Физико-механические свойства материалов: Конспект лекций (Общие положения материаловедения. Механические свойства в случае стандартного воздействия. Напряженное состояние произвольно нагруженной детали. Магнитные свойства)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра металловедения

Конспект лекций.

Физико-механические свойства материалов

Преподаватель                                                                                     Михайлов С.Б.

Группа                                                                                                 Мт-38111

Студент                                                                                                Полозова Д.А.

Екатеринбург

2010

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Материаловедение – наука о свойствах материалов и способах управления этими свойствами

Свойство – характеристика, отражающая отклик материала на внешнее воздействие; параметр, характеризующий материал.

Воздействие = (Свойство) = Отклик

                    Коэффициент «пропорциональности»

Классификация свойств:

- по виду воздействия.

Механическое воздействие   -  структура  -   механические свойства.

Физическое воздействие: температура, напряженность электрического поля, напряженность магнитного поля, среда, химическое воздействие   структура   тепловые, электрические, магнитные, коррозионные, химические свойства.

Служебное воздействие – набор воздействий на деталь при эксплуатации   служебные свойства - свойства, характеризующие поведение материала в процессе эксплуатации.

Прочность – способность сопротивляться воздействиям без необратимых изменений размеров детали.

Технологическое воздействие  - технологические свойства – свойства, характеризующие материал при изготовлении детали: пластичность, резание, обрабатываемость, свариваемость.

Стандартное (однотипное) воздействие - стандартные свойства – свойства, характеризующие материал, в частности его структуру, в случае однотипного вида воздействия: растяжение, ударное воздействие (в частности изгиб), вдавливание индентора (твердость).

- по виду отклика

Механическое воздействие -     Деформация -                       Свойство

                                                    упругая                           упругости

                                                    пластическая                  пластичности

                                                    разрушение                     разрушения

Физическое воздействия -          Температура -            Свойство

                                                    поглощение тепла          теплоемкость

                                                    передача тепла                теплопроводность

Алгоритм понятия свойства

1. Модельные понятия, т.е. договариваемся, что нужно понимать под тем или иным.

Модель:

1.1 структуры материала, т.е. классифицировать с точки зрения структуры ;

1.2 воздействия;

1.3 отклика;

1.4 свойств.

2. Экспериментальное описание свойств, т.е. получение количественной характеристики свойств.

2.1 инструмент, моделирующий воздействие – различные испытательные стенды (машины).

2.2 методика проведения эксперимента

            - работа на машине

            - требование к образцам

2.3 обработка полученной информации

2.4 применение (осмысленное) полученной информации.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В СЛУЧАЕ СТАНДАРТНОГОВОЗДЕЙСТВИЯ:

РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ МОНОТОННОМ УВЕЛИЧЕНИИ НАГРУЗКИ

МОДЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Растяжение – вид воздействия

Как нагрузка действует на отдельную точку образца?

Р – переменная нагрузка

Напряжение – нагрузка, действующая на единицу площади образца.

Выбираем произвольное сечение:

где F – единичная площадь;

S_н – нормальное напряжение в точке детали, нагруженной силой Р;

t – касательное напряжение.

При изменении α изменяются F и S

где F₀ – поперечного сечения (аналитическая запись).

Графическое представление:

α=0

максимальное сечение S_H, t=0

В системе СИ напряжения выражаются в мегапаскалях (МПа).

Напряжение  состояния  - это объемное распределение нормальных и касательных напряжений в точке нагруженного тела.

В точке элементы структуры могут двигаться под углами существенно отличающиеся от направления макроскопического воздействия. 

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОЛЬНО НАГРУЖЕННОЙ

ДЕТАЛИ

Внутри тела, находящегося под действием напряжений всегда можно выделить бесконечно малый по размерам параллелепипед, ребра которого параллельны произвольно выбранным осям координат.

В общем случае действуют взаимно уравновешенные векторы напряжений, которые можно разложить на нормальные и касательные составляющие. В результате параллелепипед находится под действием девяти напряжений: трех нормальных (Sx, Sy,Sz) и шести касательных (txy, txz, tyz, tzy, tzx, tyx). Совокупность этих напряжений и есть тензор напряжений, который записывается как