- •Тема 3 осевое растяжение и сжатие
- •3.1. Определение продольной силы
- •3.2. Нормальные напряжения при осевом растяжении и сжатии
- •3.3. Деформации при осевом растяжении и сжатии. Закон Гука
- •3.4. Испытания материалов. Механические характеристики материалов
- •3.5. Диаграмма сжатия. Особенности разрушения при сжатии
- •3.6.Механические характеристики пластмасс
- •3.7. Влияние температуры, радиоактивного облучения и темообработки на механические свойства материалов
- •3.8. Влияние скорости деформации на механические характеристики материалов. Понятие о длительной прочности. Ползучесть, релаксация и старение
- •3.9. Потенциальная энергия деформации при осевом растяжении и сжатии
- •3.10. Полная работа, затраченная на разрыв образца
- •3.11. Допускаемые напряжения. Условия прочности и жесткости при осевом растяжении и сжатии
- •3.12. Статически неопределимые задачи при осевом растяжении и сжатии
- •3.13. Влияние неточностей изготовления на усилия в элементах статически неопределимых конструкций
- •3.14. Температурные напряжения
- •3.15. Одновременный учет различных факторов
- •Осевое растяжение и сжатие”
3.5. Диаграмма сжатия. Особенности разрушения при сжатии
Испытания металлов на сжатие производят на образцах в виде цилиндров, высота которых равна их диаметру (обычно мм). Для других материалов применяют образцы в виде кубиков (стороны кубиков принимают для разных материалов от 50 до 300мм).
На сжатие обычно испытывают хрупкие материалы или материалы, находящиеся в хрупком состоянии. Опыт испытаний показывает, что испытание на сжатие пластичных материалов, например, малоуглеродистой стали Ст.3, как правило, к разрушению не приводит. Образец расплющивается, но разрушить его не удается. Испытания Ст.3 на сжатие показали, что характеристики прочности и пластичности стали оказываются такими же, как и при испытании на растяжение за исключением предела прочности, который при испытании на сжатие для Ст.3 установить не удается. Поэтому предел прочности на сжатие для стали условно принимают таким же, что и на растяжение. Образцы из других пластических материалов (медь, алюминий) при сжатии деформируются так же, как и стальные образцы. Одним из наиболее распространненых конструкционных материалов, применяемых в машиностроении и других отраслях промышленности, является чугун.
Чугун относится к хрупким материалам и обычно его испытывают на сжатие. Диаграмма напряжений при сжатии чугуна представлена на рис. 3.7. Обращает на себя внимание то, что диаграмма не имеет прямолинейного участка в отличие от диаграммы растяжения для стали. Чугун является физически нелинейным материалом и не подчиняется закону Гука. Модуль упругости чугуна, строго говоря, не является величиной постоянной и вычисляется как тангенс угла наклона секущей, проведенной из произвольной точки, принадлежащей диаграмме сжатия, к оси относительных деформаций (Рис.3.7):
.
Рис.3.7
Такой модуль упругости называют секущиммодулем.
Диаграмма напряжений при растяжении чугуна имеет такой же вид, что и при сжатии, однако ординаты диаграммы напряжений при сжатии в несколько раз больше, чем при растяжении. Предел прочности на сжатие чугуна МПа, что в 4-5 раз больше, чем на растяжение. При сжатии чугунного образца продольные деформации его незначительны. Образец несколько выпучивается в средней части, принимая слегка бочкообразную форму, восле чего в нем появляются трещины под углом примерно 450к оси по площадкам с наибольшими касательными напряжениями (Рис.3.8).
Рис.3.8
Большинство хрупких материалов (бетон, камень) разрушаются при сжатии так же, как чугун, и имеют аналогичную диаграмму сжатия. Предел прочности этих материалов на сжатие значительно больше, чем на растяжение (для бетона примерно в 20 раз).
При испытании дерева на сжатие приходится учитывать, что дерево – материал анизотропный и по-разному работает вдоль и поперек волокон. Многие породы дерева при сжатии вдоль волокон выдерживают значительные напряжения, например, предел прочности сосны достигает 4080МПа. При сжатии дерева поперек волокон древесина не разрушается, а сильно прессуется.
В таблице 3.1 приведены для сравнения пределы прочности при растяжении и сжатии некоторых материалов.
Таблица 3.1
Наименование материала |
Предел прочности (МПа) | |
При растяжении |
При сжатии | |
Ст.3 |
380470 |
|
Сталь хромистая 20Х |
800 |
|
Дюралюминий Д16 |
450500 |
|
Титановый сплав ВТ4 |
800900 |
|
Чугун серый СЧ |
120380 |
5001500 |
Сосна вдоль волокон |
80 |
40 |
Кирпич
|
0,73 |
730 |
Бетон |
0,251,75 |
535 |
Бакелит |
2530 |
80100 |
Тестолит |
100 |
250 |
Древесный слоистый пластик |
210 |
360 |