- •Занятие по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»
- •1. Диаграмма растяжения. Упругость и прочность материала
- •2. Расчет на прочность при растяжении и сжатии
- •3. Пластичность и ее количественные характеристики
- •4. Хрупкость материала. Диаграмма растяжения хрупкого материала
- •5. Влияние фактора времени на механическое поведение материала
- •6. Понятие об усталостной прочности материала
- •7. Твердость. Методы определения твердости
- •5. Ударная вязкость
5. Влияние фактора времени на механическое поведение материала
Твёрдые тела обнаруживают достаточно сложную зависимость деформации от времени. После начала действия силы и появления напряжения деформация в образце в полной мере устанавливается не сразу, а после прекращения действия этих факторов она пропадает тоже не целиком: часть ее сохраняется и медленно спадает со временем. Схематически зависимость упругой деформации от времени представлена на рисунке 5.
Е
Рис. 5 Зависимость упругой деформации от времени
Если в момент времени t0 в твердом теле возникает определенное напряжение σ, которое сохраняется до времени t1, то в теле быстро устанавливается начальная упругая деформация АВ, которая затем продолжает медленно возрастать по кривой ВС'С (явление ползучести).
Ползучесть – непрерывное увеличение деформации под действием постоянного напряжения.
Когда в момент времени t1 напряжение σ становится равным нулю, то деформация вначале спадает быстро на величину СD, равную АВ, а затем постепенно уменьшается по кривой DЕЕ' (см. рис. 5). Таким образом, после прекращения действия напряжения сохраняется остаточная деформация А'D, спадающая лишь постепенно: тело медленно восстанавливает свою форму. Это явление называется упругим последействием. Оно характеризуется рековери: R = h1 – h2, где h1 – величина образца на 30-й секунде после приложения нагрузки, h2 – величина образца через 2 часа после снятия нагрузки.
6. Понятие об усталостной прочности материала
Усталость материала – явление разрушения материала при действии переменных напряжений меньших, чем предел прочности (max < пр).
Выносливость или усталостная прочность – способность материалов выдерживать, не разрушаясь, большое число циклов изменяющихся во времени напряжений (сопротивляться усталости).
В процессе любого усталостного испытания на образец действуют циклические напряжения, непрерывно изменяющиеся по величине и часто – по знаку. Цикл напряжений – это совокупность их переменных значений за один период измерения.
Типичный пример используемых циклов напряжения приведен на рис. 6
Рис. 6 Циклы напряжения при усталостных испытаниях
Предел усталости (выносливости) σуст – максимальное напряжение цикла, при котором образец выдерживает, не разрушаясь, неограниченное число циклов. График, показывающий зависимость максимального напряжения σmax, при котором происходит разрушение образца, от числа циклов (N), называется кривой выносливости или кривой усталости (рис. 7).
Рис. 7 Кривая выносливости (усталости) образца
Между пределами выносливости σуст и прочности σпр металлов существует приближённая зависимость:
σуст ≈ 0,43 σпр при изгибе;
σуст ≈ 0,36 σпр при растяжении-сжатии.
Условие прочности: наибольшие действующие напряжения должны быть меньше предела усталости, т.е. σmax <, где куст – коэффициент запаса при циклических испытаниях.
Предел усталости зависит от типа деформаций (изгиб, кручение, сложная деформация и т.д.) и соотношения крайних значений меняющегося напряжения. Например, предел усталости стальных протезов при переменных деформациях растяжения и сжатия на 30% ниже, чем при деформациях изгиба, при кручении – примерно вдвое ниже, чем при изгибе. Предел усталости золотых протезов и протезов из цветных металлов в 2-4 раза меньше предела прочности.