Лекция №4 Тех Мех_2015

Тема 4
Механические характеристики материалов.
Лекция №4
Основные понятия.
Предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, временное
сопротивление, предел прочности, истинное напряжение разрыву, относительное
удлинение после разрыва, относительное сужение после разрыва, упрочнение материала
(наклеп), диаграмма напряжений, диаграмма истинных напряжений, секущий модуль.
4.1 Испытания материалов на растяжение и сжатие.
При проектировании строительных конструкций инженеру необходимо знать
значения величин, характеризующие прочностные и деформативные
свойства
материала. Их можно получить путем механических испытаний, проводимых в
экспериментальных лабораториях на соответствующих испытательных машинах.
Испытания на растяжение. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 149784. Используются цилиндрические или плоские образцы (рис 4.1)
Рис. 4.1 Образцы для испытаний на растяжение
Длиные образцы
l0
l
 10 , короткие образцы 0  5 .
d0
d0
Рис. 4.2 Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали
Предел пропорциональности
 пц 
Fпц
A0
, (  pr 
F pr
A0
) (Ст3 195..200 МПа).
Предел пропорциональности – наибольшее условное напряжение до которого
материал подчиняется закону Гука (т.е. существует прямо пропорциональная
зависимость между нагрузкой и деформацией).
Напряжение называется условным, так как определяется исходя из первоначальной
площади поперечного сечения A0 образца.
Предел упругости,
 уп 
Fуп
A0
(Ст3 205..210 МПа).
Предел упругости - наибольшее условное напряжение до которого отсутствуют
остаточные деформации.
Предел текучести
Т 
Fy
FT
, ( y 
) (Ст3 220..250 МПа).
A0
A0
Предел текучести - наибольшее условное напряжение, при котором происходит
рост деформаций при практически неизменной нагрузке.
Когда нагрузка достигает своего максимального значения Fmax образуется шейка –
локальное уменьшение поперечного сечения образца. После появления шейки происходит
рост деформаций в локальной зоне (при этом нагрузка падает) и образец разрушается.
Предел прочности (временное сопротивление)
В 
Fmax
F
, (  u  u ) (Ст3 370..470
A0
A0
МПа).
Временное сопротивление – условное напряжение, соответствующее наибольшей
нагрузке, предшествующей разрушению образца.
Предел прочности – наибольшее условное напряжение, которое способен
выдержать материал (разрыв образца без образования шейки).
Истинное напряжение разрыву S k 
Fk
F
, (  d  d ) (Ст3 900..1000 МПа)
Aш
Ar
Рис. 4.3 Закон разгрузки. Явление наклепа
Полная деформация в точке М l  l уп  l ост складывается из упругой l уп
(которая после разгрузки исчезает) и остаточной l ост (которая после разгрузки
остается).
Наклеп (упрочнение)- явление повышения упругих свойств материала в результате
предварительного пластического деформирования.
Характеристики пластичности материала: относительное удлинение после разрыва
r 
(lr  l0 )100 %
,  r ( Ст3 5..27%) ; относительное сужение после разрыва
l0
r 
( A0  Ar )100%
r ,(Ст3 60..70%).
A0
Диаграмма напряжений, построенная без учета изменения A0 и l0 в процессе
нагружения, является условной. Истинная диаграмма напряжений строится в осях  -  с
учетом изменения A0 , l0 . Заметное отклонение истинных напряжений от условных
происходит после предела текучести, так как сужение сечения становится более
значительным. Особенно сильно возрастает разница между напряжениями после
образования шейки (рис.4.4).
Рис 4.4 Условная и истинная диаграммы низкоуглеродистой стали ( E  tg ( ) )
Диаграммы истинных напряжений строятся для теоретических исследований,
например операций глубокой штамповки, при решении задач образования больших
деформаций.
Растяжение образцов из хрупкого материала.
Рис. 4.4 Диаграмма растяжения чугуна
Диаграмма не имеет прямолинейного участка, так как упругие деформации не
пропорциональны нагрузкам даже при небольших напряжениях.
Предел прочности (временное сопротивление)
Секущий модуль E s 
В 
Fmax
F
, ( u  u )
A0
A0
A
. В расчетах принимается некоторое среднее значение секущего
A
модуля, соответствующего диапазону рабочих напряжений.
Диаграммы сжатия.
Рис. 4.5 Диаграмма сжатия
низкоуглеродистой стали
Рис. 4.6 Диаграмма сжатия чугуна
У серого чугуна предел прочности на сжатие равен 560..900 МПа, а на растяжение
120..190 МПа. Относительные остаточные деформации менее 0,1..1%.
Рис.4.7 Вид стального и чугунного образцов до и после испытания
Диаграмма сжатия древесины.
Рис. 4.8 Диаграмма сжатия древесины вдоль и поперек волокон и вид образцов после
испытаний
Механические характеристики некоторых строительных материалов представлены в
таблице 4.1
Таблица 4.1