При испытаниях на изгиб, сжатие, растяжение обнаруживаются нагрузки, при которых наблюдается разрушение образца. Деление этой нагрузки на площадь начального поперечного сечения дает разрушающее напряжение, называемое временным сопротивлением разрыву или п р е д е л о м п р о ч н о с т и sВ (sР, sсж, sи).
Во всех приведенных определениях применительно к напряжениям термин "условный" обозначал деление измеренной нагрузки на первоначальное рабочее сечение образца.
Здесь не рассматриваются специфические испытания на кручение и механическую усталость, свойственные лишь для металлических материалов, хотя применение керамических материалов и стекла для изготовления деталей и узлов машин, например, двигателей внутреннего сгорания, использование их в качестве наполнителей перспективных композиций - выдвинуло на первый план работоспособность этих материалов и в условиях знакопеременных циклических нагрузок. Особую задачу представляет и определение механических свойств керамики, в частности, огнеупоров, в условиях переменных напряжений термического характера.
Особый вид испытаний проводится и на ползучесть, способность тела противостоять напряжениям при одновременном длительном воздействии некоторой нагрузки и заданной температуры окружающей среды. Этот вид испытаний особенно важен для изделий, работающих при повышенных температурах.
К локальным методам испытания механических свойств относится определение твердости и микротвердости. Твердость - вполне определенная характеристика прочностных свойств поверхностного слоя материала, зависящая от его химического и фазового состава. Существуют качественные и количественные методы измерения твердости. Качественным методом является определение по Моосу способности минералов и материалов взаимно повреждать ("царапать") друг друга. Моос предложил шкалу из 10 минералов нарастающей твердости: 1 - тальк, 2 -гипс, 3 - известковый шпат, 4 - плавиковый шпат, 5 - апатит, 6 - ортоклаз, 7 - кварц, 8 - топаз, 9 - корунд, 10 - алмаз. Каждый последующий минерал оставляет царапину на предыдущем.
При количественных измерениях используют методы, основанные на вдавливании тел - и н д е н т о р о в условленной формы и твердости в испытуемый образец путем приложения статической нагрузки определенной величины. Число твердости определяют измерением размеров отпечатка индентора на поверхности образца с указанием в виде индекса величины усилия. При макроиспытаниях в качестве инденторов используют стальные шарики размером 1...2 мм (по методу Бринелля) алмазные или твердосплавные конусы с углом 120о при вершине (по методу Роквелла), алмазные пирамиды (по Виккерсу).
При испытаниях на микротвердость используют алмазные пирамиды с квадратным основанием (Виккерса) или с ромбическим основанием (Кнуппа). Нагрузки выбираются в пределах 0,2…2 Н при определении микротвердости, и до 50 Н при определении макроскопической твердости (для сталей - до 1500 Н). Время выдержки под нагрузкой обычно составляет 15 или 30с. При корректном описании результатов испытаний на твердость указывают вид испытания - НВ (по Бринеллю), HR (по Роквеллу) и нагрузку. Для микротвердости - HV (по Виккерсу), например, запись HV0,5 (или HV0,5) = 6000 МПа означает, что вещество испытывалось на микротвердомере алмазной пирамидой Виккерса с углом между поверхностями пирамиды 136°, пирамида нагружалась грузом 50 Г (0,5 Н), микротвердость составила 6000 МПа » 600 кГ/мм2.
Испытание нитевидных материалов - тонких волокон и "усов", - производится на специально изготавливаемых микромашинах. Обычно определяют модуль упругости Е, предел прочности на разрыв sр, реже - на изгиб.
Сопротивление материалов удару определяется или по работе, затрачиваемой на разрушение образца падающим грузом - маятником ударного копра, или (для керамики) по величине потенциальной энергии стального шара массой около 110 граммов, падающего на образец. Предельная высота h, начиная с которой груз разбивает образец, уложенный на подушку из песка, и является измеряемым параметром, а энергия определяется из соотношения WV = mgh/V, где V - объем испытуемого образца.
Во всех случаях определения механических величин о результате можно судить с достаточной достоверностью, если число испытанных образцов не менее пяти. Применительно к материалам с высокой неоднородностью структуры число испытуемых образцов должно увеличиваться, так как такие макродефекты, как скрытые поры, макротрещины, свили, неоднородности по плотности и химическому составу, могут радикально влиять на любые механические характеристики тела, давая разброс данных в десятки раз.
Механические испытания позволяют выявить наличие нарушений технологии получения изделий, определить уровень их качества и качества исходных материалов, являются надежным инструментом в исследовании путей получения новых материалов.
В простых случаях в пределах упругости напряженное состояние конструкций может быть рассчитано, с известной долей приближенности, аналитическими методами, с использованием ЭВМ и методики расчета, называемой "метод конечных элементов". Но для сложных напряженных состояний и для деформаций в пластической области единственным методом определения напряжений остается экспериментальное исследование деформированного состояния.
При исследовании пластических материалов (металлов, полимеров) хорошие результаты дают разработанные методы определения деформаций по делительной сетке, нанесенной на исследуемое тело, использование электрических и механических тензометров.
Для исследования хрупких и малопластичных материалов применяются электрическая тензометрия, методы оптически чувствительных покрытий и моделей, голография. Электрическая тензометрия основана на точном измерении изменения электрического сопротивления проволочной или фольговой сетки или полупроводникового элемента, наклеенных в качестве датчика деформации на поверхность нагружаемой детали. Для определения многоосного поля напряжений и исследования, или постоянного контроля за полем напряжений в детали сложной формы (крыло самолета, корпус резервуара высокого давления и др.) наклеиваются десятки и сотни датчиков различной пространственной ориентации. Контроль ведется последовательным "опросом" по точкам автоматически, зачастую анализ получаемых результатов ведется с помощью малых ЭВМ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.