Меню

Диаграммой напряжений хрупкого материала при сжатии является диаграмма

Диаграммы сжатия материалов

Почему мы не проваливаемся сквозь пол? Почему здания строят всё больших размеров, а размер морских судов уже долгое время не меняется? Почему иногда рушатся мосты, тонут корабли, на ходу разваливаются автомобили, выходят из строя мобильники?

« Без знания прочности материалов развитая цивилизация существовать не может»

С этой целью и проводятся испытания материалов !

Испытание материалов на растяжение и сжатие. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали. Основные механические характеристики. Диаграммы растяжения хрупких материалов. Диаграммы сжатия пластичных и хрупких материалов. Основные механические характеристики пластичных и хрупких материалов.

При выборе материала для какого-либо элемента конструкции и в по­следующих расчетах учитывают механические свойства материала, определяющие его прочность, упругость, пластичность, твердость и ударную вязкость.

Необходимые сведения о различных механических свойствах получают экспериментально в процессе механических испытаний

Наиболее широко применяют статические испытания материалов на растяжение и сжатие, так как механические характеристики, получаемые при этих испытаниях, позволяют достаточно точно определить поведение материала при других видах нагружения: сдвиге, изгибе и кручении.

Для проведения испытаний на растяжение из испытуемого материала изготавливаются стандартные образцы. Они могут быть круглого или прямоугольного поперечного сечения. На концах образца имеются головки для закрепления его в захватах разрывной машины. Особенностью стандартных образцов является наличие усиленных мест для захвата и плавного перехода к рабочей части образца (на рисунке переход не показан).

Образцы бывают следующих размеров:

длинныеи короткие

Образцы при испытании помещают в разрывные машины, при этом создают необходимые осевые нагрузки, с помощью которых, растягивая образец, доводят его до разрыва. Поведение образца по мере роста нагрузки фиксируют с помощью записывающего устройства.

По оси абсцисс в определенном масштабе фиксируется рост удлинения образца , а по оси ординат – возникающая в его поперечном сечении нормальная сила N, численно равная осевой нагрузке F, прилагаемой к образцу.

Чтобы получить механические характеристики материала, диаграмму, снятую при испытании образца, нужно перестроить в условную диаграмму растяжения, в координатах, независящих от размеров образца.

Итак, диаграмма растяжения (сжатия) в координатах лучше отражает механические свойства материалов, так как она не зависитот геометрических размеров испытываемого образца: .

Рассмотрим диаграмму, полученную при испытании образца из низкоуглеродистой стали – СтЗ.

Прямолинейный участок ОА диаграммы растяжения подтверждает закон Гука. Точка А соответствует пределу:

или предел пропорциональности – наибольшее напряжение, для которого

справедлив закон Гука (для стали Ст3МПа).

Точка А практически совпадает с точкой А1, которая соответствует пределу:

Читайте также:  При последовательном соединении проводников напряжение величина

илипредел упругости –наибольшее напряжение, при котором в образце

не возникает остаточных деформаций или они настолько малы, что ими

Далее продольная деформация возрастает непропорционально напряжению , в образце возникает пластическая деформация. Точка В на диаграмме соответствует началу явления текучести, т.е. росту деформации без увеличения нагрузки.

На этой стадии деформации полированная поверхность образца становится матовой и на ней можно обнаружить сетку линий, наклоненных к оси образца под углом примерно 45 о . Это линии Людерса-Чернова, представляющие собой следы сдвигов частиц материала относительно друг друга. Направление указанных линий соответствует площадкам, на которых при растяжении образца возникают наибольшие касательные напряжения.

или предел текучести –напряжение, при котором происходит рост пластичной

деформации образца при неизменной нагрузке (для стали Ст3 МПа).

Когда явление текучести закончилось, материал опять начинает сопротивляться нагрузке, причем деформация растет значительнее быстрее напряжений. Точка С на диаграмме соответствует:

или — временное сопротивление – условное напряжение, равное отношению

максимальной силы, которую выдерживает образец к первоначальной

площади его поперечного сечения (для стали Ст3 МПа).

С этого момента на образце появляется местное утоньшение – шейка и далее, диаграмма фиксирует уже процесс растяжения не всего образца, а его материала в зоне образования шейки, т.е. появление шейки – это начало разрушения образца.

или — предел прочности— это временное сопротивление образца, разрушающегося

без образования шейки (основная характеристика хрупких материалов).

Точка К соответствует напряжению , возникающему в образце в момент разрыва во всех поперечных сечениях, кроме сечений шейки.

— истинное напряжение (напряжение разрыва) – напряжение, возникающее в наименьшем

поперечном сечении шейки в момент разрыва (точка М);

Деформация за пределом упругости состоит из упругой и остаточной , причем упругая подчиняется закону Гука и за пределом пропорциональности. Если снять нагрузку, то образец укоротится в соответствии с прямой ТF на диаграмме. При повторном нагружении того же образца его деформация будет соответствовать диаграмме FTСК.

При испытании на сжатие пластичные материалы до предела текучести ведут себя так же, как при растяжении, но далее пластическая деформация растет медленнее. На диаграмме это показано пунктирной линией.

Диаграммы сжатия материалов

Источник

Изучение поведения пластичных, хрупких и анизотропных материалов при сжатии

Испытанию на сжатие будут подвергаться образцы из малоуглеродистой стали, чугуна и дерева. Дерево как материал анизотропный, обладающий различными свойствами в различных направлениях, испытывается на сжатие вдоль и поперек волокон.

Для испытаний на сжатие применяются обычно образцы кубической формы или невысокие цилиндрические образцы с соотношением высоты к диаметру ho/do= 1. 3. Использование более длинных образцов является нецелесообразным в связи с возникновением опасности продольного изгиба.

Читайте также:  Как по напряжению рассчитать ток вторичной обмотки трансформатора

Сжатие пластичного материала

Цилиндрический образец малоуглеродистой стали устанавливается между параллельными плитами пресса и постепенно нагружается непрерывно возрастающей силой Р. Результаты испытания на сжатие можно представить в виде диаграммы сжатия (рис. 1а), построенной в координатах: сила сжатия Р и абсолютное укорочение Δl.

По внешнему виду диаграмма сжатия, как и для большинства пластичных материалов, примерно до предела текучести совпадает с диаграммой растяжения. Точка А диаграммы соответствует пределу пропорциональности материала, после которого отмечается небольшой участок, где наблюдается более быстрое возрастание деформаций. Однако выраженной площадки текучести для многих материалов не наблюдается. Вследствие этого для них за предел текучести принимается условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2% от начальной высоты образца. При этом определение предела текучести осуществляется так же, как и в случае растяжения образца. В дальнейшем кривая идет круто вверх из-за увеличения площади поперечного сечения образца и упрочнения материала.

Увеличивающееся в процессе деформации поперечное сечение образца становится способным выдерживать все большую нагрузку. Образец принимает бочкообразную форму (из-за наличия сил трения на торцах образца) и может быть сплющен в тонкую пластинку, не обнаруживая признаков разрушения (рис. 1).

В некоторых случаях, при недостаточной пластичности материала, на боковой поверхности образца появляются мелкие трещины. Довести образец из пластичного материала до разрушения практически не удается. Опыт приходится остановить, не определив величины наибольшей разрушающей нагрузки.

Следовательно, предел прочности (временное сопротивление) при сжатии пластичных материалов не может быть определен. В этом случае обычно устанавливается только предел пропорциональности.

Следует отметить, что при сжатии стали предел пропорциональности σпц, предел текучести σт, модуль упругости Е приблизительно имеют такие же значения, как и при растяжении. Поэтому стали на сжатие испытывают значительно реже, чем на растяжение. На практике схемы сжатия используют преимущественно в технологических пробах для оценки деформационной способности полуфабрикатов и изделий. С помощью проб по появлению трещин определяют годность или негодность материала после деформации сжатием на заданную величину.

Сжатие хрупкого материала

Цилиндрический образец чугуна (ho/do=1,5) после обмера устанавливается между плитами пресса и подвергается статическому нагружению. Диаграмма сжатия при этом будет иметь вид, показанный на рис. 2. Нетрудно заметить, что на диаграмме сжатия отсутствует прямолинейный участок. Разрушение происходит внезапно при нагрузке Рmах с появлением ряда наклонных трещин, направленных примерно под углом 45° к оси образца. Такой характер разрушения объясняется действием касательных напряжений, возникающих в наклонных площадках при сжатии.

Читайте также:  Как подать напряжение протеус

Таким образом, при сжатии хрупких материалов и при их растяжении можно определить лишь предел прочности

Различие между диаграммами сжатия и растяжения чугуна заключается лишь в том, что нагрузка, соответствующая пределу прочности при сжатии, в 3-5 раз превышает нагрузку, соответствующую пределу прочности при растяжении, и соответственно (σв)с > (σв)р, т.е. чугун лучше сопротивляется сжатию, чем растяжению.

Характер деформации образца и причины его разрушения для хрупкого материала во многом зависят от влияния сил трения между образцом и опорными поверхностями машины. Путем периодической парафиновой смазки торцов образца в процессе испытания можно практически полностью устранить силы трения. При этом образец в течение всего испытания не принимает бочкообразную форму, остается цилиндрическим и разрушается по плоскостям, параллельным диаметральной плоскости образца из-за недопустимо больших растягивающих деформаций.

Сжатие анизотропного материала

Для испытания изготавливаются образцы дерева кубической формы, которые испытывают вдоль и поперек волокон, что изображено на диаграмме рис. 3. Из диаграммы видно, что образец, испытанный вдоль волокон (кривая 1), до разрушения претерпевает сравнительно небольшие остаточные деформации. После достижения наибольшего значения сжимающей силы Рmах начинается разрушение образца с последующим падением нагрузки. В процессе разрушения дерево расслаивается, волокна отделяются одно от другого и переламываются, на боковой поверхности кубика образуются поперечные складки и продольные трещины.

По результатам испытания определяется только предел прочности

При испытании на сжатие поперек волокон диаграмма имеет другой характер (кривая 2). Сначала линия диаграммы идет по наклонной прямой до нагрузки Рпц. Затем вычерчивается слабо изогнутая кривая (кубик быстро деформируется почти без увеличения нагрузки), которая, если древесина не имеет пороков, может пойти вверх после того, как образец будет достаточно спрессован.

Значительный рост деформации без увеличения нагрузки позволяет считать, что грузоподъемность образца уже исчерпана. Поэтому за разрушающую нагрузку Рmах(соответствующую пределу прочности σв) условно принимается такая нагрузка, при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты.

Прочность дерева при сжатии поперек волокон обычно в 8-10 раз меньше, чем вдоль волокон. Эти свойства дерева следует учитывать, располагая его так при проектировании конструкций, чтобы сжимающие усилия действовали по направлению наибольшего сопротивления, т. е. вдоль волокон.

Источник

Adblock
detector