Методические указания к лабораторным работам для студентов машиностроительных специальностей Томск 2007 (стр. 3 из 9)

Явление увеличения предела пропорциональности в результате предварительного пластического деформирования называется упрочнением или наклепом, оно получило весьма широкое применение в технике. Так, для повышения сопротивления поверхностного слоя деталей их наклеп осуществляется обкаткой роликами, ударами стальной дробью и другими технологическими приёмами.

При достижении максимальной нагрузки

однородное деформирование материала образца прекращается, наступает заключительная стадия IV - неоднородное деформирование и разрушение при .

Начиная с

возникает и развивается место будущего разрыва - шейка. Материал до самого разрушения образца не теряет способности сопротивляться, но с уменьшением площади поперечного сечения требуется меньшая нагрузка для деформирования. "Где тонко – там и рвётся!" Разрыв происходит с шумом из-за мгновенного высвобождения энергии упругого деформирования.

Составив две части разорванного образца, можно установить остаточное изменение длины образца, а обмером шейки определить изменение площади поперечного сечения.

Диаграммы растяжения других пластичных конструкционных материалов отличаются отсутствием или разной протяжённостью площадки текучести, зон упрочнения и разрушения.

Диаграммы растяжения хрупких материалов содержат, в основном, зону упругого деформирования и зону нелинейного (неупругого) деформирования, которое заканчивается разрушением.

Основные механические характеристики материала

От диаграммы деформирования образца в координатах "нагрузка – изменение длины", которая определяет свойства образца из соответствующего материала, несложно перейти к диаграмме в координатах "напряжение – деформация", которая будет характеризовать только свойства материала (рис.2.2).

Диаграмма, построенная без учета изменения площади поперечного сечения (

- начальная площадь поперечного сечения образца, - начальная длина) в координатах

, , называется условной.

Диаграмма, построенная с учетом изменения площади поперечного сечения

, называется истинной.

В начальной стадии деформирования изменение поперечных размеров образца несущественно и условные и истинные напряжения практически одинаковы, отличия их заметны только при существенных пластических деформациях.

Для получения истинной диаграммы необходимо производить измерения поперечных размеров образца в процессе эксперимента, что представляет определенные технические трудности. Истинная диаграмма используется в решении технологических вопросов связанных с образованием больших деформаций (штамповка, вытяжка, гибка, резание).

Упругие свойства материала характеризуют:

1. модуль упругости

(жесткость материала). Им определяется связь между напряжениями и деформациями при упругом деформировании (закон Гука: ).

На диаграмме "напряжение – деформация" (рис.2.2,а) модуль упругости характеризуется углом наклона прямой линии упругого деформирования

.

2. коэффициент Пуассона

определяет соотношение между поперечной деформацией и продольной: .

Примечание: для определения коэффициента Пуассона необходимо в процессе эксперимента измерять изменение поперечных размеров стержня. В данной работе не проводятся эти измерения. Теоретическое значение коэффициента при упругом деформировании материала 0.25, при пластическом деформировании его значение 0.5 (объем не меняется).

3. предел пропорциональности

- наибольшее напряжение, до которого материал подчиняется закону Гука.

Предел пропорциональности можно ассоциировать с пределом упругости, понимая под пределом упругости напряжение, до которого материал не получает остаточных изменений.

Величина предела пропорциональности (предела упругости) зависит от точности производимых измерений и требований, в которых начальный участок диаграммы можно представить прямой линией.

Характеристиками прочности материала являются:

4. предел текучести - напряжение, при котором происходит существенный рост деформации без изменения нагрузки:

.

Если на диаграмме "нагрузка – удлинение" нет выраженной площадки текучести, за предел текучести принимается условное напряжение

соответствующее остаточной деформации 0,2% после разгрузки. На рис.2.2,b показана процедура его определения.

.

5. предел прочности условный (временное сопротивление) - максимальное напряжение, до которого образец сопротивляется нагрузке, не получая изменения формы, и которое может выдержать кратковременно:

.

Истинный предел прочности – это напряжение, определяемое по истинной площади поперечного сечения (см. рис.2.2,b).

6. разрушающее напряжение – истинное напряжение в месте разрыва образца (

- площадь поперечного сечения шейки):

.

Свойство материала деформироваться (деформируемость) характеризуют:

7. относительное остаточное удлинение - средняя остаточная деформация, которая образуется к моменту разрушения образца (определяется в процентах %):

.

По величине

материал можно классифицировать как хрупкий или пластичный. У весьма хрупких материалов может составлять доли процента и даже отсутствовать (керамика, стекло).

8. относительное остаточное сужение - остаточное изменение площади поперечного сечения образца в процентах %:

Эта характеристика бывает необходима при решении технологических задач формирования больших деформаций, н/п, при штамповке, вытяжке.

Механические характеристики конструкционных материалов можно найти в справочной литературе и сравнением с ними полученных характеристик в результате испытания образца можно установить его материал.

Образцы для испытаний

Применяют образцы цилиндрические и плоские. Они имеют усиленные места на концах (головки) с плавным переходом к протяженной рабочей части стержня. Резкий переход недопустим из-за концентрации напряжений и вероятности разрушения в этом месте. По этой же причине поверхность образца должна иметь высокое качество обработки. На рис.2.3 показано несколько форм образцов.

Длина рабочей части стержня круглого поперечного сечения принимается равной диаметров образца. Допускается использовать и более короткие образцы . В случае прямоугольного поперечного сечения с площадью A рабочая длина определяется по диаметру равновеликого круга: .

При установлении общей длины образца L руководствуются правилом, которое называется принципом Сен-Венана:

особенности приложения внешних сил проявляются на расстояниях, не превышающих размеров поперечного сечения стержня.

Это значит, что методы "Сопротивления материалов" исключают из рассмотрения части стержня примыкающие к зоне приложения внешних сил и ступенчатого изменения размеров поперечного сечения.

Общие размеры образцов назначаются в зависимости от возможностей испытательной машины и измерительных устройств, устанавливаемых на рабочей длине образца.