Основные физико-механические свойства материалов и изделий
Многообразие материалов, производимых и используемых в различных областях промышленности, чрезвычайно велико. Как следствие многообразия материалов, имеется очень большое количество физико-механических свойств, характеризующих эти материалы, причем в зависимости от назначения продук-ции необходимо измерять те или иные характеристики.
Виды материалов
Все материалы можно разделить на множество групп по различным признакам. По химическому составу материалы делятся на две большие группы: МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. По количеству компонент, входящих в состав, отличают ОДНОКОМПОНЕНТНЫЕ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Многокомпонентные материалы называют также КОМПОЗИЦИОННЫМИ.
По виду структуры материалы можно условно разделить на ГОМОГЕННЫЕ и ГЕТЕРОГЕННЫЕ. Гомогенные (однородные) материалы – материалы со структурой, внутри которой нет поверхностей раздела, по которым соприкасаются части, отличающиеся друг от друга по составу и свойствам. К гомогенным материалам относятся металлы, а также аморфные материалы (стекло, резина, керамика) и мелкодисперсные (керамика, метало-керамика). В таких материалах если и имеется некоторая неоднородность структуры, то она пренебрежимо мала в сравнении с размерами изделий и длинами волн полей, используемых при испытаниях. Гетерогенные материалы имеют структуру с поверхностями раздела, по которым соприкасаются части, отличающиеся друг от друга по составу и свойствам. К таким материалам относятся горные породы, огнеупоры, композиционные материалы и др.
В зависимости от того, одинаковы ли свойства материала в различных направлениях, различают ИЗОТРОПНЫЕ и АНИЗОТРОПНЫЕ материалы. ИЗОТРОПНЫЕ материалы имеют одинаковые значения различных физико-механических характеристик при их измерении в различных направлениях. Примером таких материалов могут служить большая часть металлов, композиционные материалы, в которых компоненты расположены случайным образом и сравнительно малы с размерами изделия. АНИЗОТРОПИЯ связана с упорядоченным расположением различных компонент, что вызывает различие свойств по разным направлениям. Наиболее часто в технике встречаются следующие виды анизотропных материалов: ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНЫЕ, в которых свойства существенно отличаются в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, и ОРТОТРОПНЫЕ, в которых свойства различны по трем взаимно-перпендикулярным направлениям. К трансвер-сально-изотропным материалам относятся, как правило, листовые материалы, например фанера, древесно-волокнистые плиты, картон и др. Ортотропные материалы обычно состоят из матрицы (связующего на основе, например, синтетических смол) и упрочняющего вещества: ткани (текстолиты), изделия из стеклянных волокон (стеклопластики) и др.
Важнейшими физико-механическими характеристиками, которые суще-ственны для всех перечисленных типов материалов поскольку входят в расчеты прочности и надежности конструкций и сооружений, являются следующие:
- прочностные характеристики – пределы прочности при сжатии σсж, растяжении σр, изгибе σизг, сдвиге σсд; напряжении σн при максимально допусти-мой деформации, критерии усталостной прочности и др.;
- упругие характеристики – модули упругости материала (модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона и др.); скорости распространения продольных и поперечных упругих колебаний и др.
- плотность – абсолютная, кажущаяся, поверхностная.
В зависимости от назначения изделий могут быть существенны многие другие физико-механические свойства, например твердость, пористость, элект-рические, магнитные и тепловые свойства материалов.