Механические свойства

Прочностные свойства

Прочностные свойства. Завершающей стадией силового воздействия на материал является его разрушение. Способность материалов сопротивляться разрушению называется прочностью. Прочность характеризуется критическим напряжением, при котором наступает разрыв сплошности материала. Это напряжение называется пределом прочности. Предел прочности определяют обычно под действием статической нагрузки, нарастающей в течение нескольких минут. При изменении скорости роста нагрузки и характера ее приложения (например, повторно-переменная или динамическая нагрузка) прочность изменяется. Она может существенно изменяться также в зависимости от вида напряженного состояния (растяжения, сжатия, изгиба, кручения и др.).

Определение предела прочности материалов производится на стандартных цилиндрических, кубических и других образцах.

Из всех способов механических испытаний наибольшее распространение имеют испытания на растяжение и сжатие. Испытания производят с помощью специальных испытательных машин и прессов с механическим или гидравлическим приводом. Расчет предела прочности 1?, МПа, при растяжении и сжатии производят по формуле
 (1.2)
где Р — разрушающая нагрузка, Н; У7—начальная площадь поперечного сечения образца, м2.

Предел прочности при изгибе /?„зг вычисляют по формуле
 (1.3)
где М — наибольший изгибающий момент, Н-м; №— момент сопротивления сечения образца, м3.

При изгибе, например, образца прямоугольного сечения и одном сосредоточенном усилии
 (1.4)
где / — расстояние между опорами, м; Ь и 1г — ширина и высота поперечного сечения образца, м.

Теоретическая прочность однородного материала характеризуется напряжением, необходимым для разделения двух примыкающих друг к другу слоев атомов. Она пропорциональна модулю упругости и поверхностной энергии твердого тела на 1 см2 и обратно пропорциональна межатомному расстоянию. Прочность реальных твердых тел в тысячи раз меньше прочности, рассчитанной для идеального кристалла. Это связано с дефектами в структуре, которые развиваются в процессе деформации и становятся местами концентрации напряжений. Прочность материалов уменьшается с увеличением их пористости, приводящей к уменьшению количества связей между структурными элементами и неравномерному распределению нагрузки.

Характерным для прочности реальных тел является так называемый масштабный фактор — зависимость прочности от размеров тела. При стандартных испытаниях материала на образцах различных размеров для приведения результатов в сопоставимый вид используются переводные коэффициенты. Масштабный фактор объясняется в основном статистической природой процессов разрушения, связанной с влиянием неоднородностей макроструктуры и дефектов материала на процесс возникновения и развития трещин. С увеличением размеров образцов вероятность неоднородностей структуры возрастает и среднее значение предела прочности материала уменьшается.