Диаграмма растяжения (сжатия): предел пропорциональности, упругости, текучести и прочности

Рисунок 1. Образец для испытания на растяжение

При испытании образцов на растяжение (сжатие) определяются такие характеристики как модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел текучести, временное сопротивление и другие. Эти величины в дальнейшем используются при прочностных расчетах, расчетах на жесткость и устойчивость. Испытание образцов проводится на специальных гидравлических машинах, которые передают либо сжимающие усилия, либо растягивающие, при этом фиксируются механические характеристики испытываемых образцов. В частности, машина выводит график, показывающий зависимость между напряжениями и деформацией, либо между силой и удлинением (укорочением) образца. Такие график получил называние – диаграмма растяжения (сжатия).

Для испытания на растяжение использует образцы, представленные на рисунке 1. Отношение рабочей длины к диаметру принимается как l/d=10 либо l/d=5. Это делается для того, чтобы в разных испытательных лабораториях результаты были сравнимы.

Рисунок 2. Образец для испытания на сжатие.

Для испытания образцов на сжатие их выполняют в виде цилиндра с соотношением L/D=2. (Рисунок 2)

Для пластичных и хрупких материалов диаграммы растяжения (сжатия) несколько разнятся. Для начала рассмотрим диаграмму для пластичного материала (Рисунок 3). Примерно такую диаграмму имеют все малоуглеродистые стали (Ст2, Ст3 и т.д.)

Важные характеристики на диаграмме растяжения и сжатия

На графике по вертикали откладывается нормальное напряжение σ, по горизонтали деформация ε. Также его иногда строят в координатах сила/удлинение образца.

Пластичность – это способность материала изменять свою форму под действием внешней нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки.

Упругость – это способность материала искажать свою форму под действием внешней нагрузки и восстанавливать свое первоначальное состояние после ее снятия.

По достижению определенного предела напряжения график представляет собой прямую линию (Участок А-Б), то есть между напряжениями и деформациями прослеживается линейная зависимость. Таким образом, на этой участке соблюдается закон Гука:

Точка Б, до которой соблюдается это связь называется пределом пропорциональности.

Рисунок 3. Диаграмма растяжения (сжатия) малоуглеродистой стали.

Предел пропорциональности – это максимальное напряжения, при котором сохраняется пропорциональная зависимость между напряжением и деформацией.

На участке Б-В также наблюдаются упругие деформации, но материал начинает деформироваться интенсивней. Точка B соответствует пределу упругости. Не у всех материалов обнаруживается эта характеристика, поэтому чаще всего предел упругости не отмечается на диаграмме растяжения (сжатия).