Wytrzymałość materiałów

WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW:
Prawo Hooke'a – prawo mechaniki określające zależność odkształcenia od naprężenia.
Głosi ono, że odkształcenie ciała pod wpływem działającej nań siły jest wprost
proporcjonalne do tej siły. Ta prawidłowość, sformułowana przez Roberta Hooke'a
(1635-1703) w formie "ut tensio sic vis", pozostaje prawdziwa tylko dla niezbyt
wielkich odkształceń, nie przekraczających tzw. granicy Hooke'a (zwanej też granicą
proporcjonalności), i tylko dla niektórych materiałów. Odkształcenie tego rodzaju znika,
gdy przyłożona siła przestaje działać. Współczynnik między siłą a odkształceniem jest
często nazywany współczynnikiem (modułem) sprężystości.
Krzywa naprężenia ilustruje, jaka jest
współzależność naprężenia i wydłużenia
materiału. Krzywa ta może mieć różny kształt
w zależności od substancji, jej kształtu i
warunków, w jakich poddawana jest
naprężeniu, na przykład od temperatury.
Można na tej krzywej wyróżnić pewne
charakterystyczne strefy
1. Odcinek prostoliniowy. Jest to zakres
stosowania prawa Hooke'a.
2. Zakres sprężystości. Jest to zakres
naprężeń, w którym ciało powraca do
pierwotnego kształtu po usunięciu
naprężenia. Zakres sprężystości
zawiera w sobie również zakres
stosowalności prawa Hooke'a.
3. Zakres plastyczności. W tym zakresie
naprężeń, po ustaniu naprężenia
pozostaje trwałe odkształcenie ciała.
4. Obszar płynięcia kończący się punktem
zerwania. Przy naprężeniach z tego
zakresu materiał zaczyna zachowywać
się jak ciecz i ulega dalszemu
odkształcaniu nawet przy zmniejszeniu
naprężenia ulegając w końcu zerwaniu.
Poszczególne zakresy mogą mieć rożny
rozmiar dla różnego typów materiałów, co
więcej, nie wszystkie muszą wystąpić w
krzywej naprężenia.
Kształt krzywej naprężenia jest podstawą
klasyfikacji materiałów na



sprężyste
plastyczne
kruche
Podział ten jest nieostry i są materiały, które
trudno zaliczyć do którejś z tych grup.
Przykładem może być polimer, którego
krzywą naprężeń pokazuje rys. 2. Obszar
metal
polimer
sprężystości przechodzi tu płynnie w obszar
plastyczności.
Materiały sprężyste
Dla materiałów sprężystych, w dużym zakresie naprężeń, pozostają one sprężyste (długi
odcinek pierwszy). Zakres sprężystości może ograniczać się tylko do zakresu
stosowalności prawa Hooke'a, co widać na rys. 1 dla stali. Zakres plastyczności
występuje i jest wykorzystywany na przykład do wyciągania cienkich drutów z prętów.
W materiałach sprężystych można precyzyjnie określić ich wytrzymałość, czyli
maksymalne naprężenie, po którym musi nastąpić zerwanie - jest to naprężenie
odpowiadające najwyższemu punktowi krzywej. Punkt zerwania też jest precyzyjnie
określony. Materiałami sprężystymi są m. in. metale i niektóre tworzywa sztuczne.
Materiały plastyczne
W materiałach plastycznych zakres sprężystości jest bardzo mały, w przeciwieństwie do
zakresu plastyczności. Trudno jest w tych materiałach określić wytrzymałość i punkt
zerwania. Do materiałów plastycznych zalicza się m.in. glinę, plastelinę, smołę.
Materiały kruche
Materiały takie mają dość mały zakres sprężystości. Brak jest zakresu plastyczności. Do
materiałów należy szkło, ceramika.
Granica sprężystości to takie naprężenie, po przekroczeniu którego nie następuje
powrót - po zdjęciu obciążenia - do pierwotnej, nieodkształconej i wolnej od naprężeń
postaci. W materiale pozostają trwałe deformacje bądź to w wyniku uplastycznienia
materiału (przejście ze stanu sprężystego w plastyczny), bądź to w wyniku uszkodzeń
lub wręcz dekohezji. Oprócz granicy sprężystości, często wyróżnia się granicę
proporcjonalności, czyli wartości naprężeń dla których odkształcenia (jak też
przemieszczenia) są liniową funkcją naprężeń. Jest to granica obowiązywania liniowej
teorii sprężystości a więc i prawa Hooke'a. Powyżej granicy proporcjonalności materiał
może wykazywać zachowania nielioniowo sprężyste.
Sprężystość – fizyczna właściwość ciał materialnych odzyskiwania pierwotnego
kształtu i wymiarów po usunięciu sił zewnętrznych wywołujących zniekształcenie –
czyli zmianie tensora naprężeń towarzyszy zmiana tensora odkształceń i odwrotnie,
przy czym zmiany te są w pełni odwracalne.
Wytrzymałość materiałów – dziedzina wiedzy inżynierskiej, cześć inżynierii
mechanicznej zajmująca się opisem zjawisk zachodzących w materiałach
konstrukcyjnych i konstrukcjach poddanych zewnętrznym obciążeniom. Praktycznym
zadaniem badania wytrzymałości materiałów jest określenie stanu wytężania materiału,
na podstawie obliczeń.
Rozciąganie - do ścianek poprzecznych jednorodnego i
izotropowego pręta pryzmatycznego przyłożone jest
obciążenie o stałej gęstości σ o zwrocie zgodnym z wektorem
normalnym powierzchni ścianki poprzecznej (prostopadłym
do ścianki, skierowanym na zewnątrz).
Ściskanie do ścianek poprzecznych jednorodnego i
izotropowego pręta pryzmatycznego przyłożone jest
obciążenie o stałej gęstości σ o zwrocie przeciwnym do
wektora normalnego powierzchni ścianki poprzecznej
(prostopadłym do ścianki, skierowanym do wewnątrz).
Docisk (nacisk) w wytrzymałości materiałów - stan
obciążenia materiału, w którym punktowa lub
powierzchniowa siła zewnętrzna działa na powierzchnię ciała.
Takie obciążenie powoduje pojawienie się w warstwie
powierzchniowej naprężeń. Docisk występuje przy
wszelkiego rodzaju uchwytach, łożyskach, w parach
kinematycznych oraz w elementach w połączeniach
nitowych, klinowych i wpustowych.
Ścinanie - w wytrzymałości materiałów ogólny przypadek
obciążenia, w którym układ sił wewnętrznych udaje się
sprowadzić do jednej siły działającej w płaszczyźnie
przekroju elementu. Przypadek czystego ścinania występuje
w czasie rozciągania połączenia spawanego, gdy siły
rozciągające przyłożone są do elementów spawanych.
Naprężenia tnące występuje w spoinie na płaszczyznach
łączących nią z elementami. Ścinanie najczęściej występuje w
połączeniu z innym stanem obciążenia np., wraz z dociskiem,
w połączeniach nitowych, klinowych i wpustowych.
Zginanie - w wytrzymałości materiałów stan obciążenia
materiału, w którym na materiał działa moment, nazwany
momentem gnącym, pochodzący od pary sił działających w
płaszczyźnie przekroju wzdłużnego materiału. Zginanie
występuje w elementach konstrukcji, którymi najczęściej są
belki. Zginanie jest pokrewne rozciąganiu i ściskaniu, gdyż
powoduje pojawienie się naprężeń normalnych w przekrojach
poprzecznych elementu. W przeciwieństwie jednak do
rozciągana i ściskania, rozkład naprężeń normalnych w
przekroju elementu jest nierównomierny.
Skręcanie - w wytrzymałości materiałów stan obciążenia
materiału, w którym na materiał działa moment, nazwany
momentem skręcającym, działający w płaszczyźnie przekroju
poprzecznego materiału. Powoduje on występowanie
naprężeń ścinających w płaszczyźnie równoległej do
płaszczyzny działania momentu. Skręcanie występuje w
prętach, którymi najczęściej są wały.
Żródło:
www.zscps.krzysekkk.com/.../Wytrzymałość%20materiałów.doc