Тема 2.2. Механические испытания

Тема 2.2. Механические испытания,

Механические характеристики.

Предельные и допускаемые напряжения

Иметь представление о предельных и допускаемых напряжени­ях и коэффициенте запаса прочности.

Знать диаграммы растяжения и сжатия пластичных и хруп­ких материалов, порядок расчетов на прочность.

При выборе материалов для элементов конструкции и расчетов на прочность необходимо знать механические характеристики. Необ­ходимые сведения получают экспериментально при испытаниях на растяжение, сжатие, срез, кручение и изгиб.

Механические испытания.

Статические испытания на растяжение и сжатие

Это стандартные испыта­ния: оборудование — стандарт­ная разрывная машина, стан­дартный образец (круглый или плоский), стандартная методика расчета.

На рис. 22.1 представлена схема испытаний (do — началь­ный диаметр поперечного сече­ния; lо — начальная длина).

На рис. 22.2 изображена схема образца до (рис. 22.2а) и после (рис. 22.26) испытаний (dш — диаметр шейки, сужения перед раз­рывом).

Образец закрепляется в зажимах разрывной машины и растяги­вается до разрыва. Машина снабжена прибором для автоматической записи диаграммы растяжения — зависимости между нагрузкой и абсолютным удлинением (рис. 22.3 — диаграмма растяжения для малоуглеродистой стали).

Тема 2.2. Механические испытания 189

Полученная диаграмма пересчитывается и перестраивается (рис. 22.4 — приведенная диаграмма растяжения первого типа).

Особые точки диаграм­мы растяжения обозначены точками 1, 2, 3, 4, 5:

1) точка 1 соответству­ет пределу пропорциональности: после нее прямая линия (прямая пропорциональность) заканчивается и пе­реходит в кривую;

участок 01 — удлине­ние Δl растет пропорцио­нально нагрузке; подтверждаетсязакон Гука;

2) точка 2 соответствует пределу упругости материала: матери­ал теряет упругие свойства — способность вернуться к исходным размерам;

3) точка 3 является концом участка, на котором образец силь­но деформируется без увеличения нагрузки. Это явление называют текучестью; текучесть — удлинение при постоянной нагрузке;

4) точка 4 соответствует максимальной нагрузке, в этот момент на образце образуется «шейка» — резкое уменьшение площади по­перечного сечения. Напряжение в этой точке называют временным сопротивлением разрыву, или условным пределом прочности. Зона 3-4 называется зоной упрочнения.

Механические характеристики

При построении приведенной диаграммы рассчитываются ве­личины, имеющие условный характер, усилия в каждой из точек

190 Лекция 22

делят на величину начальной площади поперечного сечения, хотя в каждый момент идет деформация и площадь образца уменьшает­ся. Приведенная диаграмма растяжения не зависит от абсолютных размеров образца (рис. 22.4).

Виды диаграмм растяжения

Различные материалы по-разному ведут себя под нагрузкой, ха­рактер деформаций и разрушения зависит от типа материалов.

Принято делить материалы по типу их диаграмм растяжения на три группы. К первой группе относят пластичные материалы, эти материалы имеют на диаграмме растяжения площадку текучести (диаграммы первого типа) (рис. 22.5а). Ко второй группе относятся хрупкие материалы, эти материалы мало деформируются, разру­шаются по хрупкому типу. На диаграмме нет площадки текучести (рис. 22.56).

К третьей группе относят материалы, не имеющие площад­ку текучести, но значительно деформирующиеся под нагрузкой, их называют пластично-хрупкими (рис. 22.5в).

Таким образом, хрупкий и пластично-хрупкий материалы не имеют площадки текучести, а в справочниках отсутствует ха­рактеристика «предел текучести». По этой особенности их можно узнать.

Пластично-хрупкие материалы значительно деформируются, этого нельзя допустить в работающей конструкции. Поэтому их де­формацию обычно ограничивают. Максимально возможная относи­тельная деформация ε = 0,2 %. По величине максимально возможной деформации определяется соответствующее нормальное напряжение σ0,2 , которое принимают за предельное.

Примеры решения задач

Прямой брус растянут силой 150 кН (рис. 22.6), материал — сталь σ_т = 570 МПа, σ_в = 720 МПа, запас прочности [s] = 1,5. Определить размеры поперечного сечения бруса.

Решение

3. Допускаемое напряжение для мате­риала рассчитывается из заданных механических характеристик. Наличие предела текучести означает, что материал — пластичный.

4. Определяем величину потребной площади поперечного сече­ния бруса и подбираем размеры для двух случаев.

Сечение — круг, определяем диаметр.

Полученную величину округляем в большую сторону d = 25мм, А = 4,91 см².

Сечение — равнополочный уголок № 5 по ГОСТ 8509-86.

Ближайшая площадь поперечного сечения уголка — А = 4,29 см² ( d = 5мм ). 4,91 > 4,29 (Приложение 1).

Контрольные вопросы и задания

1. Какое явление называют текучестью?

2. Что такое «шейка», в какой точке диаграммы растяжения она
образуется?

Тема 2.2. Механические испытания 195

3. Почему полученные при испытаниях механические характе­ристики носят условный характер?

4. Перечислите характеристики прочности.

5. Перечислите характеристики пластичности.

6. В чем разница между диаграммой растяжения, вычерченной автоматически, и приведенной диаграммой растяжения?

7. Какая из механических характеристик выбирается в качестве предельного напряжения для пластичных и хрупких материалов?

8. В чем различие между предельным и допускаемым напряже­ниями?

9. Запишите условие прочности при растяжении и сжатии. От­личаются ли условия прочности при расчете на растяжение и рас­чете на сжатие?

10. Ответьте на вопросы тестового задания.

Тема 2.2. Механические испытания,