Испытания хрупких материалов

Испытания хрупких материалов

Испытания хрупких материалов

Испытания хрупких материалов

Испытания хрупких материалов

Испытания хрупких материалов

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Решение задач по математике

Если для пластичных материалов основным видом испытания является растяжение, то для хрупких материалов – сжатие. При этом для хрупких материалов, как правило, определяют одну механическую характеристику – предел прочности. Хрупкие материалы ведут себя иначе, чем пластичные. Диаграммы хрупких материалов не имеют прямого участка, площадок текучести, т. е. они не подчиняются закону Гука. Это хорошо видно из диаграмм испытания чугуна и бетона, соответственно показанных на рис. 1.23 и рис. 1.24.

29 Разрыв хрупких материалов происходит при остаточных деформациях εост = 0,5%. Диаграмма для чугуна имеет криволинейный характер (рис. 1.23), причем она обрывается сразу после достижения предела прочности. Для чугуна, как для других хрупких материалов, характерным является то, что диаграммы растяжения и сжатия для них различны.

При сопротивлении хрупких материалов, сжатие, как правило, значительно выше, чем растяжение (рис. 1.23). Например, для серого чугуна σв,сж = (3 ± 5) σв,р, где σв,сж – предел прочности при сжатии; σв,р – предел прочности при растяжении. Хрупкие материалы имеют диаграммы растяжения (сжатия), подобные диаграммам чугуна, и такую же форму разрушения. Площади диаграмм растяжения и сжатия хрупких материалов, характеризующие затраченную на разрушение образца работу, значительно меньше, чем пластичных материалов.

Удельная работа деформации хрупких материалов мала. Этим объясняется слабое сопротивление таких материалов динамическим нагрузкам. 1.13. Влияние температуры Многие современные машины работают в условиях как весьма высоких, так и низких температур. Например, детали паровых, газовых турбин, реактивных двигателей, прокатного и другого металлургического оборудования работают при температурах, достигающих температур до 1000–1300 К, а детали криогенного оборудования при температурах до 80 К.

Испытания показывают, что все механические характеристики металлов существенно изменяются в зависимости от температуры.

На рис. 1.25 приведены диаграммы растяжения углеродистой стали при различных температурах. На рис.1.26 показан график зависимости предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения при разрыве от температуры. В интервале температур 450-480 К временное сопротивление в достигает наибольшего значения, а относительное удлинение уменьшается: сталь становится синеломкой. При более высоких температурах прочность углеродистой стали быстро падает.

В связи с этим углеродистые стали при температуре выше 600 –700 К не применяются. При повышении температуры существенно уменьшается модуль упругости Е, что хорошо видно из графика рис. 1.27. Коэффициент Пуассона при повышении температуры от комнатной до 800 К возрастает от 0,28 до 0,33. Низкие температуры так же, как и положительные, оказывают существенное влияние на механические характеристики. Материалы, пластичные при нормальной температуре, становятся хрупкими при низких температурах.

Такие материалы называются хладноломкими. К хладноломким материалам относятся большинство черных металлов, в частности стали, в структуру которых входит феррит, а также цинкованные сплавы. На рис. 1.28, рис. 1.29 показаны графики изменения величин предела текучести т, временного сопротивления в, относительно удлинения δ и сужения ψ при статических испытаниях углеродистой стали при низких температурах.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Допуски формы и расположения поверхностей
Зависимость между моментами инерции при повороте координатных осей
Свойства непрерывного отображения множеств
Обозначение физических величин и их единиц

Проявление хладноломкости особенно опасно в тех случаях, когда в деталях есть концентрация напряжения или воздействие на детали динамических (ударных) нагрузок. Так, например, статистика показывает, что число рельсов, лопнувших в зимнее время, во много раз больше, чем в летнее. 1.14 Работа статической силы при растяжении (сжатии) Потенциальная энергия деформации Действие силы называется статическим, если в процессе нагружения она постепенно возрастает от нуля до своего конечного значения. Под действием внешней силы Р (рис. 1.30) стержень деформируется, вследствие чего сила Р совершает работу.

При определении работы будем исходить из основной предпосылки, что соблюдается закон Гука и связь между нагрузкой Р и абсолютным удлинением прямопропорциональная (рис. 1.31), образец удлиняется на При увеличении нагрузки на ΔР образец удлинится на величину Тогда элементарную работу dА внешней силы Р на перемещение можно определить по формуле Вторым членом пренебрегли как величиной второго порядка малости по сравнению с первым членом.

Очевидно, что элементарная работа dA графически

33 представляется площадью элементарной площадки dω (на диаграмме см. рис. 1.31) заштрихованная часть диаграммы с основанием d. Полную работу А получим, интегрируя выражение (1.35) от нуля до окончательного значения перемещения Таким образом, работа А внешней статической приложенной силы Р будет равна A = (1.37) Если пренебречь потерями энергии, связанной с нагревом при деформации, то можно считать, что работа внешней силы полностью переходит в потенциальную энергию упругой деформации, т. е. где U – потенциальная энергия упругой деформации.

Потенциальная энергия упругой деформации – это величина, равная работе внутренних сил, но противоположная ей по знаку. Она представляет собой энергию, накапливаемую телом при деформации. На основании (1.38) и исходя из определения потенциальной энергии, можно записать для стержня постоянного сечения, нагруженного постоянной силой (1.39)

Потенциальная энергия, отнесенная к единице объема материала, называется удельной потенциальной энергией Если учесть, что = εЕ, то выражение (1.40) может быть записано в виде Для стержня (см. рис. 1.11), имеющего несколько участков, в пределах которых продольные силы Ni = const, а также ЕАi = const потенциальная энергия (1.42) Если стержень переменного сечения нагружен распределенной нагрузкой (см. рис. 2.9), потенциальная энергия определяется путем интегрирования