 |
Механические свойства сталей и стальных конструкций. Прочность, жесткость, упругость, пластичность, хрупкость.
|
|
|
|
Механические свойства сталей и стальных конструкций.
· Прочность, жесткость, упругость, пластичность, хрупкость. Эти характеристики стали и стальных конструкций объединяются единой методикой их оценки по диаграмме деформирования (рисунок 1).
Прочность - способность строительных конструкций, ее отдельных частей, элементов и деталей выдерживать внешние нагрузки, не разрушаясь.
Жесткость – способность конструкций и ее элементов противостоять внешним нагрузкам в отношении величины полученных при этом деформаций, т.е. изменений формы и размеров. При заданных нагрузках деформации не должны превышать определенных величин, устанавливаемых в соответствии с требованиями к конструкции.
Упругость – свойство материала и конструкции восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. Другими словами, упругие деформации исчезают после прекращения действия вызвавших их сил.
Пластичность – свойство материала и конструкции получать остаточные деформации (не возвращаться к первоначальным размерам и форме) после снятия внешней нагрузки.
Хрупкость – склонность материала к разрушению при малых деформациях.
Перечисленные механические характеристики сталей можно оценить по результатам испытаний специальных образцов на растяжение. В результате испытаний записывается диаграмма напряжений в осях напряжения – деформации 
(рисунок 1).
Напряжения в образце определяются отношением растягивающей силы к площади рабочей части образца
(5.1)
Деформации образца определяются отношением удлинения рабочей части образца к её первоначальной длине
(5.2)
Рисунок 1. Диаграммы растяжения (напряжений) различных сталей.
|
|
|
На диаграмме напряжений стали выделяют характерные точки, которые отражают её основные механические характеристики.
На первом участке (до точки 1) деформации упругие и они пропорциональны напряжениям. На этом участке выполняется закон Гука
, (5.3)
где 
– модуль упругости при растяжении или модуль Юнга;
- угол наклона участка пропорциональности на диаграмме деформирования.
На участке от точки 1 до точки 2 деформации остаются еще упругими, но закон Гука уже не выполняется.
Напряжения в точке 1 называются пределом пропорциональности 
.
После точки 2 начинается область упругопластических деформаций, а напряжения в точке 2 называются пределом упругости 
.
Наиболее важным является участок между точками 3 – 4, который называется площадкой текучести. На этом участке увеличение деформаций происходит при постоянной нагрузке, которая характеризуются пределом текучести 
т. Площадку текучести имеют не все стали, поэтому для них определяется условный предел текучести 
. При испытании его величина соответствует остаточной деформации 0,2%.
Участок 4 – 5 называется зоной упрочнения стали. На этом участке при увеличении напряжений происходит рост как упругих, так и пластических деформаций. Несмотря на развитие пластических деформаций, эту стадию работы строительных конструкций используют при расчетах, вызывающих интерес с точки зрения экономии стали.
Точка 5 вторая, после предела текучести, из важнейших механических характеристик стали. В этой точке напряжения достигаю максимального значения, и они называются пределом прочности или временным сопротивлением 
.
Важнейшей характеристикой пластичности сталей является относительное остаточное удлинение при разрыве
,
где 
- первоначальная длина образца;
- остаточная длина образца после разрыва.
Материалы, обладающие значительной величиной относительного остаточного удлинения при разрыве 
, называются пластичными. Материалы, у которых остаточное удлинение 
меньше 3%, относят к хрупким материалам. Для элементов строительных конструкций, как правило, необходимо применять достаточно пластичные материалы. Пластичные материалы обладают повышенным сопротивлением в условиях концентрации напряжений, ударных и тепловых нагрузок, при наличии трещин и других поверхностных повреждений.
|
|
|
Как следует из сравнительного анализа диаграмм напряжений различных сталей (рисунок 1), при увеличении предела прочности стали, уменьшается площадка текучести, а для некоторых сталей она отсутствует. Кроме того, для более прочных материалов характерно уменьшение остаточного удлинения при разрыве . Это означает, что более прочные стали, как правило, менее пластичны, у них снижается надежность при динамических нагрузках, увеличивается способность к хрупкому разрушению.
|
|
|
