažení sa kov akoby unaví, jeho pevnosť klesá a súčiastka sa zrúti. Tento jav sa nazýva unavený kovu a výsledné lomy sú únavové. Pre takéto detaily musíte vedieť hranica únosnosti, tie. veľkosť najväčšieho napätia, ktoré kov vydrží bez zničenia, keď dané číslo zmeny zaťaženia (cykly) ( N).
Odolnosť proti opotrebeniu - odolnosť kovov voči opotrebovaniu v dôsledku procesov trenia. Toto je dôležitá charakteristika napríklad pre kontaktné materiály a najmä pre trolejový drôt a prvky zberača prúdu zberača prúdu elektrifikovanej dopravy. Opotrebenie spočíva v oddeľovaní jednotlivých častíc od trecej plochy a je určené zmenami geometrických rozmerov alebo hmotnosti dielu.
Únavová pevnosť a odolnosť proti opotrebeniu poskytujú najkompletnejší obraz o trvanlivosti dielov v konštrukciách a húževnatosť charakterizuje spoľahlivosť týchto dielov.
Zdá sa, že výsledky získané v predchádzajúcich odsekoch riešia problém testovania stability stlačenej tyče; Zostáva len zvoliť bezpečnostný faktor. Nie je to však tak. Bližšie štúdium číselných hodnôt získaných pomocou Eulerovho vzorca ukazuje, že poskytuje správne výsledky iba v určitých medziach.
Obrázok 1 ukazuje závislosť veľkosti kritických napätí vypočítaných pri rôzne významy flexibilita pre oceľ 3, bežne používaná v kovových konštrukciách. Túto závislosť predstavuje hyperbolická krivka, takzvaná „eulerovská hyperbola“:
Pri použití tejto krivky si musíme uvedomiť, že vzorec, ktorý predstavuje, sme získali integráciou diferenciálnej rovnice zakrivenej osi, t.j. za predpokladu že napätia v tyči v momente straty stability nepresiahnu hranicu úmernosti.
Obr.1. Hyperbolická závislosť kritického napätia na pružnosti tyče
V dôsledku toho nemáme právo použiť hodnoty kritických napätí vypočítané pomocou Eulerovho vzorca, ak sú pre daný materiál získané nad touto hranicou. Inými slovami, Eulerov vzorec je použiteľný len vtedy, ak sú splnené nasledujúce podmienky:
Ak z tejto nerovnosti vyjadríme flexibilitu, potom podmienka použiteľnosti Eulerových vzorcov bude mať inú podobu:
Nahradením zodpovedajúcich hodnôt modulu pružnosti a limitu proporcionality pre daný materiál nájdeme najmenšiu hodnotu pružnosti, pri ktorej je ešte možné použiť Eulerov vzorec. Pre oceľ 3 sa limit proporcionality môže rovnať 
, preto na prúty z tohto materiálu môžete použiť formulu Euler len s flexibilitou
t.j. viac ako 100 %
Pre oceľ 5 at 
Eulerov vzorec je použiteľný v rámci flexibility; pre liatinu pri , pre borovicu pri atď. Ak nakreslíme vodorovnú čiaru na obr. 1 s ordinátou rovnou 
, potom rozdelí Eulerovu hyperbolu na dve časti; Môžete použiť iba spodnú časť grafu, ktorá sa týka relatívne tenkých a dlhých tyčí, ktorých strata stability nastáva pri napätiach, ktoré nie sú vyššie ako limit úmernosti.
Teoretické riešenie získané Eulerom sa ukázalo byť v praxi použiteľné len pre veľmi obmedzenú kategóriu prútov, a to tenké a dlhé prúty s veľkou flexibilitou. Medzitým sa v konštrukciách veľmi často nachádzajú tyče s nízkou flexibilitou. Pokusy použiť Eulerov vzorec na výpočet kritických napätí a kontrolu stability pri nízkej pružnosti niekedy viedli k veľmi vážnym katastrofám a experimenty s kompresiou tyčí ukazujú, že pri kritických napätiach, veľký limitúmernosti sú skutočné kritické sily výrazne nižšie ako sily určené Eulerovým vzorcom.
Preto je potrebné nájsť spôsob výpočtu kritických napätí aj pre prípady, kedy prekračujú limit proporcionality materiálov, napríklad pre prúty z mäkkej ocele so štíhlosťou od 0 do 100.
Ihneď treba poznamenať, že v súčasnosti najdôležitejším zdrojom pre stanovenie kritických napätí za hranicou proporcionality, t.j. pri nízkej a strednej pružnosti, sú výsledky experimentov. Existujú pokusy a teoretické riešenie túto úlohu, ale skôr ukazujú cestu k ďalšiemu výskumu, než aby poskytovali základ pre praktické výpočty.
V prvom rade je potrebné vybrať prúty s nízkou flexibilitou, od 0 do približne 30 x 40; ich dĺžka je relatívne malá v pomere k rozmerom prierezu. Napríklad pre tyč kruhového prierezu pružnosť 20 zodpovedá pomeru dĺžky k priemeru 5. Pri takýchto tyčiach je ťažké hovoriť o jave straty stability priamočiareho tvaru celej tyče. ako celok v zmysle, že je to prípad tenkých a dlhých prútov.
Tieto krátke tyče zlyhajú najmä preto, že tlakové napätia v nich dosiahnu medzu klzu (pre tvárne materiály) alebo medzu pevnosti (pre krehké materiály). Preto pre krátke tyče do pružnosti približne 3040 budú kritické napätia „rovnaké alebo mierne nižšie (v dôsledku stále pozorovaného mierneho zakrivenia osi tyče) buď (oceľ) alebo (liatina). , drevo).
Máme teda dva obmedzujúce prípady prevádzky stlačených tyčí: krátke tyče, ktoré strácajú svoju nosnosť najmä deštrukciou materiálu od stlačenia, a dlhé tyče, u ktorých je strata únosnosti spôsobená tzv. porušenie stability priamočiareho tvaru tyče. Kvantitatívna zmena pomeru dĺžky a priečnych rozmerov tyče mení celý charakter fenoménu lomu. Spoločné zostáva náhly nástup kritického stavu v zmysle náhleho prudkého nárastu deformácií.
V stlačených prútoch veľkej pružnosti, pre ktoré platí Eulerov vzorec, po dosiahnutí sily R kritická hodnota, zvyčajne sa pozoruje prudký nárast deformácií. Až do tohto bodu majú priehyby tendenciu narastať so zvyšujúcim sa zaťažením, ale zostávajú nevýznamné. Teoreticky by sa dalo očakávať, že tyč zostane rovná až do kritickej sily; Avšak množstvo okolností, ktoré sú v praxi nevyhnutné - počiatočné zakrivenie tyče, určitá excentricita pri aplikácii zaťaženia, lokálne prepätia, heterogenita materiálu - spôsobujú malé priehyby aj pri tlakových silách, ktoré sú menšie ako kritické.
Podobný charakter má aj závislosť skrátenia od napätia pri stlačení krátkych tyčí; máme rovnakú náhlosť rastu deformácií pri určitej veľkosti napätia (keď ).
Teraz nám zostáva zvážiť správanie stlačených tyčí pri priemerných hodnotách pružnosti, napríklad pre oceľové tyče s flexibilitou od 40 do 100; Inžinieri sa v praxi najčastejšie stretávajú s podobnými hodnotami flexibility.
Povahou ničenia sa tieto prúty približujú kategórii tenkých a dlhých prútov; strácajú svoj lineárny tvar a sú zničené výrazným bočným vybočením. Pri experimentoch s nimi je možné zaznamenať prítomnosť jasne vyjadrenej kritickej sily v „eulerovskom“ zmysle; kritické napätia sa získajú nad hranicou proporcionality a pod medzou klzu pre ťažnosť a pevnosť v ťahu pre krehké materiály.
Avšak strata priamočiareho tvaru a zníženie kritických napätí v porovnaní s krátkymi tyčami pre tieto "stredne" flexibilné tyče sú spojené s rovnakým javom zhoršenia pevnosti materiálu, ktorý spôsobuje stratu nosnosti v krátkych tyčiach. Tu sa spája jednak vplyv dĺžky, ktorá znižuje hodnotu kritických napätí, jednak vplyv výrazného zvýšenia deformácií materiálu pri napätí nad hranicou úmernosti.
Experimentálne stanovenie kritické sily pre lisované tyče sa opakovane vyrába u nás aj v zahraničí. Obzvlášť rozsiahly experimentálny materiál zozbieral Prof. F. Yasinsky, ktorý zostavil tabuľku kritických („zlomových“) napätí c. v závislosti od flexibility pre celý rad materiálov a priekopnícky moderné metódy výpočet stlačených tyčí pre stabilitu.
Na základe získaného experimentálneho materiálu môžeme predpokladať, že pri kritických napätiach menších ako je limit proporcionality, všetky experimenty potvrdzujú Eulerov vzorec pre akýkoľvek materiál.
Pre tyče so strednou a nízkou flexibilitou boli navrhnuté rôzne empirické vzorce, ktoré ukazujú, že kritické napätia pre takúto flexibilitu sa menia podľa zákona blízkeho lineárnej:
Kde A A b koeficienty v závislosti od materiálu, pružnosť tyče. Za liatinu dostal Yasinsky: A = 338,7MPa, b = 1,483 MPa. Pre oceľ 3 s ohybnosťou od = 40 do = 100 koeficientov A A b možno prijať: A = 336 MPa; b = 1,47MPa. Na drevo (borovica): A = 29,3 MPa; b = 0,194 MPa.
Niekedy sú vhodné empirické vzorce, ktoré dávajú pre nepružnú oblasť zmenu kritických napätí podľa zákona štvorcovej paraboly; tieto zahŕňajú vzorec
Tu pri = 0 sa uvažuje pre tvárne a krehké materiály; koeficient A, vybraný z podmienky hladkej konjugácie s Eulerovou hyperbolou, má hodnotu:
pre oceľ s medzou klzu = 280 MPa a = 0,009 MPa
Vzhľadom na tu uvedené údaje je možné zostaviť úplný graf kritického napätia (v závislosti od flexibility) pre akýkoľvek materiál. Obrázok 2 ukazuje takýto graf pre stavebnú oceľ s medzou klzu 
a hranicu proporcionality 
.
Obr.2. Kompletná tabuľka kritického napätia pre konštrukčnú oceľ.
Graf sa skladá z troch častí: Eulerovej hyperboly v bode, naklonenej priamky v bode a vodorovnej alebo mierne naklonenej priamky v bode . Podobné grafy možno zostaviť kombináciou Eulerovho vzorca s experimentálnymi výsledkami pre iné materiály.
Kontrola stability stlačených tyčí.
Predtým bolo uvedené, že pre stlačené tyče sa musia vykonať dve kontroly:
pre silu
pre udržateľnosť
Kde
Aby sme určili prípustné napätie pre stabilitu, musíme teraz zvoliť iba bezpečnostný faktor k.
V praxi sa tento koeficient pre oceľ pohybuje od 1,8 do 3,0. Súčiniteľ bezpečnosti pre stabilitu sa volí vyšší ako súčiniteľ bezpečnosti pre pevnosť, ktorý sa rovná 1,5 × 1,6 pre oceľ.
Vysvetľuje to prítomnosť množstva okolností, ktoré sú v praxi nevyhnutné (počiatočné zakrivenie, excentricita pôsobenia, zaťaženia, heterogenita materiálu atď.) a nemajú takmer žiadny vplyv na fungovanie konštrukcie pri iných typoch deformácie (krútenie ohýbanie, napätie).
U stlačených tyčí môžu tieto okolnosti v dôsledku možnosti straty stability značne znížiť nosnosť tyče. Pre liatinu sa bezpečnostný faktor pohybuje od 5,0 do 5,5, pre drevo od 2,8 do 3,2.
Aby sme vytvorili spojenie medzi prípustným napätím pre stabilitu a prípustným napätím pre pevnosť, zoberme si ich pomer:
Určenie
tu je redukčný faktor pre hlavné dovolené napätie pre stlačené tyče.
S grafom závislosti pre daný materiál, znalosťou alebo výberom bezpečnostných faktorov pre pevnosť a stabilitu, môžete vytvárať tabuľky hodnôt koeficientov ako funkcie flexibility. Takéto údaje sú uvedené v našich technických špecifikáciách pre návrh konštrukcií; sú uvedené v tabuľke.
Pevnosť v ťahu
Určitá prahová hodnota pre konkrétny materiál, ktorej prekročenie povedie k zničeniu objektu pod vplyvom mechanického namáhania. Hlavné typy hraníc pevnosti: statické, dynamické, tlakové a ťahové. Napríklad pevnosť v ťahu je hraničná hodnota konštantného (statická medza) alebo premenlivého (dynamická medza) mechanického napätia, pri prekročení ktorej dôjde k roztrhnutiu (alebo neprijateľnej deformácii) výrobku. Jednotka merania - Pascal [Pa], N/mm² = [MPa].
Medza klzu (σ t)
Veľkosť mechanického napätia, pri ktorom sa deformácia naďalej zvyšuje bez zvýšenia zaťaženia; používa sa na výpočet dovolených napätí v plastových materiáloch.
Po prekročení medze klzu sa v kovovej štruktúre pozorujú nezvratné zmeny: kryštálová mriežka sa preskupuje a objavujú sa výrazné plastické deformácie. Súčasne dochádza k samospevňovaniu kovu a po medzi klzu sa deformácia zvyšuje so zvyšujúcou sa ťahovou silou.
Tento parameter sa často definuje ako „napätie, pri ktorom sa začína vyvíjať plastická deformácia“, čím sa identifikujú hranice prieťažnosti a elasticity. Treba však pochopiť, že ide o dva rôzne parametre. Hodnoty medze klzu prekračujú medzu pružnosti približne o 5 %.
Hranica únosnosti alebo medza únavy (σ R)
Schopnosť materiálu odolávať zaťaženiam, ktoré spôsobujú cyklické namáhanie. Tento parameter pevnosti je definovaný ako maximálne napätie v cykle, pri ktorom nedochádza k únavovému porušeniu výrobku po neobmedzene veľkom počte cyklických zaťažení (základný počet cyklov pre oceľ je Nb = 10 7). Koeficient R (σ R) sa považuje za rovný koeficientu asymetrie cyklu. Preto je medza únavy materiálu v prípade symetrických zaťažovacích cyklov označená ako σ -1 a v prípade pulzujúcich - ako σ 0.
Všimnite si, že únavové testy výrobkov sú veľmi dlhé a náročné na prácu, zahŕňajú analýzu veľkého množstva experimentálnych údajov s ľubovoľným počtom cyklov a významným rozptylom hodnôt. Preto sa najčastejšie používajú špeciálne empirické vzorce, ktoré spájajú hranicu únosnosti s inými pevnostnými parametrami materiálu. Za najvhodnejší parameter sa považuje pevnosť v ťahu.
Pre ocele je limit odolnosti v ohybe zvyčajne polovičný oproti pevnosti v ťahu: Pre ocele s vysokou pevnosťou môžete vziať: 
Pre bežné ocele počas krútenia v podmienkach cyklicky sa meniacich napätí možno akceptovať nasledovné:
Vyššie uvedené pomery by sa mali používať opatrne, pretože boli získané za špecifických podmienok zaťaženia, t.j. pri ohýbaní a krútení. Avšak pri testovaní v ťahu a stláčaní sa limit odolnosti zníži približne o 10-20% ako pri ohýbaní.
Proporcionálny limit (σ)
Maximálna hodnota napätia pre konkrétny materiál, pri ktorej stále platí Hookov zákon, t.j. Deformácia telesa je priamo úmerná pôsobiacemu zaťaženiu (sile). Upozorňujeme, že u mnohých materiálov dochádza pri dosiahnutí (ale nie prekročení!) hranice pružnosti k reverzibilným (elastickým) deformáciám, ktoré však už nie sú priamo úmerné namáhaniu. V tomto prípade môžu byť takéto deformácie trochu „oneskorené“ v porovnaní so zvýšením alebo znížením zaťaženia.
Schéma deformácie kovovej vzorky pod napätím v súradniciach predĺženie (Є) - napätie (σ).
1: Limit absolútnej pružnosti.
2: Hranica proporcionality.
3: Limit pružnosti.
Pri odvodzovaní Eulerovho vzorca sa predpokladalo, že stredové tlakové napätia vznikajúce v prierezoch tyče pôsobením kritickej sily a cr = R/F, neprekračovať hranicu proporcionality materiálu o ks. Ak táto podmienka nie je splnená, nemožno pri určovaní kritickej sily použiť Hookov zákon, za predpokladu platnosti ktorého počiatočná Diferenciálnej rovnice(13.2). teda podmienkou použiteľnosti Eulerovho vzorca V všeobecný prípad vyzerá ako
Označme A hodnotu flexibility, pri ktorej a ko = o pi:
Potom možno podmienku použiteľnosti Eulerovho vzorca (13.16) znázorniť v tvare
Volá sa veličina určená vzorcom (13.17). extrémna flexibilita. Vyvolajú sa tyče, pre ktoré je splnená podmienka (13.18). vysoko flexibilné tyče.
Ako je možné vidieť zo vzorca (13.17), konečná flexibilita závisí od vlastností materiálu: modulu pružnosti a limitu proporcionality. Keďže pre oceľ E= 2,1 10 5 MPa, potom A závisí od hodnoty o pc, teda od triedy ocele. Napríklad pre niektoré ocele triedy VStZ, ktoré sú bežné v stavebných konštrukciách, je hodnota o p 200n-210 MPa a podľa vzorca (13.17) vychádza Aj = 100. Pre ocele uvedených tried je teda podmienka možno zvážiť použiteľnosť Eulerovho vzorca
Maximálnu hodnotu flexibility pre strom možno brať ako Aj = 70; pre liatinu = 80.
Teoretické stanovenie kritických zaťažení pri napätiach presahujúcich limit úmernosti materiálu je pomerne zložité. Zároveň je ich veľké množstvo experimentálny výskum stabilita tyčí pracujúcich nad hranicou proporcionality materiálu. Tieto štúdie ukázali, že v poľnohospodárstve existuje významný nesúlad medzi experimentálnymi a teoretickými hodnotami kritických síl vypočítaných pomocou Eulerovho vzorca. V tomto prípade Eulerov vzorec vždy dáva nadhodnotenú hodnotu kritickej sily.
Na základe experimentálnych údajov navrhli rôzni autori empirické vzorce na výpočet kritických napätí za hranicou proporcionality materiálu. Najjednoduchší je lineárna závislosť, navrhol začiatkom 20. storočia nemecký vedec L. Tetmeier a nezávisle od neho profesor Petrohradského inštitútu dopravných inžinierov F.S. Yasinsky:
Kde A A b- empirické koeficienty, ktoré závisia od vlastností materiálu tyče a majú rozmer napätia.
Pre oceľ VStZ s limitom proporcionality a pc = 200 MPa a medzou klzu a t = 240 MPa sa získalo A= 310 MPa, b= 1,14 MPa.
Pre niektoré materiály Používajú sa X nelineárne závislosti. Takže napríklad na drevo (borovica, smrek, smrekovec) s X
Pre liatinu pri X
Tetmyer-Jasinského vzorec (13.20) sa môže použiť za predpokladu, že kritické napätia vypočítané pomocou tohto vzorca nepresiahnu medzu klzu o m pre plastový materiál a pevnosť v tlaku o vs pre krehký materiál. Označenie vo vzorci (13.20) podľa X 2 hodnota flexibility, pri ktorej a = A pre tvárne alebo o = a pre krehké
cr t cr slnko
materiál sa dá písať podmienkou použiteľnosti Vzorce Tetmeier-Jasinski vo forme
kde A je určené vzorcom (13.17).
Vyvolajú sa tyče, pre ktoré je splnená podmienka (13.23). prúty strednej pružnosti.
Berúc do úvahy vyššie uvedené hodnoty o m,ii1) pre oceľ triedy VStZ pomocou vzorca (13.20) získame X2~ 60 a podmienka (13.23) bude mať nasledujúci tvar
Prúty, ktoré X sa nazývajú tyče s nízkou flexibilitou. Môžu sa zrútiť nie v dôsledku straty stability, ale v dôsledku straty pevnosti pri centrálnom stlačení. V tomto prípade, pre tyče s nízkou ohybnosťou vyrobené z tvárnych a krehkých materiálov, by sa malo primerane vziať
Na obr. Na obrázku 13.8 je znázornený graf závislosti kritických napätí od pružnosti pre oceľ VStZ s limitom proporcionality a pc = 200 MPa a medzou klzu a t = 240 MPa. O X Približne > 100 grafov och) reprezentovaný Eulerovou hyperbolou LV,
pri 60 X BC, pri 0 X 60 - vodorovná čiara CD. Pre hodnoty X 100 Eulerova hyperbola je znázornená bodkovanou čiarou. Z tohto grafu je zrejmé, že pre prúty strednej a nízkej ohybnosti dáva Eulerov vzorec značne nadhodnotené hodnoty kritických napätí.
Pre tyče vyrobené z plastu pri kritických napätiach st, X možno hodnotu st určiť aj pomocou kvadratickej závislosti
kde A,j je maximálna flexibilita určená vzorcom (13.17). Graf danej závislosti je na obr. krivka 13,8 BC(D, ktorá sa mierne odchyľuje od prerušovanej čiary BCD.
Dnes existuje niekoľko metód na testovanie vzoriek materiálu. Zároveň jednou z najjednoduchších a najviac prezrádzajúcich skúšok sú ťahové (ťahové) skúšky, ktoré umožňujú určiť medzu proporcionality, medzu klzu, modul pružnosti a ďalšie dôležité charakteristiky materiálu. Pretože najdôležitejšou charakteristikou namáhaného stavu materiálu je deformácia, stanovenie hodnoty deformácie pre známe rozmery vzorky a zaťaženia pôsobiace na vzorku umožňuje stanoviť vyššie uvedené charakteristiky materiálu.
Tu môže vzniknúť otázka: prečo nemôžeme jednoducho určiť odolnosť materiálu? Faktom je, že absolútne elastické materiály, ktoré sa zrútia až po prekonaní určitej hranice – odolnosti, existujú len teoreticky. V skutočnosti má väčšina materiálov elastické aj plastické vlastnosti, aké sú tieto vlastnosti nižšie na príklade kovov.
Ťahové skúšky kovov sa vykonávajú v súlade s GOST 1497-84. Na tento účel sa používajú štandardné vzorky. Postup testu vyzerá asi takto: na vzorku sa aplikuje statické zaťaženie a určí sa absolútne predĺženie vzorky Δl, potom sa zaťaženie zvýši o určitú hodnotu kroku a opäť sa určí absolútne predĺženie vzorky atď. Na základe získaných údajov sa zostrojí graf predĺženia verzus zaťaženie. Tento graf sa nazýva stresový diagram.
Obrázok 318.1. Diagram napätia pre vzorku ocele.
Na tomto diagrame vidíme 5 charakteristických bodov:
1. Hranica proporcionality R p(bod A)
Normálne napätia v priereze vzorky pri dosiahnutí limitu proporcionality budú rovné:
σ p = P p /F o (318.2.1)
Limit proporcionality obmedzuje oblasť elastických deformácií na diagrame. V tejto časti sú deformácie priamo úmerné napätiam, čo vyjadruje Hookov zákon:
Rp = kAl (318.2.2)
kde k je koeficient tuhosti:
k = EF/l (318.2.3)
kde l je dĺžka vzorky, F je plocha prierezu, E je Youngov modul.
Elastické moduly
Hlavnými charakteristikami elastických vlastností materiálov sú Youngov modul E (modul pružnosti prvého druhu, modul pružnosti v ťahu), modul pružnosti druhého druhu G (modul pružnosti v šmyku) a Poissonov pomer μ (priečny deformačný koeficient).
Youngov modul E ukazuje pomer normálových napätí k relatívnym deformáciám v medziach úmernosti
Youngov modul sa tiež stanovuje empiricky pri skúšaní štandardných ťahových vzoriek. Pretože normálové napätia v materiáli sa rovnajú sile delenej počiatočnou plochou prierezu:
σ = Р/F о (318.3.1), (317.2)
a relatívne predĺženie ε - pomer absolútnej deformácie k počiatočnej dĺžke
ε pr = Al/l o (318.3.2)
potom Youngov modul podľa Hookovho zákona možno vyjadriť nasledovne
E = σ/ε pr = Pl o/F o Al = tg α (318.3.3)
Obrázok 318.2. Diagramy napätia niektorých kovových zliatin
Poissonov pomer μ ukazuje pomer priečnych a pozdĺžnych deformácií
Vplyvom zaťažení sa nielen zväčšuje dĺžka vzorky, ale aj plocha uvažovaného prierezu sa zmenšuje (ak predpokladáme, že objem materiálu v oblasti elastickej deformácie zostáva konštantný, potom zväčšenie dĺžky vzorky vedie k zmenšeniu plochy prierezu). Pre vzorku s kruhovým prierezom možno zmenu plochy prierezu vyjadriť takto:
ε pop = Δd/d o (318.3.4)
Potom Poissonov pomer možno vyjadriť nasledujúcou rovnicou:
μ = ε pop /ε pr (318.3.5)
Šmykový modul G ukazuje pomer šmykových napätí T na uhol strihu
Modul pružnosti v šmyku G je možné určiť experimentálne pomocou skúšobných vzoriek na krútenie.
Pri uhlových deformáciách sa uvažovaný úsek nepohybuje lineárne, ale pod určitým uhlom - uhlom posunu γ k počiatočnému úseku. Pretože šmykové napätie sa rovná sile delenej plochou v rovine, v ktorej sila pôsobí:
T= Р/F (318.3.6)
a dotyčnica uhla sklonu môže byť vyjadrená ako pomer absolútnej deformácie Δl na vzdialenosť h od miesta, kde bola zaznamenaná absolútna deformácia, po bod, voči ktorému sa rotácia vykonala:
tgy = Al/h (318.3.7)
potom pri malých hodnotách uhla šmyku možno modul šmyku vyjadriť nasledujúcou rovnicou:
G= T/y = Ph/FAl (318.3.8)
Youngov modul, šmykový modul a Poissonov pomer sú vo vzájomnom vzťahu podľa nasledujúceho vzťahu:
E = 2(1 + u)G (318.3.9)
Hodnoty konštánt E, G a µ sú uvedené v tabuľke 318.1
Tabuľka 318.1. Približné hodnoty elastických charakteristík niektorých materiálov
Poznámka: Elastické moduly sú konštantné hodnoty, avšak výrobné technológie pre rôzne stavebné materiály sa menia a presnejšie hodnoty elastických modulov by mali byť upresnené podľa aktuálne platných regulačných dokumentov. Modul pružnosti betónu závisí od triedy betónu, a preto sa tu neuvádza.
Elastické charakteristiky sú určené pre rôzne materiály v medziach elastických deformácií ohraničených na diagrame napätia bodom A. Medzitým možno na diagrame napätia identifikovať niekoľko ďalších bodov:
2. Pružný limit Р у
Normálne napätia v priereze vzorky, keď sa dosiahne medza pružnosti, sa budú rovnať:
σ y = Р y /F o (318.2.4)
Limit pružnosti obmedzuje oblasť, v ktorej sa objavujúce plastické deformácie nachádzajú v určitej malej hodnote normalizovanej technickými podmienkami (napríklad 0,001%; 0,01% atď.). Niekedy sa medza pružnosti označuje podľa tolerancie σ 0,001, σ 0,01 atď.
3. Medza klzu Р t
σ t = Р t /F o (318.2.5)
Obmedzuje oblasť diagramu, v ktorej sa deformácia zvyšuje bez výrazného zvýšenia zaťaženia (stav klzu). V tomto prípade dôjde k čiastočnému pretrhnutiu v celom objeme vzorky. vnútorné spojenia, čo vedie k výrazným plastickým deformáciám. Materiál vzorky nie je úplne zničený, ale jeho počiatočné geometrické rozmery podliehajú nezvratným zmenám. Na leštenom povrchu vzoriek sú pozorované hodnoty výťažnosti - šmykové čiary (objavené profesorom V.D. Chernovom). Pre rôzne kovy sú uhly sklonu týchto čiar rôzne, ale sú v rozmedzí 40-50 o. V tomto prípade sa časť nahromadenej potenciálnej energie nenávratne minie na čiastočné pretrhnutie vnútorných väzieb. Pri skúšaní pevnosti v ťahu je zvykom rozlišovať hornú a dolnú medzu klzu - respektíve najvyššie a najnižšie z napätí, pri ktorých sa plastická (reziduálna) deformácia zvyšuje pri takmer konštantná hodnota efektívne zaťaženie.
Napäťové diagramy naznačujú nižšiu medzu klzu. Práve tento limit pre väčšinu materiálov sa berie ako štandardná odolnosť materiálu.
Niektoré materiály nemajú výraznú plató výnosu. Pre nich sa za podmienenú medzu klzu σ 0,2 považuje napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie vzorky dosiahne hodnotu ε ≈0,2 %.
4. Pevnosť v ťahu P max (dočasná pevnosť)
Normálne napätia v priereze vzorky pri dosiahnutí konečnej pevnosti budú rovné:
σ in = P max /F o (318.2.6)
Po prekonaní hornej hranice prieťažnosti (nie je znázornená v diagramoch namáhania) materiál opäť začne odolávať zaťaženiu. Pri maximálnej sile P max začína úplná deštrukcia vnútorných väzieb materiálu. V tomto prípade sa plastické deformácie sústreďujú na jedno miesto, čím sa vo vzorke vytvorí takzvaný krk.
Napätie pri maximálnom zaťažení sa nazýva pevnosť v ťahu alebo pevnosť v ťahu materiálu.
Tabuľky 318.2 - 318.5 poskytujú približné hodnoty pevnosti pre niektoré materiály:
Tabuľka 318.2 Približné limity pevnosti v tlaku (dočasná pevnosť) niektorých stavebných materiálov.
Poznámka: Pre kovy a zliatiny by mala byť hodnota pevnosti v ťahu stanovená v súlade s regulačnými dokumentmi. Hodnotu dočasných odporov pre niektoré druhy ocele je možné zobraziť.
Tabuľka 318.3. Približné medze pevnosti (pevnosti v ťahu) pre niektoré plasty
Tabuľka 318.4. Približná pevnosť v ťahu pre niektoré vlákna
Tabuľka 318.5. Približné medze pevnosti pre niektoré druhy dreva
5. Zničenie materiálu P r
Ak sa pozriete na diagram napätia, zdá sa, že pri klesajúcej záťaži dochádza k deštrukcii materiálu. Tento dojem vzniká, pretože v dôsledku vytvorenia „krku“ sa plocha prierezu vzorky v oblasti „krku“ výrazne mení. Ak vytvoríte diagram napätia pre vzorku vyrobenú z nízkouhlíkovej ocele v závislosti od meniacej sa plochy prierezu, uvidíte, že napätia v uvažovanom úseku sa zvýšia na určitú hranicu:
Obrázok 318.3. Diagram napätia: 2 - vo vzťahu k počiatočnej ploche prierezu, 1 - vo vzťahu k meniacej sa ploche prierezu v oblasti krku.
Napriek tomu je správnejšie zvážiť pevnostné charakteristiky materiálu vo vzťahu k ploche pôvodného prierezu, pretože výpočty pevnosti zriedka umožňujú zmenu pôvodného geometrického tvaru.
Jednou z mechanických vlastností kovov je relatívna zmena ψ plochy prierezu v oblasti krku, vyjadrená v percentách:
ψ = 100 (Fo - F)/Fo (318.2.7)
kde Fo je počiatočná plocha prierezu vzorky (plocha prierezu pred deformáciou), F je plocha prierezu v oblasti „krku“. Čím vyššia je hodnota ψ, tým výraznejšie sú plastické vlastnosti materiálu. Čím nižšia je hodnota ψ, tým väčšia je krehkosť materiálu.
Ak spočítate roztrhané časti vzorky a zmeriate jej predĺženie, ukáže sa, že je menšie ako predĺženie v diagrame (o dĺžku segmentu NL), pretože po pretrhnutí elastické deformácie zmiznú a zostanú iba plastické deformácie. . Veľkosť plastickej deformácie (predĺženie) je tiež dôležitou charakteristikou mechanických vlastností materiálu.
Okrem pružnosti až po zlom sa celková deformácia skladá z elastických a plastických zložiek. Ak materiál privediete na napätia presahujúce medzu klzu (na obr. 318.1, nejaký bod medzi medzou klzu a pevnosťou v ťahu) a potom ho odľahčíte, potom vo vzorke zostanú plastické deformácie, ale pri opätovnom zaťažení po určitom čase, medza pružnosti sa zvýši, pretože v tomto prípade sa zmena geometrického tvaru vzorky v dôsledku plastických deformácií stane výsledkom pôsobenia vnútorných spojení a zmenený geometrický tvar sa stane počiatočným jeden. Tento proces nakladania a vykladania materiálu sa môže niekoľkokrát opakovať a pevnostné vlastnosti materiálu sa zvýšia:
Obrázok 318.4. Diagram napätia pri tvrdnutí (naklonené priamky zodpovedajú vykladaniu a opakovanému zaťaženiu)
Táto zmena pevnostných vlastností materiálu, získaná opakovaným statickým zaťažením, sa nazýva deformačné spevnenie. Keď sa však pevnosť kovu kalením za studena zvýši, jeho plastické vlastnosti sa znížia a jeho krehkosť sa zvýši, takže relatívne malé kalenie sa zvyčajne považuje za užitočné.
Deformačná práca
Čím väčšie sú vnútorné sily vzájomného pôsobenia medzi časticami materiálu, tým vyššia je pevnosť materiálu. Preto hodnota odolnosti proti predĺženiu na jednotku objemu materiálu môže slúžiť ako charakteristika jeho pevnosti. V tomto prípade pevnosť v ťahu nie je vyčerpávajúcou charakteristikou pevnostných vlastností daného materiálu, pretože charakterizuje iba prierezy. Pri pretrhnutí dochádza k deštrukcii prepojení po celej ploche prierezu a pri šmykoch, ku ktorým dochádza pri akejkoľvek plastickej deformácii, k deštrukcii len lokálnych prepojení. Prerušiť tieto spojenia si vyžaduje trochu práce. vnútorné sily interakcia, ktorá sa rovná práci vonkajších síl vynaložených na pohyb:
A = РΔl/2 (318.4.1)
kde 1/2 je výsledok statického pôsobenia zaťaženia, ktoré sa v čase jeho pôsobenia zvyšuje z 0 na P (priemerná hodnota (0 + P)/2)
Počas elastickej deformácie je práca síl určená plochou trojuholníka OAB (pozri obr. 318.1). Celková práca vynaložená na deformáciu vzorky a jej zničenie:
A = ηР max Δl max (318.4.2)
kde η je koeficient úplnosti diagramu, ktorý sa rovná pomeru plochy celého diagramu, ohraničeného krivkou AM a priamkami OA, MN a ON, k ploche obdĺžnika so stranami 0P max (pozdĺž osi P) a Δl max (bodkovaná čiara na obr. 318.1). V tomto prípade je potrebné odpočítať prácu určenú plochou trojuholníka MNL (súvisiace s elastickými deformáciami).
Práca vynaložená na plastickú deformáciu a deštrukciu vzorky je jednou z dôležitých charakteristík materiálu, ktorá určuje stupeň jeho krehkosti.
Kompresné napätie
Deformácie v tlaku sú podobné deformáciám v ťahu: najprv vznikajú elastické deformácie, ku ktorým sa pridávajú plastické deformácie za hranicou pružnosti. Charakter deformácie a lomu pri stlačení je znázornený na obr. 318,5:
Obrázok 318.5
a - pre plastové materiály; b - pre krehké materiály; c - pre drevo pozdĺž vlákna, d - pre drevo pozdĺž vlákna.
Tlakové skúšky sú menej vhodné na zisťovanie mechanických vlastností plastových materiálov z dôvodu obtiažnosti zaznamenávania momentu porušenia. Metódy mechanického skúšania kovov upravuje GOST 25.503-97. Pri testovaní kompresie môže byť tvar vzorky a jej rozmery odlišné. Približné hodnoty pevnosti v ťahu pre rôzne materiály sú uvedené v tabuľkách 318.2 - 318.5.
Ak je materiál zaťažený pri konštantné napätie, potom sa k takmer okamžitej elastickej deformácii postupne pridáva ďalšia elastická deformácia. Po úplnom odstránení zaťaženia elastická deformácia klesá úmerne s klesajúcim napätím a dodatočná elastická deformácia mizne pomalšie.
Výsledná dodatočná elastická deformácia pri konštantnom namáhaní, ktorá nezmizne ihneď po odľahčení, sa nazýva elastický následný efekt.
Vplyv teploty na zmeny mechanických vlastností materiálov
Pevné skupenstvo nie je jediným stavom agregácie látky. Pevné látky existujú len v určitom rozsahu teplôt a tlakov. Zvýšenie teploty vedie k fázový prechod z pevného do kvapalného stavu a samotný proces prechodu sa nazýva topenie. Teploty topenia, podobne ako iné fyzikálne vlastnosti materiálov, závisia od mnohých faktorov a stanovujú sa aj experimentálne.
Tabuľka 318.6. Teploty topenia niektorých látok
Poznámka: V tabuľke sú uvedené teploty topenia pri atmosférickom tlaku (okrem hélia).
Elastické a pevnostné charakteristiky materiály uvedené v tabuľkách 318.1-318.5 sa stanovujú spravidla pri teplote +20 o C. GOST 25.503-97 umožňuje skúšanie vzoriek kovov v teplotnom rozsahu od +10 do +35 oC.
Pri zmene teploty sa mení potenciálna energia telesa, čo znamená, že sa mení aj hodnota vnútorných interakčných síl. Preto mechanické vlastnosti materiálov závisia nielen od absolútna hodnota teplote, ale aj na dĺžke jeho pôsobenia. Pri väčšine materiálov pri zahrievaní klesajú pevnostné charakteristiky (σ p, σ t a σ v), zatiaľ čo plasticita materiálu stúpa. S poklesom teploty sa zvyšujú pevnostné charakteristiky, ale zároveň sa zvyšuje krehkosť. Pri zahrievaní sa Youngov modul E znižuje a Poissonov pomer sa zvyšuje. Keď teplota klesne, dôjde k opačnému procesu.
Obrázok 318.6. Vplyv teploty na mechanické vlastnosti uhlíkovej ocele.
Pri zahrievaní neželezných kovov a zliatin z nich vyrobených ich pevnosť okamžite klesá a pri teplote blízkej 600° C sa prakticky stráca. Výnimkou je aluminotermický chróm, ktorého pevnosť v ťahu stúpa so zvyšujúcou sa teplotou a pri teplote 1100°C dosahuje maximum σ in1100 = 2σ in20.
Charakteristiky ťažnosti medi, zliatin medi a horčíka so zvyšujúcou sa teplotou klesajú, zatiaľ čo charakteristiky hliníka sa zvyšujú. Pri zahrievaní plastov a gumy prudko klesá ich pevnosť v ťahu a pri ochladzovaní sa tieto materiály stávajú veľmi krehkými.
Vplyv rádioaktívneho žiarenia na zmeny mechanických vlastností
Vystavenie žiareniu ovplyvňuje rôzne materiály rôzne. Ožarovanie materiálov anorganického pôvodu vo svojom vplyve na mechanické charakteristiky a plastické charakteristiky je podobné poklesu teploty: so zvýšením dávky rádioaktívneho ožiarenia sa zvyšuje pevnosť v ťahu a najmä medza klzu a charakteristiky plasticity sa znižujú.
Ožarovanie plastov vedie aj k zvýšeniu krehkosti a ožarovanie má rôzne účinky na pevnosť v ťahu týchto materiálov: na niektoré plasty nemá takmer žiadny vplyv (polyetylén), na iných spôsobuje výrazné zníženie pevnosti v ťahu (katamen), a v iných zvyšuje pevnosť v ťahu (selektrón ).
Podobné články
