title-icon
Яндекс.Метрика

Сжатие (растяжение)

При сжатии (растяжении) образцы материала испытываются на испытательных машинах-прессах. Чтобы избежать влияния торцевых ограничений или захватов пресса на результаты опытов, деформацию замеряют в середине образца, на некоторой базе l0 (рис. 4). Отношение малой абсолютной деформации Аl0 к начальной длине базы l0 называется мерой или относительной деформацией:

а отношение внешней нагрузки P к площади поперечного сечения образца F — нормальным напряжением:

Если деформации конечны, т. е. соизмеримы с единицей, то для определения их меры рассматривается отношение малого приращения Al к текущей длине элемента (базы) l (см. рис. 4), а полная деформация е* будет определяться как сумма деформаций отдельных элементов:

где l0 — начальная, lf — конечная длина базы.
Понятие о логарифмическом удлинении е* материалов введено в науку В. Рентгеном и впервые применено Г. Генки в 1926 г. и поэтому называется мерой Генки.
В зависимости от скорости приложения нагрузки и температуры твердые тела подвергаются пластичному или хрупкому деформированию и разрушению, находятся в пластичном или хрупком состояниях, имеют пластичное или хрупкое поведение. Чем выше скорость нагружения (деформирования) и ниже температура, тем выше склонность материала к хрупкому поведению — к хрупкому разрушению. В первом случае тела разрушаются при больших пластических деформациях, а во втором — при малых деформациях вообще, при малых остаточных (пластических) деформациях в частности. Исходя из поведения (деформирования) материалов в условиях нормальной температуры и стандартного испытания, их условно называют также пластичными и хрупкими.
В образце пластично-деформируемого при растяжении материала перед разрывом образуется шейка, т.е. появляется резкое сужение поперечного сечения, а при сжатии — бочкообразная форма. Образование шейки и вследствие этого увеличение напряжения при постоянной нагрузке считается основной причиной проявления третьей стадии ползучести металлов (см. рис. 2), протекающей с возрастающей скоростью.
Из диаграммы растяжения 1 (рис. 5) для условных напряжений, отнесенных к первоначальной площади поперечного сечения образца F, видно, что при малых нагрузках относительная деформация е пластически-деформируемого тела прямо пропорциональна напряжению ст. При больших нагрузках связь между напряжениями и деформациями становится нелинейной. Из того же рисунка видно, что когда напряжение o достигает величины oурl, материал начинает течь, т. е. деформироваться без увеличения нагрузки. Течение материала на диаграмме растяжения изображается отрезком кривой, параллельной оси абсцисс.

Последующее увеличение нагрузки приводит к некоторому увеличению сопротивляемости материала. Предельное значение сопротивляемости материала растяжению (сжатию) принято называть временным сопротивлением ous. Напряжение, соответствующее оpr, называется пределом пропорциональности, oyp — пределом текучести, oe — пределом упругости материала. Предел упругости практически равен пределу пропорциональности.
При учете уменьшения поперечного сечения образца в процессе деформирования вместо кривой 1 (см. рис. 5) будем иметь диаграмму истинных напряжений 2 с максимальной ординатой, равной сопротивляемости разрушению ok. Следует отметить, что на указанной диаграмме обнаруживается также «зуб текучести», поэтому вводятся понятия верхнего oyph и нижнего oypl пределов текучести. Это явление М. Рейнер объясняет внутренними реологическими свойствами материала, в частности: переходом от силы, равной статическому трению (трению покоя), к силе трения движения, необходимой для обеспечения равномерного растяжения.
В пределах упругости диаграмма растяжения (см. рис. 5) при нагружении и разгрузке изображается одной и той же прямой OA. При нагружении образца выше предела упругости деформация не является полностью обратимой. В этом случае разгрузка изображается прямой ВС, параллельной OA, а полная деформация ОС' представляется суммой упругой CC' и остаточной (пластической) ОС деформаций.
Диаграмма растяжения хрупко-деформируемого материала выражается кривой 4 (см. рис. 5). Здесь нет площадки текучести, шейка не образуется. Связь между напряжениями и деформациями практически линейная, диаграммы растяжения и сжатия различны.
При решении прикладных задач диаграммы е—o реального твердого тела обычно упрощают и представляют диаграммами идеального упругопластичного 5, упругопластичного тела с линейным 6 или нелинейным 7 упрочнением (см. рис. 5) или единой кривой е = e(о).
В пределах пропорциональности OA (см. рис. 5) зависимость е—o выражается законом Гука:

где E — модуль упругости (Юнга), который имеет размерность напряжения (КПа, МПа).
Растяжение и сжатие образца из реального материала сопровождается изменением его поперечных размеров — поперечной деформацией. Если абсолютная поперечная деформация образца равна Ab, а относительная поперечная деформация е1 = Аb/b (b — поперечный размер образца), то

принято называть коэффициентом поперечной деформации или Пуассона, который изменяется в пределах от О (для пробки) до 0,5 (для резины). Имея величину u, можно (в пределах пропорциональности) определить относительную объемную деформацию образца по выражению:

где V0 — начальный объем образца; Vf — ею конечный объем.
В пределах 0 < u < 0,5 сжатие приводит к уменьшению, а растяжение — к увеличению объема образца. При u = 0,5 объемная деформация равна нулю.
При деформации образца выполняется работа А, которая аккумулируется в виде потенциальной энергии U. В пределах пропорциональности (см. рис. 5), когда сила возрастает постепенно, а силы инерции практически равны нулю, можно считать, что в каждый момент времени внешние силы равны внутренним, следовательно, равны и проделанные ими работы.
Удельная потенциальная энергия деформаций u, равная потенциальной энергии U в единице объема, определяется из выражения


title-icon Подобные новости