Файл: Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки.pdf

тический интерес, так как продолжительность работы машины будет зависеть от скорости, с которой нара­ стают деформации.

Определив эти скорости при различных температурах

Если мы хотим, чтобы скорость ползучести при темпера­ турах выше 400°С была та же, что и при 400°С, надо до­ пускаемое напряжение уменьшить. Если допускаемое напряжение при 400° считать за единицу (100%), то при 500°С для этой же цели надо взять 36% от допускаемого напряжения при 400°С, при 550°С — 20% и т. д.

36

§ 7. Д И А Г Р А М М А С Ж А Т И Я Д Л Я П Л А С Т И Ч Е С К И Х И Х Р У П К И Х М А Т Е Р И А Л О В

Диаграмма сжатия для пластических материалов. При испытании материалов на сжатие применяют образ­ цы в виде кубиков или цилиндров с высотой немного больше диаметра. Обычно для металлов принимают высоту h в пределах d -ь2d. Для более длинных образцов в опытах трудно избежать их искривления (продольного изгиба).

При сжатии пластических материалов при напряже­ ниях ниже предела пропорциональности или предела текучести материал ведет себя так же, как при растя­ жении.

После перехода за предел пропорциональности появ­ ляются заметные остаточные деформации. Благодаря

Рис. 16. Диаграмма сжатия:

а —для стали; б —для чугуна.

37

трению между зажимами пресса и основаниями образца затрудняются поперечные деформации материала у тор­ цов образца и он принимает бочкообразную форму.

Диаграмма сжатия для хрупких материалов. При испытании хрупких материалов применяют образцы

Например, если для чугуна предел прочности при растя­

нальными, т. е. закон пропорциональности не имеет места.

§ 8. Н А Т У Р Н Ы Е И С П Ы Т А Н И Я

Наряду с совершенствованием методов теоретическо­ го анализа напряженного состояния большое развитие получают методы испытаний не отдельных образцов, а целых деталей и даже машин в натуральную величину.

Большим шагом в этом деле явилось развитие элек­ тронной аппаратуры, что позволило применять для из­ мерения деформаций деталей машин различные дат­ чики.

Наиболее широкое распространение при эксперимен­ тах получили проволочные тензометрические датчики сопротивления, основанные на использовании свойства некоторых металлов (константа, нихрома и других)

38

менять свое электрическое сопротивление при растяже­

нии— сжатии.

Такие датчики благодаря своим малым размерам (применяются с базой 20, 10, 5 и даже 3 мм) наклеива­ ются в любой исследуемой точке машины. Они преобра­ зуют деформацию материала испытываемой конструк­ ции в пропорциональный ей электрический сигнал, уси­

сложных конструкций (самолетов, локомотивов, вагонов, мостов и др.) напряжения с помощью проволочных тен­ зометрических датчиков измеряют одновременно в не­ скольких десятках и сотнях тысяч точек. В целях ускоре­ ния процесса съема показаний применяются автомати­ ческие устройства, позволяющие производить регистра­ цию напряжений во всех этих точках в течение несколь­ ких минут.

Развитие методов электрического тензометрирования открыло новые возможности в изучении напряженного состояния конструкций и элементов машин в процессе их работы, в динамике, важность которых для создания и совершенствования машин трудно переоценить.

Сейчас уже не представляет особых трудностей изу­ чить напряженное состояние коленчатого вала двигате­ ля, оси и сепаратора роликового подшипника локомоти­ ва или вагона и других деталей в процессе их движения с рабочими скоростями. С этой целью на указанные детали наклеиваются тензометрические датчики, а на торце вращающейся оси устанавливаются специальные токосъемные устройства, передающие сигналы датчика через усилитель на регистраторы — осциллографы.

В других случаях, где проводная связь нежелательна или невозможна, сигналы датчика на регистратор пере­ даются с помощью радиоволн. Так исследуется, напри­

39

мер, напряженное состояние конструкций самолетов, ракет и т. п., где регистрация сигналов датчиков, накле­ енных на деталях указанных конструкций, производится с Земли.

§ 9. И С П Ы Т А Н И Я П Л А С Т И Ч Е С К И Х М А С С

В настоящее время стабильных методов расчета для пластических масс не существует. Поэтому необходимо установить для пластических масс физический закон, а для установления его возможны два пути:

наперед задаться аналитическим выражением физи­ ческого закона и затем произвести эксперименты для его проверки;

сначала накопить экспериментальные данные и затем, подвергнув их обработке, подобрать выражение физиче­ ского закона, достаточно хорошо оправдывающегося для определенного класса полимеров.

Если пластические массы обладают однородным (изотропным) строением, то упругих постоянных коэф­ фициентов существует два и в этом случае напряжение и деформация связаны между собой следующим об­ разом:

для деформации в продольном направлении

о = Ее,

для деформации в поперечном направлении т = Оу,

где а — нормальное напряжение; х — касательное напряжение;

Е ~ упругая постоянная (нормальный модуль упру­ гости) ;

40

G — упругая постоянная (модуль упругости при сдвиге);

е— относительное удлинение;

у— относительный угол сдвига.

Если пластические массы подчиняются последним двум уравнениям, т. е. закону пропорциональности — закону Гука, то зависимость между напряжением и де­ формацией выражается прямой линией.

Между нормальным модулем упругости и модулем сдвига существует зависимость вида.

С= Е—

2(1+,и) ’

где ц — коэффициент поперечного сжатия.

Величины модулей упругости определяются природой упругих сил. Так, например, для полимеров (в эластиче­ ском состоянии) коэффициент поперечного сжатия будет

р->0,5.

Вэтом случае зависимость между модулями упруго­ сти выражается формулой

Е— 3(7.

Таким образом, можно считать, что величины Е и G являются постоянными и характеризуют упругие свойст­ ва полимера.

Упругими свойствами обладают не только твердые и вязкоупругие тела. При сжатии газа в закрытом сосуде его давление увеличивается, т. е. газ оказывает сопро­ тивление внешним сжимающим силам. Следовательно, газ является упругим телом — обладает объемной упру­ гостью. Упругость газа обусловлена тепловым движе­ нием молекул, т. е. имеет кинетический характер.

41

В физико-механическом отношении для пластических масс (в готовых изделиях) характерен особый вид зави-

Рис. 17. Диаграмма растяжения:

1— для металла; 2 —для пластической массы; 3 —для резины.

симости между деформацией и усилием, ее вызываю­ щим. Различие между металлом, пластической массой и резиной показано на рис. 17. Точка а соответствует пре­ делу упругости. На участке кривой Оа для пластической

42

ся, и наступает значительная деформация при отно­ сительно небольшом приросте усилия (пластическая масса течет). После точки а деформация является оста­ точной. В отличие от твердого металла для пластических масс характерна значительная протяженность участка кривой аС.

Для твердого металла (У) характерны малая дефор­ мация и быстрое наступление разрыва после предела упругости. Упругое тело, как например резина (3), тре­ бует малого усилия для достижения точки а, показывает большую деформацию и возврат к исходному положению после снятия усилий (с постепенно нарастающим гисте­ резисом в процессе повторяющихся нагрузок).

При деформации многих стеклообразных полимеров (полистирола, полиметалметакрилата, поливинилхлори­ да и др.) при некотором значении напряжения в дефор­ мированном образце возникает (скачкообразно) участок со значительно уменьшенным поперечным сечением, по­ лучивший название шейки. Деформация растяжения, сопровождаемая образованием шейки, описывается кри­ вой, представленной на рис. 18, а.

Кривую сг = /(е) можно разделить на несколько уча­ стков, характеризующих различные стадии процесса деформации. Начальная область (область Оа), пред­ ставляющая собой прямолинейный участок, соответст­ вует деформации, которая формально подчиняется зако­ ну пропорциональности. В области ав тангенс угла наклона кривой к оси абсцисс с увеличением напря­ жения уменьшается. Это соответствует развитию так называемой вынужденно-эластической деформации. При этом внезапно (скачком) в образце возникает шейка

43