Діаграми напруг
Щоб отримати діаграму, що характеризує механічні властивості матеріалу, первинну діаграму розтягування у координатах Р – ∆ℓ перебудовують у координатах σ – ε. Оскільки ординати σ = Р/F та абсциси ε = ∆ℓ/ℓ отримують розподілом на постійні, діаграма має такий самий вигляд, як і первісна (рис. 2.18,а).
З діаграми σ – ε видно, що
тобто. модуль нормальної пружності дорівнює тангенсу кута нахилу прямолінійної ділянки діаграми до осі абсцис.
За діаграмою напруг зручно визначати так звану умовну межу плинності. Справа в тому, що більшість конструкційних матеріалів не мають майданчика плинності – пряма лінія плавно переходить у криву. У цьому випадку за величину межі плинності (умовної) приймається напруга, при якій відносне залишкове подовження дорівнює 0,2%. На рис. 2.18 б показано, як визначається величина умовної межі плинності σ0,2. Межа плинності σт, яка визначається за наявності майданчика плинності, часто називаютьфізичною.
Східна ділянка діаграми носить умовний характер, оскільки дійсна площа поперечного перерізу зразка після утворення шийки значно менша від початкової площі, за якою визначаються координати діаграми. Можна отримати справжню напругу, якщо величину сили в кожний момент часу Pt ділити на дійсну площу поперечного перерізу в цей момент часу Ft:
На рис. 2.18,а, ця напруга відповідає штрихова лінія. До межі міцності S та σ практично збігаються. У момент розриву справжнє напруження значно перевищує і межа міцності σпч і тим більше напруга в момент розриву σр. Виразимо площу шийки F1 через ψ і знайдемо Sр.
Для пластичноїсталі ψ = 50 - 65%. Якщо прийняти = 50% = 0,5, то отримаємо Sр = 2σр, тобто. справжнє напруження найбільше в момент розриву, що цілком логічно.
2.6.2. Випробування на стиск різних матеріалів
Випробування на стиск дає менше інформації про властивості матеріалу, ніж випробування на розтягування. Тим не менш, воно зовсім необхідне для характеристики механічних властивостей матеріалу. Здійснюється на зразках у вигляді циліндрів, висота яких не більше ніж 1,5 діаметра, або на зразках у вигляді кубиків.
Розглянемо діаграми стиснення сталі та чавуну. Для наочності зобразимо їх у одному малюнку з діаграмами розтягування цих матеріалів (рис.2.19). У першій чверті – діаграми розтягування, а у третій – стискування.
На початку завантаження діаграма стиснення сталі – похила пряма з таким самим нахилом, як і при розтягуванні. Потім діаграма перетворюється на ділянку плинності (майданчик плинності виражена негаразд чітко, як із розтягненні). Далі крива злегка згинається і обривається, т.к. сталевий зразок не руйнується, лише сплющивается. Модуль пружності стали Е при стисканні та розтягуванні однаковий. Також однакові і межа плинності σт + = σт -. Межу міцності при стисканні отримати неможливо, як і неможливо отримати характеристики пластичності.
Діаграми розтягування і стиснення чавуну формою схожі: викривляються від початку і після досягнення максимального навантаження обриваються. Однак на стиснення чавун працює краще, ніж на розтягування (σпч - = 5σпч +). Межа міцності σпч - це єдина механічна характеристика чавуну, що отримується при випробуванні на стиск.
Тертя, що виникає під час випробування між плитами машини та торцями зразка, істотно впливає на результати випробування і на характер руйнування. Циліндричнийсталевий зразок набуває бочкоподібної форми (рис. 2.20,а), в чавунному кубику виникають тріщини під кутом 45 0 до напрямку навантаження. Якщо виключити вплив тертя, змастивши торці зразка парафіном, тріщини виникнуть у напрямку навантаження і найбільша сила буде меншою (рис.2.20, б і в). Більшість тендітних матеріалів (бетон, камінь) руйнується при стисканні так само, як чавун, і має аналогічну діаграму стиснення.
Цікавим є випробування деревини – анізотропного, тобто. що володіє різною міцністю в залежності від напрямку сили по відношенню до напрямку волокон, матеріалу. Анізотропними є і дедалі ширше застосовувані склопластики. При стисканні вздовж волокон деревина значно міцніша, ніж при стисканні поперек волокон (криві 1 і 2 на рис.2.21). Крива 1 схожа на криві стискування крихких матеріалів. Руйнування відбувається внаслідок зсуву однієї частини кубика щодо іншої (рис.2.20, г). При стиску поперек волокон деревина не руйнується, а пресується (рис. 2.20, д).
При випробуванні на розтяг сталевого зразка ми виявили зміну механічних властивостей в результаті витяжки до появи помітних залишкових деформацій - наклеп. Подивимося, як поводиться зразок після наклепу при випробуванні на стиск. На рис.2.19 діаграма показано пунктиром. Стиснення йде по кривій NC2L2, яка розташовується вище за діаграму стиснення зразка, що не піддавався наклепу OC1L1, і майже паралельно останньої. Після наклепу розтягуванням межі пропорційності та плинності при стисканні зменшуються. Це називається ефектом Баушингера на ім'я вченого, вперше його описавшего.