Характеристика напруженого і деформованого стану.

Напругою називають відношення навантаження, що прикладене до зразка, до площі його перетину. Отже, напруга є питомою величиною, що характеризує навантаження:

σ = Р / F [кгс/мм² ; Н / м²; Па ] (2)

де: σ - нормальна напруга;

Р - зовнішнє навантаження;

F - площа поперечного перерізу зразка.

У випадку осьового розтягання циліндричного стрижня [5] , в умовах статичної рівноваги, зовнішнє навантаження буде визначатися по формулі:

Р = ∫σd F (3)

При рівномірному розподілі напруг по перетину:

Р = σ ∫d F = σ F (4)

У більш загальному випадку , коли перетин стрижня не перпендикулярно його осі , а нормаль до нього становить із віссю довільний кут α , загальна напруга , що діє на цей перетин , можна розкласти на дві ортогональні складові (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Розкладення діючої сили на нормальну та тангенціальну складові

Нормальна напруга, що діє перпендикулярно перетину:

σ = (Р/ F ) ∙ cos ² α (5)

Дотичне напруження, що діє в площині перетину:

τ = ( Р/ F ) cos α ∙sin α (6)

Дотичні напруження сприяють розвитку пластичної деформації, а нормальні - розриву міжатомних зв'язків і руйнуванню.

Максимальні нормальні напруги діють коли α = 0° і є мінімальними при α=90°, а максимальні тангенціальні напруги діють при α =45°. Таким чином τ _max_.= ½ σ _max_.Це дозволяє зробити висновок, що до початку руйнування в металах завжди проходить пластична деформація.

В одиницях напруг виражають найважливіші механічні властивості - опір руйнуванню, пластичному плину, вдавлюванню, утомі, повзучості й ін. Вони є технічними характеристиками й можуть бути використані для розрахунку різноманітних конкретних виробів.

Найбільше часто в розрахунках використовують наступні характеристики міцності:

- границя текучості (фізична), відповідає напрузі , що визначається мінімальним навантаженням на площадці плинності на діаграмах деформації й відповідному початку розвитку масової пластичної деформації в металі:

σ_т= Р_т/ F₀(МПа); (7)

- у тих випадках, коли площадка плинності не діаграмі деформації відсутня, говорять про умовну границю текучості , що відповідає навантаженню, яке викликає залишкову деформацію зразка на 0,2% :

σ _0,2= Р_0,2/ F₀(МПа) ; (8)

- межа міцності ( тимчасовий опір), відповідає максимальним навантаженням, які може витримати зразок до початку руйнування:

σ_в= Р_mах./ F ₀(МПа) (9)

Для сталі й інших конструкційних матеріалів основним видом випробувань для визначення характеристик міцності та пластичності механічних властивостей є розтягання. Розміри й форма застосовуваних зразків при проведенні механічних випробувань на розтягання стандартизовані (ГОСТ 1497 –78). Звичайно це гладкі зразки циліндричної форми зі стовщеннями на кінцях. Якщо відсутня можливість виготовити стандартний зразок, то випробування проводять на натурних зразках. Для розрахунків при випробовуваннях використовують діаграми деформації (Рис. 3.2). Для того, щоб наблизити результати випробувань до реальних умов експлуатації матеріалу в конструкції й одержати цифри, що характеризують конструктивну міцність, досить широко стали застосовують випробування на розтягання з концентраторами напруг на зразку ( надрізами). Міцність у цьому випадку (σ_в^н ) визначали як руйнівне напруження, віднесене до перетину нетто ( живий перетин у місці надрізу). У випадку недостатньої пластичності матеріалу переходять на інші «м'які» види випробувань - стиск, вигин, крутіння. ,

Для визначення міцності досить часто користуються простим методом, що не руйнує виріб, виміром твердості, що здійснюють різними методами: по Брюнеллю [НВ], по Роквеллу [НR_С(А,В)] , по Віккерсу [НV] і ін. Співвідношення показників міцності і твердості для різних марок сталей наведені в довідковій літературі. Під твердістю мають на увазі опір матеріалу проникненню в нього індентора. При контролі твердості по методу Роквелла в поверхню зразка вдавлюється алмазний конус або металева кулька, по методу Брюнелля - стальна гартована кулька, по методу Віккерса - чотиригранна алмазна пірамідка.

Коефіцієнт пропорційності, що зв'язує напругу й деформацію називають модулем пружності.

Модуль нормальної пружності або модуль Юнга:

Е = σ / δ (10)

Модуль дотичної пружності або модуль Гука:

G = τ / g. ( 11)

Модуль Юнга пропорційний тангенсу кута нахилу лінійної ділянки кривої деформації (Рис 3.2) до осі абсцис і характеризує жорсткість матеріалу. Чим меншу деформацію викликає напруга, тим жорсткіше матеріал.

Порівняння модуля Юнга й модуля Гука для різних металів показало, що Е > G приблизно у два рази, що дало підставу припускати, що пластична деформація в металах відбувається під дією дотичних напружень шляхом зрушення однієї частини кристала щодо іншої. Модулі пружності є величинами структурно нечутливими.

Характеристиками пластичності металів є відносне подовження та відносне звуження. Для визначення деформації розглянемо випадок осьового розтягання циліндричного стрижня. Під дією прикладеного навантаження, що розтягує, стрижень деформується-збільшується в довжині й зменшується в діаметрі. Якщо довжина стрижня від вихідної l₀ зростає до l_n,то умовна відносна деформація стрижня δ і буде визначатися по формулі :

δ = (l_n- l₀) · 100/ l₀; [ %] (12)

де: l_{0 –}початкова довжина зразка, обмірювана до випробувань;

l_n– кінцева довжина образка, обмірювана після розриву.

Таким чином, умовно за величину відносної деформації приймають відношення абсолютної зміни довжини зразку до його вихідного значення.

Важливою характеристикою деформованого стану є відносне звуження:

Ψ = (Sк - Sо) · 100/ Sо [ % ] (13)

де: Sо - початковий перетин зразка до випробувань (приймається мінімальне значення);

Sк - перетин зразка після випробувань, що обмірюється в місці руйнування.

3.2 Вплив деформації на структуру металу.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Безвибіркова кристалізація. Старіння.	\|	Основні механізми пластичної деформації.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.021 сек.