Вопрос 84. Твердость

При проникновении одного тела в другое тело, последнее оказывает первому определенное сопротивление. Это сопротивление называется твердостью. В сопротивлении материалов твердость является очень важным понятием. Опыт показывает, что по твердости можно судить о его прочности, с другой стороны, для измерения твердости нужны более простые приборы, чем для испытания на растяжение. Измерение твердости можно провести на любом куске материала или готовом изделии.

Рис.5

Для технического испытания на твердость в исследуемый материал вдавливается какое-нибудь очень твердое тело определенной формы, а затем измеряются размеры полученного отпечатка. Чаще всего применяется измерение твердости по способу Бринеля: в исследуемое тело (рис.5) вдавливается под нагрузкой кН в течение 30 секунд стальной шарик диаметром мм (5; 2,5), а затем измеряется диаметр получившегося углубления. Отношение нагрузки к площади круга, выдавленного шариком на поверхности материала, т.е. величина: Называется твердостью по Бринелю.

В таблице приведены значения твердости по Бринелю для некоторых материалов.

Опытным путем установлено, что между твердостью и прочностью материала существует простая связь. Например, для углеродистых сталей предел прочности равен:

А для хромо - никелевых сталей:

Вопрос 85. Переменная нагрузка

До сих пор мы предполагали, что нагрузка является постоянной или медленно возрастает с течением времени. Такие нагрузки называются статическими. В действительных условиях возникают переменные нагрузки, которые быстро изменяются по величине и направлению.

Из большого количества наблюдений, полученных в этой области, выделим основные результаты.

1. Упругое последействие, ползучесть. При любом испытании на нагрузку обнаруживается, что деформации принимают окончательные значения не мгновенно, а только по прошествии некоторого промежутка времени. Такое запаздывание деформации по сравнению с нагрузкой называется упругим последействием. Свойство материала, приводящее к тому, что деформация при нагрузке или после разгрузки достигает окончательного значения только спустя некоторое время, называется ползучестью материала.

2. Повышение предела упругости и предела текучести; эффект Баушингера. Если нагрузить стержень выше предела упругости, затем разгрузить его и вновь нагрузить, то предварительное нагружение приведет к повышению предела упругости. Новая нагрузка в противоположном направлении (сжатии) наоборот снижает предел упругости. Аналогичные явления наблюдаются и для предела текучести. Совокупность всех этих явлений, тесно связанных друг с другом, называется эффектом Баушингера.

3. Упругий гистерезис. Рассмотрим стержень, нагруженный до напряжения σ_max, и разгрузим его до нуля. Кривая σ – ε при разгрузке не совпадет с кривой при нагрузке рис.6. Новая кривая оказывается сдвинутой в сторону больших значений деформаций. Если после разгрузки стержень вновь нагрузить получится новая кривая, сдвинутая в направлении увеличения деформаций. Это явление называется упругим гистерезисом.

Рис.6

Это явление более заметно при знакопеременных нагрузках. В этом случае кривая σ – ε описывает петлю, называемую петлей гистерезиса рис.7 площадь этой кривой численно равна работе затрачиваемой на преодоление межмолекулярного трения и преобразуется в тепло. Эта работа тем больше, чем дальше проникает точка возврата в область остаточных деформаций, т.е. чем больше превышает предел текучести.

Рис.7

4. Усталость. Разрушение от усталости.

Напряжение, приводящее к разрушению при статической нагрузке, называется статическим пределом прочности σ_пр, а само разрушение статическим разрушением.

Разрушение, вызванное повторяющейся нагрузкой, называется разрушением от усталости. Усталость рассматривается как результат расшатывания материала в зоне приложения переменной нагрузки. Под переменной нагрузкой понимается такая нагрузка, которая колеблется между двумя постоянными значениями в определенном ритме. При этом напряжение в материале меняет свою величину от наибольшего до наименьшего значения. Такая смена напряжений называется циклом напряжений.

Наибольшее напряжение цикла называется верхним предельным напряжением или , наименьшее или – нижним предельным напряжением. Полу сумма верхнего и нижнего напряжений называется средним напряжением цикла или , а полу разность амплитудой цикла или .

Цикл, в котором верхнее и нижнее предельные отклонения равны по абсолютной величине, но обратны по знаку, называется симметричным. Среднее напряжение симметричного цикла равно нулю. Цикл, в котором верхнее и нижнее предельные напряжения по абсолютной величине не равны называется ассиметричным.

Результат испытания на усталость изображается кривой Вёлера рис.4. С увеличением числа циклов кривая асимптотически приближается к прямой параллельной оси абсцисс и соответствующей некоторой предельной амплитуде . Это показывает, что материал при амплитудах меньших предельной может выдержать любое число циклов. При симметричном цикле амплитуда равна нулю и в этом случае говорят о пределе выносливости при симметричном цикле σ₀ τ₀

Рис.4 Кривая Велера

Диаграммы выносливости строятся на основе эксперимента для каждого вида нагрузки (сжатие, изгиб, кручение)

Для углеродистых и легированных сталей отношение предела выносливости при симметричном цикле к статическому пределу прочности колеблется в зависимости от формы деталей в пределах от 0,35 до 0,7.

?Вопрос 86.Усталость. Разрушение от усталости?

?Вопрос 87. Повышение предела упругости и предела текучести.Упругое последствие,ползучесть?