Материала

Испытания материалов проводятся при растяжении вплоть до разрушения на стандартных образцах. Образцы используются как круглые, так и плоские при соотношении размеров, определяемых ГОСТом: - для нормальных образцов и - для укороченных (, А₀ - длина рабочей части и площадь поперечного сечения образца до испытаний, рис.3.4).

Результатом испытаний является диаграмма растяжения, устанавливающая зависимость

между нагрузкой F и вызванной ею удлинением ∆ℓ. Эта зависимость называется диаграммой рас-тяжения. Как правило, испытательные машины оборудованы устройствами для автоматической записи таких диаграмм. На рис.3.5 представлена диаграмма растяжения малоуглеродистой стали.

.

Рассмотрим её характерные участки. Участок ОА называется участком упругости, здесь вы-полняется закон Гука. После точки А линейная зависимость между усилием и деформацией нарушается, но до точки В деформации остают-ся упругими. На участке ВС деформации растут без существенного изменения нагрузки, он называется участком текучести. Наличие пло-щадки текучести ВС для металлов не является характерным. В большинстве случаев при испы-тании на растяжение площадка текучести не об-наруживается, и диаграмма растяжения образ-ца имеет вид кривой, показанной на рис.3.6.

Рис.3.4

Рис.3.5

 

На участке СD у материала вновь появляется способность сопротивляться нагрузкам. Этот участок называется участком упрочнения.

При приближении к точке D на образце зарождается шейка и после этого все деформации происходят в окрест-ности этой шейки вплоть до разрушения в точке Е. Падение нагрузки F на участке DE объясняется уменьшением площади поперечного сечения образца.

По результатам измерения размеров образца до и после разрушения определяются характеристики пластичности: остаточное относительное удлинение

100%

и остаточное относительное сужение в месте разрыва

Ψ 100%.

Здесь ℓ₀, А₀ соответственно длина рабочей части и площадь поперечного сечения образца перед испытанием,ℓ_к, А_к длина рабочей части и площадь наименьшего сечения разорванного образца.

Диаграмма растяжения в координатах F- ∆ℓ не отражает свойств материала, а является по существу характеристикой образца из данного материала, так как значения усилия F и удлинения ∆ℓ зависит от размеров образца. Чтобы исключить влияние размеров образца, диаграмму растяжения перестраивают в диаграмму напряжений в координатах σ – ε (рис.3.7).

Так как при подсчёте σ= и ε= используются только первоначальная площадь А₀ и первоначальная длина ℓ_0, то полученная таким путём диаграмма называется диаграммой условных напряжений. Она по характеру не отличается от диаграммы растяжения в координатах F- ∆ℓ.

 

σ

ε

σв

Рис. 3.7

Е

О

Пределом текучести (физическим) называется напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки (σ_т= ).

Для материалов, не имеющих площадки текучести определяется условный предел текучести σ_0,2 – это напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0,2% первоначальной длины.

Пределом прочности, или временным сопротивлением называется максимальное

напряжение, которое материал выдерживает без разрушения ( σ_в= ).

Основные механические характеристики материалов, применяемых в технике, приводятся в справочной литературе.

 

3. 4 Явление наклёпа

Если образец нагрузить до напряжений, больших предела упругости, но меньше предела прочности, например, до точки К (рис.3.6), а затем начать разгружать, то разгрузка будет происходить по прямой КL, параллельной начальному участку нагружения ОА. После разгрузки деформация образца уменьшится, но полностью не исчезнет. Отрезок LМ определяет величину упругой деформации ε_у, а отрезок ОL – величину остаточной (пластической) деформации (ε_ост). Повторное нагружение образца пойдёт cначала по линии разгрузки КL, а затем по кривой КN, которую имел бы этот образец без промежуточной разгрузки

Следовательно, после промежуточной разгрузки у материала повышается предел пропорциональности (упругости), но уменьшается пластичность.

Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования называется наклёпом или нагартовкой.

Наклёп возникает при вытяжке, холодной прокатке металла, в процессе штамповки и т.д. Часто он играет положительную роль и применяется для повышения упругих свойств проволоки, канатов, упрочнения поверхностного слоя детали. В тех случаях, когда наклёп вреден, его устраняют отжигом.

 

 

3.5 Расчёт на прочность при центральном растяжении, сжатии

Наиболее распространённым методом расчёта на прочность деталей машин и элементов конструкций является расчёт по допускаемым напряжениям. Он заключается в вычислении максимального рабочего напряжения детали, которое не должно превышать предельного напря-жения, свойственного данному материалу и условиям эксплуатации, т.е., , где - предельное (опасное) напряжение материала детали, n >1 – коэффициент запаса, устанавливае-мый нормами прочности. Для пластических материалов σ_L= σ_т, для хрупких σ_L=σ_в

Величину [ ] = называют допускаемым напряжением. Условие прочности будет иметь вид:| σ|_наиб ≤ [σ] или | σ|_наиб ≤ | | ≤ [σ].

Из этого условию прочности следует три задачи сопротивления материалов:

1. Проверка прочности | | ≤ [ ];

2. Назначение размеров поперечного сечения А ≥ ;

3. Определение грузоподъёмности ≤ ∙А