Это уравнение Эйлера. Чем больше значение EI, тем выше нагрузка, требуемая для появления коробления. Следовательно, колонна тем жестче, чем выше значение EI. Заметим, что короткая и толстая колонна скорее окажется раздавленной, когда предел текучести слегка превышен, чем покоробленной. Для тонкой колонны коробление более вероятно.

Модуль упругости при растяжении металла незначительно изменяется при изменении его состава или тепловой обработки. Однако модуль упругости при растяжении композитных материалов очень сильно изменяется при изменении ориентации волокон и относительного их количества. В Табл. 14.4 приведены типичные значения модулей упругости при растяжении для материалов при 20°С.

Табл. 14.4. Модули упругости при растяжении различных материалов

Материал

Модуль упругости при растяжении [ГПа]

Полимерные пены

<0.2

Эластомеры

<0.2

Древесины, параллельные структуре

0.2...10

Технические полимеры

0.2...10

Древесины, перпендикулярные структуре

2...20

Свинцовые сплавы

10...11

Бетон

20...50

Магниевые сплавы

40...45

Стекла

50...80

Алюминиевые сплавы

70...80

Цинковые сплавы

43...96

Титановые сплавы

110...125

Медные сплавы

100...160

Стали

200...210

Технические керамики

80...1000

14.3.    СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ

Разрушение элемента, когда он подвержен флуктуирующим нагрузкам, является следствием трещин, которые появляются в результате деформации материала и растут до тех пор, пока не произойдет разрушение. Главные факторы, воздействующие на усталостные свойства, — это концентрация напряжений, обусловленных конструкцией элемента, коррозия, остаточные напряжения, поверхностная финишная обработка, температура, микроструктура сплава и его тепловая обработка. Только при ограниченной длине материала можно выбрать материал с определенным сопротивлением усталости.

В основном для металлов предел усталости, или предел выносливости, составляет примерно 107...108 циклов или 0.33...0.5 статического предела прочности на растяжение. Для сталей предел усталости имеет типичное значение 0.4...0.5 статической прочности. Включения в сталь, такие как сера или свинец, увеличивают ее обрабатываемость на станках, но могут уменьшать предел усталости. Для серого литейного чугуна предел усталости составляет около 0.4 статической прочности, для сфероидальных и ковких чугунов он находится в диапазоне 0.5, для ферри-товых сортов — до 0.3, для высокой прочности перлитовых чугунов, для черносердечных, белосердечных и низкой прочности перлитовых ковких чугунов — около 0.4. У алюминиевых сплавов предел выносливости составляет примерно 0.3...0.4 статической прочности, а для медных сплавов — 0.4...0.5.

Эффекты усталости у полимеров осложнены тем обстоятельством, что альтернативой действиям нагрузки в полимере становится нагрев. Он является причиной уменьшения модуля эластичности, а при достаточно высоких температурах может возникнуть также расширение, что вызовет разрушение. Таким образом, усталость в полимерах очень сильно зависит от температуры.

14.4.    УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ

Ударную вязкость можно определить как оказание материалом сопротивления разрушению. Вязкий материал сопротивляется распространению трещин. Ударную вязкость измеряют двумя основными методами: при первом — определяют сопротивление материала ударной нагрузке в испытаниях Шарпи или Изода при количестве энергии, достаточной для излома образца, а при втором

— определяют сопротивление материала распространению существующей уже трещины при испытании прочности на растяжение. Измерения проводят экспериментально на образце с надрезом с заранее созданной на дне надреза усталостной трещиной. При этом фиксируют усилие в момент подрастания трещины на некоторую длину и перехода ее к нестабильному распространению и рассчитывают вязкость разрушения для плоской деформации растяжением К: чем ниже это значение, тем меньше вязкость материала. В Табл. 14.5 приведены типичные величины вязкости разрушения К для плоской деформации растяжения при 20°С.


⇐ назад к прежней странице | | перейти на следующую страницу ⇒