Что относится к механическим характеристикам материала

Сопротивление материалов. Шпаргалка для студентов

Настоящее издание поможет систематизировать полученные ранее знания, а также подготовиться к экзамену или зачету и успешно их сдать.

Оглавление

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Сопротивление материалов. Шпаргалка для студентов предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

6. Механические характеристики свойств материала

Для правильного побора материала при расчетах машин и сооружений надо знать механические свойства подбираемых материалов, к которым относятся:

— прочность — способность материала выдерживать воздействие внешних сил без разрушения и возникновения опасных последствий;

— пластичность — способность материала накапливать пластические деформации до разрушения;

— упругость — способность материала восстанавливать свою форму и размеры после удаления нагрузки;

— жесткость — способность тела противостоять упругой деформации и разрушению при воздействии.

Все детали перед введением в эксплуатацию подвергаются механическим испытаниям, что позволяет определить характеристики свойств материалов. Наиболее распространенным испытанием является растяжение. На начальном этапе растяжения абсолютные деформации пропорциональны нагрузке, а относительные деформации пропорциональны напряжению, т. е. справедлив закон Гука. Пределом пропорциональности σ_пц называется максимальное напряжение, при котором выполняется закон Гука. При достижении нагрузкой некоторой величины в образце появляются остаточные деформации. Пределом упругости σ_0,05 называют максимальное напряжение, при котором не возникают остаточные деформации. Принято считать за максимальное то напряжение, при котором в испытуемом образце появляются деформации 0,05 %. Предел пропорциональности, предел упругости, модуль упругости и коэффициент поперечной деформации характеризуют упругие свойства материала. Предел текучести материала σ_m — это наименьшее напряжение, при котором деформация увеличивается без заметного увеличения нагрузки. Если после возникновения текучести продолжать увеличивать действие нагрузки, наступает разрушение. Пределом прочности (временным сопротивлением) σ_в называют напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца. Пределы текучести и прочности характеризуют прочность материала. Также существуют две величины, характеризующие пластичность материала: относительное остаточное удлинение δ (отношение изменения длины к начальной длине образца) и относительное остаточное сужение ψ (отношение изменения сечения к первоначальной площади сечения).

Испытания на сжатие для пластичных тел в начале дают результаты, похожие на растяжение, но при нарастании нагрузки пластичные тела не разрушаются, а сплющиваются. Поэтому целесообразнее таким испытаниям подвергать хрупкие тела с малым относительным остаточным удлинением при разрыве. Как правило, в таких испытаниях определяется предел прочности σ с _в — максимальное напряжение, соответствующее максимальной нагрузке.

Источник

Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют способность материа­лов сопротивляться действию внешних сил. К основным механичес­ким свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

При статических испытаниях на растяжение определяют вели­чины, характеризующие прочность, пластичность и упругость мате­риала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l₀ и диа­метром d₀. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1, а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение σ — это отношение силы Р к площади поперечного сечения F₀, МПа:

Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:

где l₁ — длина растянутого образца.

Деформация может быть упру­гой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остаю­щейся после снятия нагрузки).

При испытаниях стоится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 1 приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения ис­пытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости σ_у — это максимальное напряжение при кото­ром в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести σ_т — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ_0,2— напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %. Предел прочности (или временное сопротивление) σ_в — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержи­вает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва δ — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине l₀, %:

где l_к — длина образца после разрыва.

Рис. 1. Статические испытания на растяжение: а – схема испытания;

б – диаграмма растяжения

Относительным сужением после разрыва ψ называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца, %:

где F_к — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуе­мый образен твердого наконечника различной формы/

Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердо­сти по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действую­щей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавли­вание производится под действием двух нагрузок — предваритель­ной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырех­гранной пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Ударная вязкость определяется работой A, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечною сече­ния F; Дж/м2:

Источник

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ

Механические характеристики материалов изучаются в курсе «Сопротивление материалов». Знание механических характеристик чтобы с наибольшей эффективностью проектировать машины и приборы, т.е. с минимальным весом, максимальной прочностью, максимальными надёжностью и износостойкостью.

К механическим характеристикам прежде всего относят прочность материалов, пластичность, твёрдость и др.

Прочность материалов – это их способность сопротивляться действию внешних сил не разрушаясь. Для каждого из материалов созданы справочные данные, где указывается их прочность. Прочность материалов оценивается на растяжение, на нажатие, на изгиб, на кручение, на ударные нагрузки и т.д. Прочность материала определяется путём испытания соответствующих образцов на нагрузках.

Рассмотрим методику определения прочности материала на растяжение.

Для определения прочности материала на растяжение используют стандартные образцы (см. рис.16).

Если нагрузить образец внешним усилием Р, то в результате действия этих сил на растяжение в образце возникают физические явления описываемые следующими характеристиками.

( ),

где Р – приложенные внешние силы, F – площадь поперечного сечения образца.

В зависимости от вида воздействия на образец, различают:

кр – напряжение возникающее при кручении;

уд – напряжение возникающее при ударе.

В справочниках по сопротивлению материалов в квадратных скобках (например [σвр]) указывают допустимые значения напряжений, а без квадратных скобок указывают максимальные напряжения при которых возникает разрушение материала.

где ε – абсолютная деформация; lо – первоначальная длина образца;

l – длина образца после приложения сил.

В сопротивлении материалов применяют понятие относительной деформации εо, но обычно в приборостроении эту величину обозначают символом δ:

После изготовления образцов, их для определения характеристик помещают в специальную разрывную машину, и затем снимается диаграмма растяжения материала образцов (см. рис.17). По оси ординат — напряжение, по оси абсцисс ε_о – относительная деформация.

На участке ОА имеет место прямо пропорциональная зависимость между напряжениями и деформациями материала образца. Если снять напряжение в точке А, то размеры образца восстанавливаются до начальных, т.е. на отрезке ОА имеет место упругая деформация. Эту закономерность впервые установил Гук, поэтому данный закон называется законом Гука.

Выше точки А возникает пластическая деформация материала. Если в точке В снять действие внешних сил, то размеры первоначального образца изменятся, т.е. имеет место остаточная деформация.

Значение остаточной деформации при котором ε = 0,2% называется напряжением текучести материала σт.

Если будем далее нагружать материал внешними нагрузками до точки D, то материал начинает пластически деформироваться.

Предельное значение нагрузки при которой материал начинает течь и разрушаться определяет предел прочности материала σвр при растяжении.

Таким же методом, которой был рассмотрен выше, проводятся испытания на все остальные виды воздействий.

Пластичность материала – это способность материала деформироваться под действием внешних сил без разрушений и сохранять новую форму после прекращения действия внешних сил.

Пластичность материала определяется при его испытании на растяжение. Основными параметрами являются:

а) ;

б) ,

где So – первоначальная площадь сечения образца; S – площадь сечения шейки после деформации; lo – первоначальная длина образца; l – длина образца после приложения силы.

Твёрдость материала – это способность испытуемого материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого материала.

В приборостроении и машиностроении используются несколько способов определения твёрдости:

2) По Роквеллу – HRC.

Твёрдость по Бринеллю определяется для мягких материалов HB

Источник

iSopromat.ru

Механическими характеристиками материалов называют их упругие свойства, характеризующие способность сопротивляться разрушению (прочность) и деформациям (жёсткость).

Многообразие материалов, используемых при изготовлении элементов конструкций, объясняется тем, что различные материалы имеют неодинаковые свойства, которые используются инженерами для решения тех или иных технологических задач.

В сопромате, исследование механических характеристик необходимо для того чтобы учитывать соответствующие свойства материалов при расчетах на прочность, жесткость и устойчивость.

Например, при расчетах на прочность используются такие характеристики материалов как предел текучести и предел прочности. Они применяются в основном для определения величины допустимых напряжений (расчетного сопротивления) в соответствующих элементах конструкций.

Интервал напряжений, в пределах которого в элементах конструкций имеют место исключительно упругие деформации, ограничивается пределом упругости.

Модули упругости I рода (модуль Юнга) и II рода (модуль сдвига) показывают упругие свойства материалов, и характеризуют их способность сопротивляться продольным и сдвигающим деформациям соответственно.

Коэффициент Пуассона (поперечной деформации) устанавливает зависимость между продольной и поперечной деформациями различных материалов.

Механические характеристики для практически всех материалов определены экспериментально и приведены в соответствующих справочниках.

Основным экспериментом по определению характеристик материалов является испытание на растяжение.

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Что относится к механическим характеристикам материала

1. Механические характеристики

Надёжность работы электрических машин, аппаратов и установок зависит от качества и правильного выбора соответствующих электротехнических материалов. При рациональном выборе электротехнических материалов можно создать электрооборудование малых габаритов и массы, надёжное в эксплуатации. Но для этого необходимо знать свойства электротехнических материалов и их изменения под воздействием электрического напряжения, температуры и других факторов.

Величины, с помощью которых оценивают те или иные свойства материалов, называют характеристиками. Чтобы полностью оценить свойства того или иного электротехнического материала, необходимо знать его механические, электрические, тепловые и физико-химические характеристики. У магнитных материалов – магнитные.

К основным механическим характеристикам материала относятся:

Разрушающее напряжение при растяжении δ_р определяют на образцах материала определенной формы, при которой обеспечивается равномерное распределение растягивающего усилия по площади сечения в средней части образца. Образец 2 утолщёнными концами закрепляют в стальных зажимах (захватах) 1 испытательной машины (рис). Нижний зажим машины неподвижен, а к другому прикладывают разрушающее (растягивающее) усилие Р_р, которое плавно нарастает с определённой скоростью до момента разрыва образца.

Рассчитывается по формуле: δ_{р =} (Мпа)

Разрушающее напряжение при сжатии δ_с, определяется на образцах, имеющих форму цилиндра или куба. Так, у формованных и прессованных пластмасс эта характеристика определяется на образцах, представляющих собой сплошные цилиндры высотой 15 мм и диаметром 10 мм.

Образец располагают между стальными плитами испытательного пресса, к которым прикладывают сжимающую нагрузку. Последнюю повышают с определенной скоростью до момента разрушения образца.

Рассчитывается по формуле: δ_{c =} (Мпа)

Разрушающее напряжение при статическом изгибе δ_и определяется на образцах, представляющих собой бруски прямоугольного сечения. Образец 2 материала (рис) помещают в испытательную машину, где он своими концами свободно опирается на две стальные опоры 3. Изгибающее усилие Р_и прикладываемое к середине образца 2 через стальной наконечник 1, плавно увеличивают и доводят до величины, при которой происходит разрушение образца.

Рассчитывается по формуле: δ_и = 1,5 Р и L / (b h) 2 (Мпа)

где Р_{и –} изгибающее усилие, Н; L – расстояние между стальными опорами в испытательной машине, м; b и h – ширина и толщина образца м.

α = ∆ А/ S_о (Дж/м 2 )

Чем меньше ударная вязкость, тем более хрупок данный материал.

Источник