Файл: lektsii_sopromat_1-5.pdf

Зона ОА – зона упругости (этот участок для наглядности показан с отступлением от масштаба – на самом деле эта зона мала по сравнению с величиной деформации при разрушении). Зона АВ – промежуточная зона. Зона ВС –зона (площадка) текучести. В этой зоне деформация увеличивается без возрастания усилия. Зона CD – зона упрочнения, в которой удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но более медленным (в сотни раз), чем в зоне упругости. Зона DE – зона разрушения (зона местной текучести, то есть образование шейки).

Основные механические характеристики

1. В зоне ОА зависимость между напряжениями и деформациями линейна, она описывается законом Гука σ = E ε, где Е—модуль продольной упругости материала. Значение модуля упругости Е на кривой деформирования численно равно тангенсу угла наклона линейного участка E tg( )

Наибольшее напряжение, до которого выполняется закон Гука называется пределом пропорциональности

Здесь F0 площадь сечения образца до начала опыта, Pпц – значение усилия, при котором напряжения достигают предела пропорциональности.

2. В зоне текучести напряжение

T PT / F0 ,

при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки, называется пределом текучести. У многих конструкционных материалов площадка текучести не выражена столь явно, как у малоуглеродистых сталей. Для таких материалов вводится понятие условного предела текучести – это

напряжение, которому соответствует остаточная (пластическая) деформация, равная 0.2 %.

3. В зоне упрочнения. После площадки текучести для дальнейшего увеличения деформации необходимо увеличение нагрузи. Материал снова проявляет способность сопротивляться деформации; зона за площадкой текучести называется зоной упрочнения. Значение напряжения

пч Рпч / F0

соответствует максимальной нагрузке, выдерживаемой образцом. Соответствующее напряжение называется временным сопротивлением σВ (или пределом прочности σпч ). Предел прочности – величина условная, так как вычисляется по отношению к исходной площади сечения. Однако, известно, что в зоне упрочнения деформация перестает быть однородной по длине и образуется очаг местной деформации (так называемая шейка), в котором площадь сечения изменяется значительно больше, чем среднее уменьшение площади сечения по длине стержня. Поэтому предел прочности не есть напряжение, при котором образец разрушается.

Если в произвольной точке М в зоне упрочнения в некоторый момент прекратить нагружение и снять нагрузку, то разгрузка образца пойдет по линии MN, параллельной линейному участку диаграммы. При этом полная деформация в точке M равна:

4. В зоне разрушения. Дальнейшая деформация образца происходит без увеличения или даже с уменьшением нагрузки вплоть до разрушения. Напряжение

разр Рразр / F0

называется разрушающим

Если относить растягивающую силу не к начальной площади сечения F0,а к истинной площади сечения (шейки), то напряжение перед разрывом будет значительно больше. Если учитывать текущее значение площади поперечного сечения при определении напряжений, то получим диаграмму истинных напряжений(она показана штриховой линией) Напряжение

пчист Рист / Fист

называется истинным пределом прочности.

5. Удлинение при разрыве δ – это величина средней остаточной деформации, которая образуется к моменту разрыва на стандартной длине образца

6. Относительное сужение – это относительное уменьшение поперечных размеров образца

где l0, F0 — длина рабочей части образца и площадь поперечного сечения до деформации; lк — длина рабочей части образца после разрыва; Fк — конечная площадь поперечного сечения в шейке образца после разрыва.

По величине относительного удлинения при разрыве проводится разделение состояния материалов на пластичные и хрупкие. Материалы, имеющие к моменту разрушения достаточно большие значения 10% , относят к пластическим материалам. К хрупким относят материалы с относительным удлинением

.

Таблица 3.1. Механические характеристики некоторых материалов

Оценка пластических свойств материала может быть проведена по такой характеристике, как ударная вязкость KC=A/F,

где А — работа, затрачиваемая на ударное разрушение образца, F – площадь поперечного сечения образца в месте концентратора. Работа А деформации при разрушении образца может быть определена по диаграмме растяжения. Так, если первоначальная длина образца l0, то работа деформации, совершаемая силой Р на перемещении и:

где uк — перемещение в момент, предшествующий разрушению. Тогда по зави-

площадь диаграммы деформирования (работа деформации на единицу объема материала).

Для сталей КС=50—100 Н м/см2. Материалы с ударной вязкостью КС < 30 Н м/см2 относят к числу хрупких.

Влияние различных факторов на механические характеристики материалов

Зависимость механических характеристик конструкционных материалов от их химического состава, внешних условий и условий нагружения весьма многообразна; отметим наиболее существенные, характерные для типичных условий эксплуатации конструкций.

Влияние содержания углерода.

Введение различных легирующих добавок в металлы позволяет значительно повысить прочностные характеристики сплавов. На рисунке показано влия-

ние процентного содержания углерода на механические свойства конструкционной стали. Как видно, с увеличением содержания углевода, временное сопротивление повышается ; однако при этом значительно ухудшаются пластические свойства; относительное удлинение и относительное сужение при разрыве уменьшаются.

Влияние температуры

Повышенные температуры оказывают существенное влияние на такие механические характеристики конструкционных материалов, как ползучесть и длительная прочность. Ползучестью называют медленное непрерывное возрастание пластической (остаточной) деформации под воздействием постоянных нагрузок. Длительной прочностью называется зависимость разрушающих напряжений (временного сопротивления) от длительности эксплуатации. Свойства ползучести и длительной прочности проявляются у углеродистых сталей при Т >300oС, для легированных сталей при Т>350oС. для алюминиевых сплавов при Т>100oС. Некоторые материалы проявляют эти свойства и при обычных температурах.

Ползучесть сопровождается релаксацией напряжений – уменьшением напряжений с течением времени при неизменной деформации. Скорость релаксации напряжений возрастает при повышении температуры. Мерой скорости релаксации служит время релаксации—промежуток времени, в течение которого напряжение уменьшается по сравнению с начальным значением в е=2,718 раза.

Прочность материала при повышенных температурах оценивается пределом длительной прочности — напряжением, при котором материал разрушается не ранее заданного времени.

Влияние повышенных температур на характеристики прочности и пластичности для некоторых конструкционных материалов показана на нижеприведенном рисунке: 1 – углеродистая сталь, содержащая 0,15% углерода; 2 – углеродистая сталь, содержащая 0,40% углерода, 3 – хромистая сталь. Сплошной линией показано изменение предела текучести, а пунктирной линией – изменение предела прочности.

Влияние температур на упругие свойства.

Особенности диаграмм деформирования разных материалов

а) Отсутствие площадки текучести

Подобный вид имеют диаграммы деформирования бронзы, латуни, дураллюминия, легированных сталей и других пластических материалов.