Эффективность применения материалов в конструкциях и сооружениях (по удельной прочности)

Для прочностной эффективности часто используют коэффициент конструктивного качества (к.к.к.), который определяется делением предела прочности при сжатии на относительную плотность материала: к.к.к.=σ /d. Хороший конструктивный материал имеет высокий к.к.к. пи малой объемной плотности. К.К.К. показывает, как сочетаются в м-ле лёгкость и прочность: чем выше К.К.К., тем лучше конструктивные качества м-ла.

к.к.к. для некоторых материалов: стеклопластик - 225МПа, древесина (без пороков) – 200МПа, сталь высокопрочная – 127Мпа, сталь – 51Мпа.

Для каменных материалов: легкий конструкционный бетон – 22, 2Мпа, тяжелый бетон – 16, 6Мпа, легкий бетон – 12, 5Мпа, кирпич – 5, 56Мпа.

Повышение к.к.к. можно добиться снижением объемной плотности материала или его прочности.

Чем к.к.к. больше, тем эффективнее его применение в конструкциях и сооружениях. Чем легче материал, но при этом имеет высокую прочность, тем меньше его требуется при строительстве, следовательно он экономически выгоден.

Уде́ льная про́ чность — предел прочности материала, отнесённый к его плотности. Показывает, насколько прочной будет конструкция при заданной массе.

Особенно важна для авиастроения, ракетостроения, космических аппаратов.

Единица измерения: м² /с².

Если разделить удельную прочность на ускорение свободного падения, то мы получим максимальную длину нити из материала постоянного сечения, которая может висеть вертикально вниз, без обрыва под своим собственным весом. Для сталей эта длина составляет величину до 26 км.

14. Механические свойства строит материалов: истираемость, износ, твердость, и методы определения.

При обосновании технической целесообразности применения материала для устройства полов промышленных зданий, дорожных и аэродромных покрытий следует учитывать специальные механические свойства: ударную вязкость, твёрдость, истираемость и износостойкость.

Твёрдость – свойство материала сопротивляться проникновению в него других более твёрдых тел.

Для определения твердости материалов существует ряд методов. Твердость металла, бетона, пластмасс определяют вдавливанием в испытуемый образец под определенной нагрузкой в течение определенного времени стандартного стального шарика. За характеристику твердости принимают отношение нагрузки к площади отпечатка. Показатели твердости, полученные разными способами, нельзя сравнивать друг с другом. Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости (например, древесина по прочности при сжатии равнозначна бетону, а ее твердость значительно меньше). Для некоторых материалов (металлов) существует определенная связь между твердостью и прочностью, для однородных каменных материалов – между твердостью и истираемостью.

Для хрупких м-лов твёрдость определяют по шкале Мооса, к-рая представляет собой 10 специально полобранных минералов, расположенных по мере нарастания твёрдости: тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд, алмаз.

Истираемость – св-во м-ла сопротивляться истирающим воздействиям

Испытывают на спец. кругах истирания. За характеристику истираемости принимают потерю массы или объема материала, отнесенных к 1см² площади истирания и опр-т по ф-ле:

где m1 - масса м-ла до истирания, m2 - масса м-ла после истирания, F - площадь истирания.

Износ – св-во материала сопротивляться одновременно воздействию истирания и и удара. Определяется с помощью вращающихся барабанов, куда вместе с пробой материала нагружают определенное количество металлических шаров. Показателем износа служит потеря массы пробы материала в результате проведенного испытания (в % от первоначальной массы).

Ударная вязкость (ударная или динамическая прочность)- св-во материала сопротивляться ударным нагрузкам. = работе, к-рую надо затратить на разрушение стандартного образца, отнесенной к единице объема (Дж/см³) или площади поперечного сечения (Дж/м²).