Под воздействием внешних сил возникают внутренние силы, противостоящие стремлению внешних изменить форму тела. Величина внутренней силы, приходящаяся на единицу площади сечения, называется – механическим напряжением (σ).
, [кгс/см2;
Н/м2; Па] (6)
где F – нагрузка,
S – площадь поперечного сечения образца.
Под воздействием внешних сил возникает деформация. Деформация складывается из обратимой или упругой деформации (ξу) и остаточной, т.е. пластической деформации (ξпл ).
Если после снятия нагрузки тело приобретает первоначальные форму и размеры, то говорят об упругой деформации. Пластическая деформация остается даже после прекращения воздействий. При различной нагрузке материалы могут быть и упругими и пластичными, влияет также скорость нагружения и время воздействия.
Состоянию упругости, пластичности и др. соответствуют различные значения механического напряжения, которые и характеризуют материалы.
Упругость – свойство принимать после снятия нагрузки первоначальную форму - характеризуется напряжением или пределом упругости – наибольшее механическое напряжение, при котором действует закон Гука.
(7)
где σ- механическое напряжение упругости, кгс/см2, Н/м2
Е – модуль упругости (модуль Юнга), кгс/см2, Н/м2
ε-относительное удлинение,
Δl– абсолютное удлинение, м,
l- первоначальная длина образца, м.
Пластичность – свойство материала при нагружении в значительных пределах изменять форму и размеры без образования трещин и разрывов и сохранять деформацию после снятия нагрузки.
Пластическая деформация и свойство пластичности описываются пределами текучести (напряжение текучести) и ползучести. Предел текучести – это постоянное напряжение, при котором деформация увеличивается при постоянной нагрузке. Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение длительного времени, при нагрузках меньших, чем необходимы для остаточной деформации, называется деформация ползучести.
Релаксация – свойство материала самопроизвольно снижать напряжение при условии, что начальная величина деформации зафиксирована и неизменна. Период релаксации – время, за которое первоначальное напряжение снижается в е=2,718 раза.
Все применяемые материалы можно разделить на пластичные и хрупкие - разрушающиеся при малых деформациях. Один и тот же материал в зависимости от скорости нагружения может вести себя как пластичный и как хрупкий.
Хрупкость – способность разрушаться без заметных пластических деформаций, проявляется при ударной нагрузке. Хрупкие материалы имеют различные показатели предела прочности на сжатие и разрыв, различающиеся в 10 и более раз.
Прочность – свойство сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям. Характеризуется пределом прочности – механическим напряжением, соответствующим разрушающей нагрузке. Различают прочность на сжатие, на разрыв, на изгиб, кручение и срез.
Прочность на сжатие и разрыв определяется отношением максимальной (разрушающей) нагрузки к площади поперечного сечения образца по формуле 6.
Прочность на изгиб балки на двух опорах и нагрузкой, приложенной по середине (8)
(8)
где F – сила, Н
L – расстояние между опорами, м
b, h – ширина и высота балки.
Для большинства материалов прочность на сжатие характеризует марку.
При проектировании строительных конструкций действующее напряжение должно быть меньше предельного, таким образом, резервируют запас прочности. Для оценки прочностной эффективности материала применяют коэффициент конструктивного качества.
(9)
где Rсж – предел прочности на сжатие,
d – относительная плотность материала.
Таким образом, более предпочтительными являются материалы, имеющие высокую прочность, но малую плотность, а следовательно, обеспечивающие меньшую массивность конструкций.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.