Прочность

По способу приложения нагрузки различают статическую и динамическую прочность.

Поскольку именно динамические нагрузки наиболее часто встречаются на практике, то говоря о прочности часто имеют в виду именно динамическую прочность – свойство оказывать сопротивление действию динамических нагрузок.

Динамическая прочность является характеристикой сопротивления материала деформированию или разрушению при динамической нагрузке.

Различают динамическую прочность при многократной циклической нагрузке и прочность при однократной нагрузке.

Динамическая прочность при циклических нагрузках

Характеристикой динамической прочности при повторно-переменных нагрузках является предел прочности (предел выносливости, усталости) материала, величина которого меньше величины статической прочности.

Величина предела прочности зависит от ряда факторов:

• вида, структуры и дефектов материала,
• технологии изготовления и обработки,
• среды и температуры испытаний,
• состояния поверхности,
• концентрации напряжений,
• размеров образца,
• режима нагрузки и т.д.

Предел прочности может изменяться в больших пределах – при самых неблагоприятных условиях может уменьшаться в 5-10 раз по сравнению с пределом прочности материала в обычных условиях. Эти изменения вызывают значительные сложности при проектировании машин и конструкций в связи с необходимостью исключения их усталостных разрушений.

Для каждого случая условий эксплуатации предел прочности определяется экспериментально в условиях действия переменных напряжений при определенном виде цикла изменения нагрузки.

Динамическая прочность при однократной нагрузке

Динамическое сопротивление материала деформированию в условиях однократной нагрузки при одноосном напряженном состоянии определяется диаграммой деформирования. В общем случае изменение сопротивления деформированию $σ (t)$ определяется изменением деформации $ε (t)$ в процессе испытания материала.

Диаграмма деформирования $σ(ε)$ характеризует только тот закон нагрузки, который реализуется в процессе исследования.

Обобщение экспериментальных данных, полученных при испытаниях с различными законами нагрузки, обычно применяют в виде связи трех таких переменных: напряжение $σ$, деформации $ε$ и скорости деформирования $ε(t)$. То есть зависимостями вида $(σ, ε, t)$, которые в трехмерном пространстве изображаются соответствующими поверхностями нагрузок.

Аналогично кратковременной статической прочности динамическая прочность характеризуется динамичными пределом текучести, пределом прочности и тому подобное.

Для случая ударных нагрузок динамическая прочность характеризуется величиной максимального неразрушающего напряжения, возникающего в телах при ударном взаимодействии (может быть выше величины статической прочности), а также ударной вязкостью.

Прочность при кратковременной (длительностью порядка 10-3 с) динамической нагрузке ударного характера называют ударной прочностью.

Получение характеристик прочности

Характеристики прочности при увеличенных скоростях деформирования получают, используя пневмо-гидравлические устройства. Действие ударов и взрывов используют для деформирования с очень большими скоростями. Если скорость относительного деформирования меньше чем 104 с-1, кривую деформации определяют в квазистатических испытаниях, которые обеспечивают однородное напряженное состояние по всему объему рабочей части образца, при сохранении этой скорости. Влияние скорости деформирования незначительно для хрупких материалов высокой прочности и увеличивается с ростом их пластичности.

Наличие конструктивно-технологических концентраторов напряжений (отверстий, резких переходов форм, мест с неоднородной структурой материала) значительно снижает динамическую прочность элементов конструкции.

Вам нужно срочно заказать статью по физике для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!

Тест по теме «Прочность»