Механические испытания материалов

Лекция по теме: «Механические испытания материалов» Прочность – способность материала, не разрушаясь воспринимать (противодействовать) внешние механические воздействия. Пластичность – способность материала давать значительные остаточные деформации не разрушаясь. Упругость – способность материала восстанавливать после снятия нагрузок свои первоначальные формы и размеры. Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела, практически не получающего остаточных деформаций Классификация: По характеру нагружения различают испытания статические, динамические и испытания на усталость (при переменных напряжениях). По виду деформации различают испытания на растяжение, сжатие, срез, кручение, изгиб (иногда сложное нагружение – например, изгиб и кручение). Наиболее распространенным является испытания на растяжение статической нагрузкой. На рис. представлена диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали. До точки А зависимость между силой и удлинением линейна – справедлив закон Гука. В точке Впри действии силы Fу возникают первые остаточные деформации. В точке С под действием силы FТ происходит рост удлинения без увеличения нагрузки. Сила и удлинение образца зависят не только от свойств материала, но и от размеров образца. Если ординаты поделить на первоначальную площадь поперечного сечения, а абсциссы на начальную расчетную длину, то получим условную диаграмму напряжения. – предел пропорциональности – это наибольшее напряжение до достижения, которого справедлив закон Гука. Предел пропорциональности может быть определен экспериментально: ступенчато увеличивают нагрузку замеряя соответствующие удлинения и определяют нагрузку, при которой тангенс угла наклона касательной к оси абсцисс на 20% меньше тангенса угла наклона его прямолинейного участка и разделив на площадь сечения образца определяют условный предел пропорциональности. – предел упругости – наибольшее напряжениедо достижения, которого в образце не возникают остаточные напряжения. Условный предел упругости – это напряжение, при котором в образце появляются остаточные деформации, имеющие заданную величину (0,001, 0,003, 0,005 %). Это напряжение определяют, ступенчато увеличивая нагрузку и определяя после полной разгрузки длину образца: σ0,001. – предел текучести – наибольшее напряжение,при котором происходит рост пластических деформаций образца при постоянной нагрузке. -предел прочности (временное сопротивление) – условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемое образцом до разрушения. Или Предел прочности – это отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к начальной площади его поперечного сечения. Пластичность материала оценивают значением относительного остаточного удлинения при разрыве по соотношению: , где – конечная (после разрыва) и начальная длина образца. Или может быть оценено относительным остаточным уменьшением площади начального сечения образца при разрыве ψ. Диаграммы растяжения некоторых пластичных материалов и сплавов (среднеуглеродистая сталь, медь, дюралюминий) не имеют площадки текучести. Для них вводится условный предел текучести – напряжение, при котором относительное удлинение равно 0,2 % : σ0,02. Испытание на сжатие: Условная диаграмма сжатия малоуглеродистой стали до предела текучести подобна диаграмме растяжения, но площадка текучести выражена слабо, так как увеличивается сечение образца и нагрузка, требуемая для его дальнейшего сжатия, возрастает, что и объясняет характер диаграммы за пределом текучести. Значения пределов пропорциональности и пределов текучести для пластичных материалов при растяжении и сжатии практически одинаковы. В тех случаях когда эти пределы различны, то их обозначают:σ0,02р иσ0,02с (илиσтр иσтс). Конструкционные материалы можно разделить на три группы: пластичные, хрупкопластичные и хрупкие. Наклеп приводит к упрочнению материала. Диаграмма растяжения наклепанной стали не имеет площадки текучести и будет использоваться условный предел текучести σ0,02 . При этом σт <σ0,02. Коэффициент запаса прочности. Допускаемые напряжения. Механические испытания материалов позволяют определить те напряжения, при которых образец из данного материала разрушается или в нем возникают заметные пластические деформации. Эти напряжения называют предельными. Для пластичных материалов – это физический σт или условный предел текучестиσ0,02.(так как разрушению предшествуют значительные пластические деформации) Для хрупкопластичных материалов – этоσ0,02р <σ0,02с.(так как разрушению предшествуют небольшие пластические деформации). Для хрупких материалов – этоσпч.р <σпч.с.(так как разрушению предшествуют очень малые пластические деформации). Отношение предельного напряжения σпред к наибольшему расчетному напряжению, возникающему в элементе конструкции при эксплуатационной нагрузке, обозначают буквой nи называют коэффициентом запаса прочности: n=σпред /σ. Большие коэффициенты запасов прочности делают конструкцию тяжелой, неэкономичной. В зависимости от назначения конструкции устанавливают значение минимально необходимого коэффициента запаса прочности. Прочность конструкции считают обеспеченной, если его расчетный коэффициент запаса прочности не ниже требуемого n≥[ n]или n=σпред /σ≥[ n]. σ≤ σпред /[ n], где σпред /[ n] – называют допустимым напряжением и обозначают [σ]= σпред /[ n]. Прочность конструкции обеспечена, если возникающие в ней наибольшее напряжение (расчетные) не превышают допустимое σ≤ [σ] – условие прочности. Факторы влияющие на выбор коэффициента запаса прочности: • Точность определения действующих нагрузок • Степень однородности применяемого материала • Изменение свойств материала после механообработки • Ответственность детали Коэффициент рассчитывается как произведение нескольких частных коэффициентов (условий работы, по материалу и др.). Расчеты на прочность при растяжении (сжатии) Условие прочностиσ≤ [σ]илиn=σпред /σ≥[ n]. Под σследует понимать наибольшее расчетное напряжение. Допускается незначительное превышение расчетных напряжений над допускаемыми (до 3%), т.к. они составляют только часть от предельного напряжения. В зависимости от цели расчета (постановки задачи) различают три вида расчетов: • проверочный (σ=N/A≤ [σ]) • проектный (A ≥(N/ [σ]) • определение допустимой нагрузки (при изменение технологических режимов.