Учебное особие по физике

Механические свойства твердых тел. Диаграмма растяжения

Необходимые сведения о механических свойствах различных материалов получают экспериментально.

Для исследования деформации растяжения стержень из исследуемого материала при помощи специальных устройств подвергают растяжению (рис. 1), измеряют удлинение образца и возникающее в нем напряжение.

Рис. 1 На основании данных опыта строят график зависимости напряжения от относительного удлинения, называемый диаграммой растяжения. Диаграмма растяжения изображена на рисунке 2. При небольших напряжениях (линейный участок OA) относительное удлинение прямо пропорционально напряжению, т.е. выполняется закон Гука. При дальнейшем увеличении напряжения деформация еще остается упругой, но ее зависимость от напряжения перестает быть линейной (участок АВ).

Рис. 2

Наибольшее напряжение , при котором справедлив закон

Гука, называют пределом пропорциональности.

Наибольшее напряжение , при котором деформация еще остается упругой, называется пределом упругости.

При напряжениях, превышающих предел упругости, образец после снятия нагрузки не восстанавливает свою форму (пунктирная кривая). Это пластические деформации. Мерой остаточной деформации служит отрезок .

В области пластической деформации (участок CD) деформация происходит почти без увеличения напряжения. Это явление называется текучестью. Напряжение ?т, при котором материал течет, называют пределом текучести. Материалы, у которых область текучести CD значительна, могут без разрушения выдерживать большие деформации. Если же область текучести материала почти отсутствует, он без разрушения сможет выдерживать лишь небольшие деформации. Материал, который разрушается при небольших деформациях, называют хрупким (стекло, фарфор, чугун, бетон).

Для дальнейшего увеличения деформации необходимо снова увеличить напряжение (участок DE). После точки Е кривая идет вниз и дальнейшая деформация вплоть до разрыва происходит при все меньших напряжениях. Наибольшее напряжение , которое способен выдержать образец без разрушения, называют пределом прочности.

Способность материала сопротивляться разрушению и остаточной деформации, возникающим в результате внешних воздействий, называют прочностью материала.

Знание величин материалов важно для использования их в промышленности и строительстве.

При конструировании машин и сооружений нельзя рассчитывать на их работу в условиях, когда испытываемые ими напряжения близки к пределу прочности материала, из которого они сделаны, так как это всегда будет создавать опасность разрушений. На практике допустимое напряжение выбирают так, чтобы оно составляло лишь некоторую часть предела прочности.

Число, показывающее, во сколько раз предел прочности ?пр превосходит допустимое (фактически действующее) напряжение, называют запасом прочности (коэффициентом безопасности) n:

Для повышения прочности материалов их подвергают термической обработке и обработке давлением или вводят в них упрочняющие примеси (легирование).