Робота металу за дії статичного навантаження

Основні механічні характеристики сталі одержують дослідним шляхом за допомогою випробувань на розтяг стандартних круглих або плоских зразків сталі в спеціальних розривних машинах. При цьому залежність між напруженнями та подовженнями зразка зображається в вигляді діаграми розтягу (рис.2.2). По осі ординат відкладають значення напружень s, по осі абсцис – відносне подовження e:

,

де N – навантаження; А – площа поперечного перерізу зразка до навантаження; l₀ – довжина зразка до випробування; Dl – приріст довжини зразка під дією напружень s.

Рис.2.2. Діаграма розтягу сталі

На прямолінійній ділянці діаграми (від т.0 до т.1) сталь працює пружно, і між відносним подовженням e та напруженням s існує лінійна залежність, яка описується законом Гука:

s = e Е.

Напруження в т.1 називається межею пропорційності s_el.

Вище т.1 лінійна залежність порушується і на діаграмі з’являється криволінійна ділянка. Від т.1 до т.2 матеріал ще продовжує працювати пружно, тобто деформації повністю зникають після розвантаження. Вище т.2 матеріал починає працювати пластично, і після розвантаження зберігаються залишкові деформації. Напруження в т.2 називається межею пружності s_е .

При досягненні діаграмою точки 3 деформації починають різко зростати, утворюючи на діаграмі горизонтальну ділянку, яку називають ділянкою текучості. На цій ділянці матеріал подовжується без прирощення навантаження, тобто починає немов би текти. Ділянці текучості відповідає напруження, яке називається межею текучості s_у .

Межа текучостіs_у – це напруження, від дії якого суттєво зростають деформації при постійному навантаженні на зразок.

Не всі пластичні матеріали мають чітко визначену ділянку текучості: чим жорсткіша сталь, тим ця ділянка менша, а іноді її зовсім немає. Алюмінієві сплави також не мають ділянки текучості. У зв’язку з цим, для високоміцних сталей та алюмінієвих сплавів без ділянки текучості за межу текучості умовно приймають напруження s_0,2, при якому залишкове відносне подовження чисельно становить не більше 0,2% (рис.2.3).

Рис.2.3. Діаграма розтягу високоміцної сталі

В точці 4 матеріал знову починає сприймати навантаження (самозміцнюватись), крива полого піднімається до т.5, де напруження досягає свого найбільшого значення – межі міцності (або тимчасового опору) s _u.

Межа міцностіs _u являє собою напруження, що відповідає максимальному навантаженню.

Далі деформації в зразку швидко збільшуються, утворюється так звана шийка, площа перерізу в цьому місці різко зменшується, і розрив зразка відбувається вже при меншому навантаженні (т.6).

В практичних розрахунках користуються ідеалізованою (спрощеною) діаграмою розтягу, характерною для ідеального пружно-пластичного матеріалу –діаграмою Прандтля (рис.2.4.).

Рис. 2.4. Діаграма Прандтля

У відповідності з цією діаграмою на відрізку 0-1, тобто до межі текучості, матеріал працює пружно, а далі абсолютно пластично. Цю діаграму використовують для тих конструкцій, у яких несуча здатність обмежується межею текучості (а їх абсолютна більшість).