4. Контрольные вопросы

4.1. Какова цель работы?

4.2. Как в испытуемом образце выбирается местоположение расчетной длины ?

4.3. В каких координатах получают диаграмму растяжения в результате испытаний образца?

4.4. С какой целью и в каких координатах строят диаграмму деформирования материала?

4.5. Сформулируйте закон Гука, запишите его в виде формулы и поясните смысл входящих в нее величин.

4.6. Как можно определить численное значение модуля продольной упругости и какова его размерность?

4.7. Дайте определение пределов пропорциональности, упругости, текучести, прочности.

4.8. Что называется условным пределом текучести?

4.9. Каковы характеристики пластичности материала и как они определяются?

4.10. Какими факторами определяются механические характеристики конструкционных материалов?

4.11. Поясните смысл эффекта Баушингера.

5. Рекомендуемая литература

5.1. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов: Учебное пособие.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-560 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Тема работы: Испытание конструкционных материалов на сжатие.

Цель работы:

- произвести наблюдения за поведением и характером разрушения конструкционных материалов при действии сжимающих нагрузок;

- сравнить характер разрушений конструкционных материалов при испытаниях на растяжение и сжатие;

- определить пределы текучести или прочности различных материалов при сжатии.

1. Необходимые теоретические сведения

Экспериментальное изучение свойств материалов при сжатии проводится на коротких образцах с тем, чтобы исключить возможность их искривления под нагрузкой.

Характерный вид диаграммы сжатия для пластичного материала (например, низкоуглеродистой стали) представлен на рисунке 1а. Диаграмма имеет прямолинейный участок ОА, на котором выполняется закон Гука:

,

где - нормальное напряжение (Па), - модуль продольной упругости при сжатии (Па), - относительная продольная деформация. Далее следуют: криволинейный участок АВ и небольшой гори­зонтальный участок ВС (площадка текучести). При последующем увеличении на­грузки диаграмма поднимается круто вверх. В это время испытываемый образец принимает бочкообразную форму (рисунок 2а), его размеры могут заметно изме­няться без появления трещин.

а) б) в)

Рисунок 1 – Характерные диаграммы сжатия различных материалов: а) низкоуглеродистая сталь; б) серый чугун; в) дерево

Экспериментальные исследования показывают, что величины модуля продольной упруго­сти Е, предела пропорциональности и предела текучести при сжатии пластичных материалов примерно равны соответствующим величинам при их растяжении. Для ряда пластичных материалов обнаружить напряжение, аналогичное временному сопротивлению при растяжении, не удается, вследствие спющивания образцов.

а) б) в) г)

Рисунок 2 – Характерные виды разрушений образцов из различных материалов при сжатии: а) низкоуглеродистая сталь; б) серый чугун; в) бетон; г) дерево, нагруженное поперек волокон

Хрупкие материалы проявляют значительно лучшую способность сопротивляться деформациям сжатия, чем деформациям растяжения; для них разрушающее напряжение при сжатии превышает предел прочности при растяжении в несколько раз.

При сжатии хрупких материалов, например чугуна, с самого начала испыта­ний наблюдается нелинейная зависимость между силой и деформацией (рисунок 1б). При некоторой критической нагрузке происходит внезапное разрушение образца. В чугунном образце по всему объему появляются мелкие трещины, а в центральной части образуется большая наклонная трещина (рисунок 2б). Бетонный образец при критической нагрузке может раскалываться на несколько частей (рисунок 2в).

По диаграмме для хрупких образцов определяют предел прочности . В практических расчетах действительную криволинейную диаграмму ОВ (рисунок 1б) обычно заменяют условной прямолинейной диаграммой ОА.

Диаграммы сжатия и механические характеристики некоторых материалов зависят от направления воздействия внешних усилий. Такие материалы называют анизотропными. На рисунке 1в показаны две диаграммы для дерева: I – при сжатии образца вдоль волокон; II – при сжатии образца поперек волокон. Модуль продольной упругости Е и предел прочности у различных пород дерева при сжатии вдоль волокон примерно в 5-10 раз больше, чем при сжатии поперек волокон. Деревянные образцы при критической нагрузке, в зависимости от породы дерева, могут либо сминаться, подобно пластичным материалам, либо раскалываться, подобно хрупким материалам.