Навигация:
Главная → Все категории → Определения структурных характеристик

Напряженное состояние и прочность материалов


Напряженное состояние и прочность материалов

При определении механических свойств строительных материалов используют законы сопротивления материалов – науки о прочности и деформативности элементов.

Напряжение. Внешние силы, действующие на материальное тело, стремятся деформировать его. В ответ на их действие в материале возникают внутренние силы, препятствующие деформации материала, в результате чего вся система остается в равновесии. Мерой этих внутренних сил служит напряжение -сила, приходящаяся на единицу поверхности сечения материала в рассматриваемом участке. Единица напряжения Па = Н/м2. Па — единица очень маленькая, поэтому в технике используется более крупная единица МПа = 106Па (в строительстве все еще применяют старую единицу напряжения — кгс/см2 « 0,1 МПа).

Обычно напряжение р в точке М (рис. 3.6) представляют в виде двух составляющих: нормального а (перпендикулярного плоскости сечения) и касательного т напряжений, являющихся основными характеристиками напряженного состояния тела. В зависимости от соотношения и направления этих напряжений различают несколько видов напряженного состояния: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и кручение.

Рис. 3.6. Определение нормальных а и касательных т напряжений в точке М

Деформация. Деформация — изменение относительного расположения частиц тела, вызванное их перемещениями под действием внешних сил. Деформация является результатом изменения межатомных расстояний (упругие деформации) и перегруппировки блоков атомов и молекул (пластические деформации). Упругие деформации после снятия нагрузки исчезают, т.е. тело принимает свои исходные размеры и форму. Пластические деформации сохраняются после снятия нагрузки — это необратимые деформации. Реальные тела в той или иной степени проявляют как упругие, так и пластические деформации.

Основные виды деформаций тела в целом: растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, кручение и др. Все многообразие деформаций представляет собой сочетание простейших деформаций: растяжения (или сжатия) и сдвига.

Модуль упругости. Между напряжением и деформацией упругих материалов существует прямая пропорциональная зависимость с = Ее, известная под названием закона Гука. Коэффициент пропорциональности Е, характеризующий способность материала сопротивляться деформациям, называют модулем упругости (или модулем Юнга). Для разных материалов модуль упругости различен. Чем ниже модуль упругости, тем легче деформируется материал (например, модуль упругости стали 2- 10 бетона 3-104, а резины около 10 МПа).

Основной конструктивный элемент, рассматриваемый в сопротивлении материалов, — брус — тело, длина которого значительно больше, чем высота и ширина. В зависимости от направления сил, действующих на брус, его называют стержнем или балкой.

Сжатие и растяжение. Если действующие силы направлены вдоль оси стержня (осевое сжатие или растяжение), то в нем возникают нормальные напряжения, одинаковые по всему поперечному сечению стержня.

При испытаниях строительных материалов на сжатие вместо стержня обычно применяют образцы — кубы. Расчетные формулы для куба такие же, как и для стержня.

Изгиб. При изгибе ось балки (рис. 3.7, а), которая была до воздействия нагрузки прямолинейной, под действием этой нагрузки искривляется. Причина искривления балки — изгибающий момент, действующий на нее. Чтобы определить изгибающий момент, действующий на балку в любой ее точке, нужно мысленно рассечь балку в этой точке, отбросить одну ее половину и сосчитать сумму моментов всех внешних сил относительно этой точки (включая и реакцию опор). Сумма моментов даст значение момента внутренних сил в балке в рассматриваемой точке.

Рис. 3.7. Схемы нагружения (а) и деформации балки (б); эпюра изгибающих моментов (в)

Изгибающий момент вызывает прогиб балки, причем при рассматриваемой схеме нагружения балка со стороны нагрузки будет вогнутой, а с противоположной стороны — выпуклой (рис. 3.7, в). В этом случае напряжения, связанные с деформациями законом Гука (формула (3.11)), неодинаковы по высоте сечения. Поэтому при определении напряжений в материале при изгибе необходимо учитывать не только площадь его сечения, как при сжатии и растяжении, но и распределение материала по высоте сечения.

Предел прочности материала. При определении прочности строительных материалов образец материала доводят до разрушения. На рис. 3.8, а,б представлены диаграммы испытания на растяжение хрупкого и пластичного материалов до стадии их разрушения. Задача таких испытаний – определение напряжения, ниже которого материал существует неограниченно долго, а выше которого — разрушается мгновенно. Это предельное напряжение называется пределом прочности материала и обозначается R.

Рис. 3.8. Диаграмма деформация напряжение при испытании на растяжение хрупких (а) и упругопла-стичных (б) материалов (а – напряжение; е — относительная деформация)

Предел прочности — основная характеристика механических свойств материала; чаще всего определяют предел прочности при сжатии ЯсЖ и при изгибе Rm.



Похожие статьи:
Структурные характеристики и свойства строительных материалов

Навигация:
Главная → Все категории → Определения структурных характеристик

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум