Сопротивление материалов (стр. 2 )

; .

Рис.6. Примерный вид условной диаграммы

растяжения для малоуглеродистой стали.

Эта диаграмма подобна диаграмме в координатах . На диаграмме (рис.6) отмечены точки, соответствующие механическим характеристикам прочности.

Наибольшее напряжение, до которого сохраняется прямая пропорциональная зависимость между деформациями и напряжениями, называется пределом пропорциональности:

,

Где нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности;

А0 – площадь сечения образца до испытаний.

Наибольшее напряжение, при котором в образце еще отсутствуют пластические деформации, называется пределом упругости:

Практически для большинства материалов предел упругости совпадает с пределом пропорциональности.

Напряжение, при котором происходит деформирование образца при постоянной нагрузке, называется пределом текучести:

.

Где– нагрузка, соответствующая пределу текучести.

Есть материалы, при испытании которых на диаграмме растяжения отсутствует площадка текучести.

Для них определяют условный предел текучести - напряжение, при котором в образце накапливается остаточная деформация 0,2%. Для определения предела текучести на оси абсцисс (рис.7) откладывают отрезок, численно равный 0,2% деформации , и проводят линию, параллельную прямой нагружения.

σ

ε

Рис.7. Определение условного предела

текучести .

Ордината точки пересечения этой прямой с кривой растяжения соответствует пределу текучести .

Напряжение, полученное делением максимальной нагрузки на начальную площадь поперечного сечения образца, называется пределом прочности (или временным сопротивлением).

.

Пределы текучести и прочности, полученные делением соответствующих нагрузок на начальную площадь поперечного сечения образца, являются условными, т. к. в процессе растяжения площадь сечения уменьшается. Делением нагрузок на площадь сечения в момент действия данной нагрузки можно определить истинные напряжения в образце. На рис.6 пунктирной линией показана диаграмма истинных напряжений. После образования «шейки» (рис.5) площадь поперечного сечения образца резко уменьшается, и разница по величине между условными и истинными напряжениями становится существенной.

Напряжение, полученное делением нагрузки при разрыве на конечную площадь поперечного сечения в «шейке» образца, называется истинным напряжением разрыва:

.

Характеристиками пластичности являются относительное остаточное удлинение образца при разрыве относительное остаточное сужение площади поперечного сечения образца при разрыве yr, удельная работа деформации а:

,

,

.

Здесь: Аш – площадь поперечного сечения образца в шейке к

моменту разрыва;

А – работа, необходимая для доведения образца до разрыва, численно равная площади ОАВСДКF, заключенной между кривой диаграммы, осью абсцисс и крайней ординатой, с учетом масштабов нагрузки и деформации; lk– длина рабочей части образца после разрушения.

Удельная работа является энергетической характеристикой. Чем больше энергии в состоянии поглотить материал не разрушаясь, тем лучше он будет сопротивляться ударным нагрузкам, поглощая кинетическую энергию.

Испытание образцов из хрупких материалов имеет ряд особенностей.

Диаграмма растяжения хрупких материалов (рис.8) не имеет явно выраженного прямолинейного участка, то есть напряжения не всегда пропорциональны удлинению. Площадки текучести не наблюдается. Площадь диаграммы сравнительно невелика.

Разрушение образцов происходит внезапно, без образования «шейки» и при незначительных удлинениях. Важнейшими механическими характеристиками при растяжении хрупких материалов являются предел прочности, относительное остаточное удлинение и удельная работа деформации.

Это наиболее опасный вид разрушения, протекающий катастрофически быстро и под действием сравнительно низких напряжений. Поэтому сведения о механизме хрупкого разрушения и условиях, которые ему способствуют или его затрудняют, особенно важны.

Отдельные справочные данные по характеристикам прочности и пластичности и их поведению для некоторых материалов представлены на рис. 8 в табл. 1.

Рис.8. Условные характеристики:

а- малоуглеродистая сталь (растяжение);

б- малоуглеродистая сталь (сжатие);

b- серый чугун (растяжение);

г – серый чугун (сжатие).

Таблица 1

Деформационные свойства материалов

Материал	Свойства
Чистый свинец Алюминий литой Медь отожженная	Умеренная пластичность
Латунь ненагартованная Железо электролитическое Отожженная малоуглеродистая сталь	Пластичность
Закаленная углеродистая сталь (Ст50) Пружинная и рессорная сталь Ковкий чугун Металлокерамика	Хрупкость и пластичность
Серый литейный чугун Инструментальная закаленная сталь (У10-У12) Белый и зеркальный чугун	Хрупкость и большая хрупкость

σ, кгс/ мм2

Рис.9. Зависимость механических характеристик

стали от температуры:

.

а - предел прочности;

б- предел текучести;

в- относительное удлинение при

разрыве от температуры.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для испытания на растяжение применяются круглые и плоские образцы из пластичного и хрупкого материалов. Замеры деформаций производятся на расчетной длине l0 , равной 10d0 или 10в0.

До начала опыта на образец наносят риски с интервалом 10 мм.

1.  Замерить диаметр d0 или в0 штангенциркулем с точностью до 0,01 мм. Отметить на образце расчетную длину l0=10d0 или l0=10в0.

2.  Образец вставить в захваты и включить в машину.

3.  После прохождения площадки текучести разгрузить образец и повторно нагрузить его для выявления явления наклепа материала.

4.  По мере нагружения образца отмечать по шкале силоизмерителя и записывать характерные нагрузки Py,Pmax,Pk..

5.  После разрушения образца выключить машину, вынуть разрушенный образец, снять полученную диаграмму растяжения.

6.  Соединив части разрушенного образца по месту разрыва, замерить штангенциркулем конечную длину lk и диаметр образца в шейке dш.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА

Снять в масштабе с диаграммы растяжения величины нагрузок Рpr., Рy., Рmax.,Рк..

Определить величины и условное напряжение разрушения делением полученных нагрузок на начальную площадь поперечного сечения образца.

Определить истинное напряжение разрыва делением конечной нагрузки на площадь сечения в шейке и сравнить его с условным .

Вычислить величину работы А по диаграмме растяжения, в соответствии с принятым масштабом.

Вычислить значения характеристик пластичности Имея характеристики материала, идентифицировать по справочнику марку материала образца.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.  Цель проведения испытания на растяжение.

2.  Как работает испытательная машина?

3.  Какие образцы используются при испытаниях.

4.  Дать определение понятия «прочность».

5.  Дать определение понятия «пластичность».

6.  Дать определение понятия «упругость».