Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформированию и разрушению при воздействии внешних механических сил. К основным видам деформаций относятся: сжатие, растяжение, изгиб, кручение, сдвиг, или срез.

Сжатие испытывают опорные конструкции машин (стойки, рамы, станины), зданий и сооружений (колонны, фундаменты, несущие стены). На растяжение работают затяжки, подвески, стенки резервуаров; на изгиб – балки и плиты перекрытий зданий, балки для подвеса талей и т. п. Изгибу от действия собственной массы подвержены крупноразмерные тонкие листы, длинные стержни и трубы. Кручение вызывается действием пары противоположно направленных сил, перпендикулярных оси детали. Его испытывают валы станков, двигателей трансмиссионных передач; на кручение с изгибом работают мачты. Сдвиг, или срез, возникает в материале при действии больших по величине и противоположно направленных сил, лежащих не на одной прямой, но близко друг к другу.

К основным механическим свойствам материалов относятся прочность (при сжатии, растяжении, изгибе, кручении, сдвиге или срезе), упругость, пластичность, хрупкость, твердость, ударная вязкость, истираемость.

Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих в нем внутренние напряжения. Прочность твердого тела обусловливается присущими ему силами атомномолекулярного взаимодействия и в то же время значительно изменяется при наличии в нем дефектов структуры (пор, микротрещин и т. п.), снижающих этот показатель. От его значения зависит величина нагрузки, которую может воспринимать элемент конструкции определенного поперечного сечения.

Под воздействием различных нагрузок материалы в конструкциях испытывают внутренние напряжения – сжатие, растяжение, изгиб и т. д. Под напряжением материала понимается внутренняя сила взаимодействия, приходящаяся на единицу площади. Величина напряжения в каждой точке поперечного сечения является мерой внутренних сил, возникающих в материале в результате деформации, вызванной внешними силами. Напряжение σ, МПа, определяется по формуле σ = P / F (здесь P – внутренняя сила взаимодействия, Н; F – площадь поперечного сечения образца, м2).

Значение напряжения, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение материала, называется пределом прочности. Предел прочности при сжатии Rсж или растяжении Rраст определяют по формуле Rсж/ раст = P / S, а при изгибе (на примере балки прямоугольного сечения при одном сосредоточенном грузе в середине пролета) – по формуле Ризг = ЗРl / 2bh2 (здесь P – разрушающая нагрузка, Н; S – площадь поперечного сечения балки-образца, м2; l – пролет между опорами балки, м; Ь и h – ширина и высота поперечного сечения балки, м).

Предел прочности материала определяют в лаборатории опытным путем, испытывая специально изготовленные образцы на гидравлических прессах или разрывных машинах.