Charakterystyki mechaniczne materiałów

Charakterystyki mechaniczne materiałów

  • Wytrzymałość mechaniczna – wytrzymałość mechaniczna jest to opór stawiany, przez materiał zniszczeniu jego struktury działaniem obciążenia (sił zewnętrznych). Ocenia się ją przez tzw. wytrzymałość doraźną lub długotrwałą (obciążenie działa na materiał dłuższy czas).

Rozróżnia się wytrzymałość na ściskanie, zginanie, ścinanie i inne.

  • Wytrzymałość na ściskanie

Badania przeprowadza się na próbkach przeważnie o kształcie sześcianów lub prostopadłościanów, ewentualnie walcowe, przy czym dla różnych materiałów wymiary są różne. Dla kamieni np. wymiar próbek wynosi 5,0 x 5,0 x 5,0 cm, dla drewna 2×2 cm itd.

Wytrzymałość na ściskanie określa się ze wzoru:

, kG/cm2 (N/m2)

gdzie: P – siła zgniatająca próbkę, kG( N ),

F – powierzchnia próbki, cm2 (m2 ).

·       Wytrzymałość na rozciąganie

Badania przeprowadza się na próbkach o kształtach zgodnych z zaleceniami w normach. Materiały kruche: kamień, beton mają małą wytrzymałość na rozciąganie, natomiast stal i drewno – dużą. Wytrzymałość na rozciąganie określa się ze wzoru:

, kG/cm2 (N/m2)

gdzie: P – siła rozrywająca próbkę, kG(N),

F – powierzchnia próbki, cm2(m2 )

 

Doświadczalne wyznaczenie charakterystyk mechanicznych

Doświadczalnie przeprowadza się na próbkach, które mają kształt pokazany na rys. nr l. Za długość pomiarową (bazę) uznajemy L0 (przekroje poprzeczne na końcach tej bazy możemy uznać za obciążone równomiernie). Wartości odczytane z maszyny wytrzymałościowej, dają obraz funkcji s =f(e).

  • granica proporcjonalności RH – jest to przedział, w którym przyrostom odkształcenia odpowiadają proporcjonalne przyrosty naprężeń,  (moduł Younga jest współczynnikiem kierunkowym prostej  ).
  • granica sprężystości Rs – największe naprężenie, do którego materiał zachowuje się w sposób sprężysty. Inaczej, takie naprężenie w którym odkształcenie trwałe osiągnie wartość etrw = 0.05% (R05).np. pręt o długości 1m wydłuży się o 0.5mm

Dla wielu materiałów powyższe granice RH ,Rs leżą bardzo blisko siebie i w praktyce ich nie rozróżniamy.

  • granica plastyczności Re – naprężenie, przy którym następuje przyrost odkształceń bez wzrostu siły, inaczej naprężenie przy którym odkształcenie trwałe wynosi etrw =0,2% (R2),wydłużenie pręta metrowej długości o 2mm. (dla stali miękkiej granicy plastyczności towarzyszy tzw. zjawisko płynięcia materiału – niezauważalnemu wzrostowi naprężeń towarzyszą znaczne odkształcenia:10 do 15 razy większe niż odkształcenia przy granicy sprężystości. Dzieje się tak tylko do osiągnięcia pewnej wartości odkształcenia, od której następuje samowzmocnienie materiału. Do tego momentu materiał zachowuje się jak idealnie plastyczny, dalej próbka zaczyna się niebezpiecznie przewężać – powstaje tzw. szyjka.
  • granica wytrzymałości Rm – naprężenie, przy którym następuje zerwanie próbki, wartość naprężenia przy której rozpoczyna się przedział niebezpiecznego przewężania.

gdzie:

odcinek OA granica proporcjonalności – RH ;   

granica sprężystości -Rs ;

odcinek BC – granica plastyczności -Re;

odcinek CD – samowzmocnienie materiału ;

poniżej pkt. D – granica wytrzymałości

 

Wytrzymałość na zginanie

Badania przeprowadza się na beleczkach znormalizowanych wg zaleceń normy. Wytrzymałość na zginanie oblicza się z wzoru:

Rg = M/W       kG/cm2 (N/m2)

gdzie: M – moment zginający, kGcm (Nm),

W – wskaźnik wytrzymałości, cm3 (m3).

U większości materiałów budowlanych, jak kamień, beton itp., pierwsze rysy pokazują się w dolnych partiach beleczek gdyż materiały te mają wielokrotnie mniejszą wytrzymałość na rozciąganie niż na ściskanie.

  • Sprężystość

Sprężystość jest to zdolność ciała do przyjmowania pierwotnej postaci o tych samych wymiarach po usunięciu obciążenia pomimo, że pod obciążeniem zmieniało ono swój kształt. Sprężyste właściwości danego materiału charakteryzuje się tzw. współczynnikami (modułem) sprężystości E w kG/cm2 (N/m2) ;               ‘

  • Plastyczność

Plastyczność jest to zdolność materiału do zachowania odkształceń, tj. do zachowania trwałych zmian w jego postaci pomimo usunięcia sił, które odkształcenia te spowodowały.

  • Pełzanie

Pełzanie jest to zjawisko wywierające znaczny wpływ na wytrzymałość materiału, charakteryzujące się nieprzerwanym wzrostem odkształceń plastycznych przy niezmiennym obciążeniu. Wielkość pełzania zależy od struktury, wieku materiału i od czasu działania obciążenia.

  • Relaksacja

Relaksacja jest to zjawisko związane z pełzaniem, charakteryzuje się spadkiem wewnętrznych naprężeń przy stałym (niezmiennym) odkształceniu.

  • Ciągliwość

Ciągliwość charakteryzuje się tym, że materiały nie wykazują zniszczenia przy znacznym odkształceniu plastycznym.

  • Kruchość

Kruchość jest przeciwieństwem ciągliwości i charakteryzuje się tym, że materiał ulega nagłemu zniszczeniu bez wyraźnych odkształceń poprzedzających zwykle zniszczenie materiału. Określa się ją stosunkiem wytrzymałości na rozrywanie do wytrzymałości na ściskanie. W przypadku gdy stosunek ten jest mniejszy od 1/8, to materiały zaliczamy do kruchych.

  • Twardość

Twardość jest cechą charakteryzującą odporność badanego materiału na odkształcenie trwałe przy wciskaniu w niego ciała bardziej twardego. Im twardość jest większa, tym materiał jest trudniejszy w obróbce i tym odporniejszy na zarysowanie się, na zużycie od chodzenia itp. Na przykład twardość drewna oznacza się metodą Janki lub Brinella,  kamienia wg skali Mohsa.

  • Ścieralność

Odporność na ścieranie bada się na tarczy Bohmego, a wyraża się, np. dla kamieni badanych na tej tarczy, stratą wysokości badanej próbki poddanej ścieraniu. Badania ścieralności przeprowadza się na sześcianach. Stratę wysokości s określa się jako ubytek ciężaru Gu próbki podzielonej przez jej przekrój F (cm2 ) i ciężar objętościowy g0.

s = Gu/Fg0  cm(m )

  • Odporność na uderzenie

Odporność na uderzenie, tj. zdolność wytrzymywania nagłych uderzeń dynamicznych, jest specjalnie ważna dla: posadzek na które mogą np. spadać ciężary, płyt chodnikowych, cienkich ścian (szczególnie zewnętrznych), okładzin itp. Miarą odporności na uderzenie jest praca potrzebna do stłuczenia płytki lub przełamania innych elementów. Badania wykonuje się na tzw. Przyrządzie Martensa i innych podanych w normach.

 

Wytrzymałością charakterystyczną – Ri nazywamy granice wyznaczone na podstawie badań dośw. (Rs, Re, Rm ).

Wytrzymałością obliczeniowa – R – nazywamy wytrzymałość, którą bierzemy od obliczeń projektowych i która uwzględnia czynniki przypadkowe tj. niedokładne dane o wymiarach geom. konstrukcji, niedokładnie przewidziane rzeczywiste obciążenia itp. Wytrzymałości obliczeniowe otrzymywane są z podzielenia wytrzymałości charakterystycznej przez współczynnik g m >1, gdzie g m  współczynnik materiałowy.

Podziel się:

Ocena artykułu:

0
0

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.