§ 2. Механические свойства

Прочностью называют способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних сил (нагрузок).

Под действием внешних сил материал деформируется. Деформации могут быть упругими, если они исчезают после снятия нагрузки, и остаточными, если после снятия нагрузки они остаются.

Упругость - свойство материала восстанавливать свою форму (твердые тела) и объем (жидкости и газы) после прекращения действия сил, вызвавших их деформацию. При достаточно больших нагрузках твердые тела теряют упругость и деформируются пластично. Малые деформации твердого упругого тела пропорциональны приложенной нагрузке.

Деформация при достаточном ее развитии приводит к разрушению материала. При этом для материала, находящегося в хрупком состоянии, разрушение наступает при достижении предельного значения упругой деформации, а для пластичного материала - при достижении им двух предельных состояний: перехода упругой деформации в пластическую и перехода от пластической деформации к разрушению материала.

Напряжение материала - это внутренняя сила взаимодействия, приходящаяся на единицу площади. Величина напряжения в каждой точке сечения является мерой внутренних сил, возникающих в материале как результат деформации, вызванной внешними силами.

Напряжение аσ, МПа, вычисляют по формуле

σ = P/S,

где Р - внутренняя сила взаимодействия, даН; S - площадь поперечного сечения образца, см².

Напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение материала, называется пределом прочности материала (табл. 2). В зависимости от вида деформации под нагрузкой различают пределы прочности при сжатии R_сж, растяжении R_раст, изгибе R_изг (МПа), которые определяют отношением разрушающей силы к площади поперечного сечения образца: R = Pразр/S.

Таблица 2. Пределы прочности материалов

Для обеспечения сооружению достаточной прочности в нормах на строительное проектирование установлены определенные значения запаса прочности для различных материалов и конструкций, так как многие материалы, нагруженные до напряжения, составляющего 50 - 70 % предела прочности, сильно деформируются.

Коэффициентом конструктивного качестваК_к (прочностно-массовый коэффициент) называется отношение предела прочности при сжатии (МПа) к величине средней плотности материала (кг/м³). Например, для бетона К_к = 0,006; для кирпичной кладки К_к=0,003; для пластмасс Кк = 0,1/0,2; для высококачественной стали К_к = 0,13.

Хрупкость - это свойство материала под действием внешних сил разрушаться сразу, не обнаруживая сколько-нибудь значительных деформаций. Хрупкие материалы - чугун, бетон, стекло, граниты, мраморы, керамические плитки и др. - плохо сопротивляются удару.

Пластичностью называют способность материала под действием нагрузки изменять свою форму и без признаков разрушения полностью сохранять полученную форму после снятия нагрузки. Пластичные материалы - малоуглеродистая сталь, медь, битумы - разрушаются лишь после значительной остаточной деформации.

Сопротивление удару - это способность материала сопротивляться ударным воздействиям. Такой нагрузке подвергаются строительные материалы в конструкциях полов. Сопротивление материала удару характеризуется суммарной работой нескольких ударов, затраченной на разрушение образца (Дж), отнесенной к единице объема материала (см³).

Твердость - это свойство материала сопротивляться проникновению в него более твердых тел.

Твердость материалов НВ (ГПа) характеризуется числом твердости по Бринеллю и определяется как частное от деления величины вдавливающей силы на величину шаровой поверхности лунки-отпечатка от шарика из закаленной стали:

где F - вдавливающая сила, даН; D - диаметр шарика, мм; d - диаметр отпечатка, мм; h - глубина отпечатка, мм.

Твердость однородных (каменных) материалов определяют по минералогической шкале твердости (Мооса) (табл. 3).

Таблица 3. Минералогическая шкала твердости

Твердость материала определяется нанесением царапин эталонами твердости. Каждым предыдущим минералом можно прочертить линию (царапину) на последующем. Если при определении твердости какого-либо материала окажется, что его образец оставляет черту на кварце, а сам чертится топазом, то его твердость равна 7,5.

Число твердости определяют также по формуле

где Р - нагрузка даН; d - диаметр отпечатка, мм.

Истираемость - это способность материала сопротивляться воздействию истирающих усилий. Стойкость материалов к истиранию играет важную роль при устройстве покрытий полов, лестничных ступеней, а также при испытании растворов и бетонов. Истираемость материалов определяют на различных приборах.

Величина истирания Иm, г/см², характеризуется потерей массы и определяется по формуле

где m₁ - масса образца до опыта, г; m₂ - масса образца после опыта, г; S - площадь истираемой поверхности, см².

Существуют другие методы определения истираемости по уменьшению объема и толщины истираемого материала.

Объемная потеря И_об, см³/см², вычисляют с 1 см² поверхности истираемого образца и определяют по формуле

где m₁ - масса образца до опыта, г; m₂ - масса образца после опыта, г; S - площадь истираемой поверхности, см²; ρm - средняя плотность образца, г/см³.

Погрузчик фронтальный Китай по выгодной цене в Красноярске. . https://profecoskill.ru/