Измерение сопротивления материалов

Сопромат – наука в значительной мере экспериментальная. Начало её в таком качестве положил Леонардо да Винчи, одним из первых исследовавший прочность проволоки на разрыв при помощи созданной им экспериментальной установки. Схематически она выглядела так:

Рисунок 1. Экспериментальная установка Леонардо да Винчи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К проволочке подвешивалась пустая корзина, в которую из ёмкости слева постепенно насыпался песок. По достижению некоторого веса песка, проволока обрывалась, и корзина падала в специально подготовленное углубление, что предохраняло песок от рассыпания. Оставалось лишь взвесить корзину с песком.

Испытания на растяжение и сжатие: что определяется?

Рассмотрим испытания на растяжение и сжатие, как наиболее простые и интуитивно понятные по методикам проведения и требуемому оборудованию. Перед проведением испытаний, согласно инструкции к испытательной машине заготавливается необходимое количество образцов.

По ходу испытаний строят диаграмму «деформации-напряжения», характерный вид которой представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При этом выделяют 3 группы характеристик:

1. Прочности.
2. Пластичности.
3. Упругости.

Рисунок 3. Машина для исследования образцов на разрыв. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Коэффициенты прочности, пластичности, упругости

Прочность:

• $σ_п$ – предел пропорциональности,

• $σ_у$ – предел упругости,

• $σ_т$– предел текучести, является опасным напряжением $σ_о =σ_т$ для пластичных материалов,

• $σ_в$ - предел прочности (временное сопротивление), является опасным напряжением $σ_о=σ_в$ для хрупких материалов

• $σ_р$ – напряжение в момент разрыва.

Пластичность.

Опасным напряжением для пластичных материалов является предел текучести $σ_т$, для хрупких материалов –прочности $σ_в$ .

Пластичные материалы имеют равные пределы текучести при растяжении и сжатии $σ_{тр}=σ_{тс}$ . Материалы хрупкие, например чугун, лучше сопротивляются сжатию, нежели растяжению.

Упругость.

Упругость материала характеризуется следующими величинами:

• $E$ – модуль упругости. Характеризует жёсткость, иными словами способность материала противостоять деформированию.

• $ν$- коэффициент Пуассона – величина, не имеющая размерности и характеризующая способность материала к поперечному деформированию при приложении продольной нагрузки. Коэффициент $ν$ может изменяться в пределах от 0 до 0,5. Сталь находится приблизительно по середине – 0,25-0,30. Относительная поперечная деформация равна $ε^⋰= -νε$

• $G$ – модуль сдвига. Эта величина определяет способность материала сопротивляться сдвигу. Связан с модулем упругости$E$ и коэффициентом Пуассона соотношением:

$G=E/(2(1+ν))$

Испытания на изгиб

Детали машин и элементы строительных конструкций часто подвергаются изгибающим нагрузкам. В этой связи получили распространение испытания образцов на изгиб. Проводят их на том же оборудовании, что и исследования на растяжение – сжатие, но изменяют способ крепления образца. Образец нагружают либо одной сосредоточенной силой (случай а)), либо двумя силами (случай б)), суть понятна из Рис.4:

Рисунок 4. Способы нагружения образца при испытании на изгиб.. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Испытания на изгиб проводят для хрупких материалов: чугунов, инструментальной стали, литья.

В результате большой экспериментальной работы, сегодня в распоряжении инженеров и учёных имеется огромный массив данных по свойствам практически всех материалов, используемых в производстве. Данные эти сгруппированы в соответствующие справочные таблицы и позволяют, сравнивая расчётные нагрузки с допустимыми, проектировать конструкции машин и сооружений оптимальным образом.