Механічні характеристикипластичності та твердості матеріалів
За діаграмами випробувань металевих зразків на розтягування визначаються такі характеристикипластичності матеріалу, як
а) відносне подовження;
б) відносне поперечне звуження.
Відносне подовженнярозраховується за формулою:
де - Початкова (розрахункова) довжина зразка;
- Довжина зразка після руйнування (розриву).
Таким чином, відносне подовження як механічна характеристика пластичності матеріалу є виміряне у відсотках відношення зміни довжини зразка після руйнування до його початкової довжини.
Щодо поперечного звуженнявизначається залежністю;
де - Початкова площа поперечного перерізу зразка;
- Площа поперечного перерізу шийки зразка після руйнування.
Отже, відносне поперечне звуження характеризується зміною у відсотках відношення площі перерізу зразка після руйнування його початкової площі до проведення випробувань.
Що значення величин і ψ, тим пластичніше матеріал, тобто. може краще приймати пластичну деформацію. Такі матеріали переважно використовувати на практиці, вони краще сприймають ударну дію навантажень та низькі температури.
До механічних характеристик пластичності відноситься також кут загину сталевого зразка. Це механічна характеристика визначає такий допустимий кут загину зразка, при якому не повинно бути тріщин у розтягнутій зоні зразка (рис.7.6).
Рисунок 7.6 – Випробування на кут загину зразка
Ще однією характеристикою пластичності матеріалу єударна в'язкість, яка розраховується за формулою:
де – робота на руйнування зразка у місці надрізу; – площа перерізузразка в ослабленому надрізі (рисунок 7.7).
Рисунок 7.7 – Види зразків визначення ударної в'язкості матеріалу
Випробування зразків стандартних розмірів виробляють на спеціальному устаткуванні (маятниковий копр) шляхом їх ударного руйнування та визначення роботи на руйнування зразківА.
Ударна в'язкість характеризує так само зварюваність сталі.
Рисунок 7.8 – Випробування твердості матеріалу за Брінелем
Частина 2. ВИГИБ, СТІЙКІСТЬ БАЛОК І ДОДАТКОВІ ПИТАННЯ ОПИТУ МАТЕРІАЛІВ
- міцність при динамічних навантаженнях
- короткі відомості про повзучість та релаксацію
- основні поняття про пластичне деформування балок
Вигинання балок
Загальні положення про вигин. Опори та опорні реакції
Одним із найпоширеніших елементом суднобудівних, машинобудівних та інших конструкцій є балки. Нагадаємо, щобалкоюназивається стрижень з прямолінійною віссю, що працює в основному на вигин.Вигиномназивають такий вид деформації балки, яка викривляється (вигинається) під дією зовнішніх навантажень (зосереджених і розподілених сил, зовнішніх активних моментів).Восьюбалки називається геометричне місце центрів тяжкості перерізів до її навантаження (рис. 8.1,а). А при дії зовнішніх навантажень вісь балки викривляється і перетворюється на пружнулінію балки.
Малюнок 8.1 – Вісь та пружна лінія балки
Деформація балки характеризується двома величинами: 1)прогином (переміщенням)точкиАбалки перпендикулярно до її осі; 2)кутом поворотупоперечного перерізувнаслідок вигину балки по відношенню до її початкового положення (рис. 8.2). Розрахункова схема балки, що працює на вигин, показується лініями: прямий – до деформації; кривою (пунктиром) – після деформації. Зауважимо, що при малих деформаціях балок перекриттів ( ) кути повороту перерізів приблизно дорівнюють кутам нахилу до горизонтальної лінії (осі) дотичної пружної лінії (див. рис. 8.2).
Малюнок 8.2 – Розрахункова схема балки при згинанні та її деформації
У розрахунках вигину балок початок системи координат зазвичай приймається на лівому кінці балки (т.О), поздовжня вісьхмає позитивний напрямок праворуч від початку координат, а позитивний напрямок вертикальної осіу– нагору (див. рис. 8.2).
У опорі матеріалів розглядаються, в основному, балки з постійним перетином по її довжині і називаються призматичними. Балки з одним опорним закріпленням (затисканням, закладенням) називаютьсяконсольними, а з двома опорами по кінцях (див. рис. 8.2) -однопрогоновими.
Особливістю балок у складі конструкцій є наявність опор (опорних закріплень) по кінцях Балки служать передачі діючих навантажень на опори, які підтримують.
У опорі матеріалів розглядаються такі найпростішітипи опор, схематичне зображення яких показано малюнку 8.3:
1) шарнірно-нерухома опора;
2) шарнірно-рухлива опора;
3) нерухоме жорстке закладення (затискання);
4) рухоме жорстке закладення.
Шарнірно-нерухомаопора (рис.8.3,а) виключає вертикальне та горизонтальне переміщення опорного перерізу( ), але дозволяє тільки поворот у шарнірі навколо неї на кут . У загальному випадку на цій опорі виникають вертикальна та горизонтальнареакціїRуіRх.
Рисунок 8.3 – Типи опор балок
Шарнірно-рухливаопора (рис. 8.3,б) перешкоджає вертикальному зміщенню балки в опорному перерізі, але мають місце горизонтальне зміщення опори і кут повороту опорного перерізу . На цій опорі виникає лише вертикальна реакціяR=Rу, а горизонтальна реакція відсутня (Rх= 0).
Нерухлива жорстка загортання(затискання рис. 8.3,в) накладає на балку умови відсутності не тільки горизонтального та вертикального зміщення ( ), а й повороту опорного перерізу ( ). У опорі у випадку виникають вертикальна і горизонтальна реакціїRу ,Rхі реактивний моментМ3.
Рухоме жорстке закладення(рис. 8.3,г) дозволяє переміщення опорного перерізу тільки в горизонтальному напрямкуuза відсутності вертикального переміщення та кута повороту перерізу на опорі ( ). У ній виникають лише вертикальна реакціяRута реактивний моментМ3.
На закінчення загальних положень підрозділу відзначимо види вигину при дії на балку зовнішніх навантажень, що лежать в одній з головних площин інерції поперечного перерізу. Так, при розташуванні силових факторів у координатній площиніхОурозглядають такі види вигину:
а)чистий вигин, який виробляється двома зовнішніми (активними) моментами, спрямованих у протилежні сторони (рис. 8.4,а);
б)плоский поперечний изгиб, як у прольоті балки то, можливо навантаження, не перпендикулярна до її осі (рис.8.4,б);
в)прямий поперечний вигин(названий найчастіше як поперечний вигин) при дії перпендикулярних до осі балок навантажень (рис. 8.4,в).