Механические свойства. Прочность – свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, которые возникают под действием внешних факторов (силовых

Прочность – свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, которые возникают под действием внешних факторов (силовых, тепловых и т.д.)

Прочность материала оценивается пределом прочности, который условно равен максимальному напряжению, возникшему в материале под нагрузкой, вызывавшей разрушение материала.

На практике предел прочности определяют путем разрушения стандартных образцов при сжатии, изгибе или растяжении.

Предел прочности при сжатии:

R_сж=N/F (1.18)

где: R_сж – предел прочности при сжатии, МПа; N – разрушающая нагрузка, кгс; F – площадь сечения образца, см².

Единицы измерения: [R] = Н/м² = 1 МПа; [N] = 1Н = 10^-1 кгс = 10^-3 кН

[R] = 1 кгс/см² = 10⁵ Па = 10^-1 МПа

Предел прочности при растяжении:

R_раст=N_р/F_о (1.19)

где: R_раст – предел прочности при растяжении, МПа; N_р – нагрузка, вызывающая разрыв образца, кгс; F_о – первоначальная площадь сечения образца, см².

Предел прочности при изгибе определяют путем испытания образца материала в виде призм (балочек) на двух опорах. Их нагружают одной или двумя сосредоточенными силами до разрушения:

Предел прочности при изгибе при одной сосредоточенной симметричной относительно опор нагрузке: (рис.1):

R_из=3NL/2bh² (1.20)

где: N – разрушающая нагрузка, кгс; L – расстояние между опорами, см; b и h – соответственно ширина и высота балочки, см.

Рис. 1. Схема испытания на изгиб, при одной сосредоточенной нагрузке.

При двух сосредоточенных относительно опор нагрузках (рис. 2):

Рис. 2. Схема испытания на изгиб при двух сосредоточенных нагрузках.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела (шарика, призмы, пирамиды).

Твердость по Бриннелю определяют по величине отпечатка металлического шарика по формуле:

НВ=2N/[π D(D- )] (1.22)

где: НВ – твердость, МПа; d – диаметр отпечатка, мм; D – диаметр шарика, мм; N – нагрузка, Н

Коэффициент размягчения – отношение прочности материала, насыщенного водой, к прочности сухого материала:

К_р=R_нас/R_сух (1.23)

где: К_р – коэффициент размягчения; R_сух – предел прочности сухого материала, МПа; R_нас – предел прочности насыщенного материала, МПа.

Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины, гипсовые образцы и др.) до 1 (металлы, стекло и др.). Материалы, у которых К_р › 0, 8, можно применять во влажных условиях без специальных мер по защите их от увлажнения.

Коэффициент конструктивного качества К.К.К. – отношение предела прочности (как правило, при сжатии) материала к его относительной плотности:

К.К.К.=R_сж/d (1.24)

Морозостойкость – способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности и (или) уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания.

∆ R_i=[(R₀-R_i)/R₀]∙ 100% (1.25) ∆ m_i=[(m₀-m_i)/m₀]∙ 100% (1.26)

где: ∆ R_i и ∆ m_i – потеря прочности и массы в определенное количество циклов; R₀ и m₀ – прочность и масса образцов в насыщенном состоянии до испытания на морозостойкость; R_i и m_i - прочность и масса образцов в определенное количество циклов.