ПРОЧНОСТЬ

ПРОЧНОСТЬ - свойство материала и КОНСТРУКЦИЙ воспринимать, не разрушаясь, НАГРУЗКИ и воздействия.

ПРОЧНОСТЬ — свойство материалов воспринимать те или иные воздействия, не разрушаясь. Часто понятие «прочность» рассматривают так же, как способность материала сопротивляться действию нагрузок без образования заметных остаточных деформаций. Такое толкование прочности находит практическое применение для пластичных материалов, разрушению которых предшествуют значительные остаточные деформации. Одной из основных количественных характеристик прочности является предел прочности (временное сопротивление) при растяжении, равный частному от деления наибольшей нагрузки, которую выдерживает растягиваемый образец, на первоначальную площадь его поперечного сечения.

Другими характеристиками могут служить предел прочности при сжатии, предел прочности при сдвиге, истинное сопротивление при разрыве и т. д. В зависимости от свойств материала и типа нагрузок прочности материала может также характеризоваться пределом текучести, пределом ползучести, пределом выносливости, а также ударной вязкостью. Различают 2 вида разрушения: в результате отрыва частиц или сдвига слоев. Разрушение путем отрыва типично для хрупких материалов (чугун, бетон, стекло), разрушение путем сдвига — для пластичных материалов (малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и их сплавы). Вместе с тем вид разрушения и прочности материала существенно зависят от условий нагружения (температура, скорость нагружения, вид напряженного состояния, наличие концентраторов напряжений, агрессивная среда, действие проникающих излучений и т. п.). Например, с повышением температуры пластичность металлов обычно увеличивается, появляется способность к ползучести, а характеристики прочности уменьшаются.

Понижение температуры ведет к увеличению хрупкости с преобладанием разрушения путем отрыва. При увеличении скорости нагружения характеристики прочности обычно несколько возрастают, а пластичность уменьшается. Некоторые материалы (например, стекло) обнаруживают пониженную прочность при длительном действии нагрузки и разрушаются по типу отрыва. Прочность твердых тел обусловлена взаимодействием между атомами (молекулами, ионами), из которых состоит тело. Разрушение наступает, когда внешние силы преодолевают силы взаимодействия между частицами по некоторому сечению или слою. Процесс упругого и пластического деформирования связан также с преодолением сил взаимодействия. Определение упругих и пластических свойств и прочности твердых тел на основе данных об атомо-молекулярной структуре составляет раздел физики твердого тела.

Теоретические расчеты, основанные на рассмотрении идеальной кристаллической решетки, дают значения характеристик прочности, обычно в сотни и даже тысячи раз превышающие опытные значения. Чтобы устранить это расхождение, необходимо предположить наличие в теле дефектов.

Современная точка зрения на прочность и пластичность моно-кристалличечских твердых тел исходит из факта наличия дефектов кристаллической решетки и, в первую очередь, дислокаций, т. е. линейных искажений структуры решетки, имеющих ширину в несколько периодов решетки, а длину в сотни и тысячи раз большую. На 1 см2 не наклепанного металла приходится 106—108 следов выхода дислокаций. При пластичной деформации плотность дислокаций может повыситься до 1011—1012 на 1 см2. Элементарные акты скольжения внутри кристаллов сводятся к перемещению дислокаций. Помимо дислокационного механизма, пластическая деформация монокристаллов может быть обусловлена также двойникованием, диффузией атомов или вакансий и др.

Большинство строительных материалов являются либо поликристаллическими (сталь), либо неоднородно зернистыми (бетон). Прочность этих материалов в основном определяется наличием хаотически расположенных кристаллитов и зерен различной прочности и ориентации, сильным влиянием границ зерен, инородных включений, пустот, трещин и т. д. Для теоретического исследования поликристаллических и зернистых материалов применяются статистические методы. Разработана лишь статистическая теория хрупкого разрушения, согласно которой тело состоит из весьма большого числа элементов с некоторым статистическим распределением прочности. Разрушение тела происходит, когда местное напряжение превзойдет прочность наиболее слабого элемента. Эта теория позволяет дать качественные и количественные описания масштабного эффекта, наблюдаемого при разрушении хрупких тел, а также разброса характеристик прочности при испытаниях.

Разработан ряд способов повышения прочности материалов: введение в металлы и сплавы легирующих добавок, термическая обработка металлов, наклеп (в т. ч. поверхностное упрочнение), искусственное создание начальных напряжений и др. Широко используются армирование, создание искусственной анизотропии и др. Одно из перспективных направлений металлургии — создание металлов и сплавов, обладающих минимальной начальной плотностью дислокаций. Это позволит многократно увеличить прочность материалов.
От физических теорий прочности необходимо отличать инженерные теории прочности. Последние представляют собой критерии, позволяющие судить о прочности материала при сложном напряженном состоянии на основании характеристик прочности при простом растяжении - сжатии. Практически использование инженерных теорий прочности сводится к вычислению некоторого эквивалентного (приведенного) напряжения, которое затем сравнивается с характеристикой прочности при растяжении- сжатии.

Согласно 1-й теории, за критерий прочности принимается максимально растягивающее напряжение. Предполагается, что, независимо от вида напряженного состояния прочность будет исчерпана, когда напряжение ох превысит предельное напряжение, найденное из опыта на простое растяжение. Аналогично формулируются другие теории. Во 2-й теории за критерий прочности принимаются наибольшие относительные удлинения, в 3-й теории — наибольшие касательные напряжения. Несколько обособленное место занимает 4-я теория, согласно которой прочность при сложном напряженном состоянии определяется расположением главного круга Мора относительно огибающей, построенной на основании опытных данных. В 5-й теории за критерий прочности принимается удельная энергия деформации, связанная с изменением формы тела (возможна и иная трактовка этой теории, основанная на введении октаэдрического касательного напряжения или второго инварианта девиатора напряжения).

Согласно современной точке зрения, для оценки прочности при разрушении путем отрыва наиболее применимы 2-я и 4-я теории прочности. При этом эквивалентное напряжение сравнивается с пределом прочности при растяжении. Для оценки прочности при разрушении путем сдвига применяются 3-я и 5-я теории; эквивалентное напряжение сравнивается при этом с пределом текучести (см. также в теории пластичности условия наступления текучести). В связи с тем, что у одного и того же материала возможны оба типа разрушения, были предложены объединенные теории прочности (например, теория Давиденкова — Фридмана). 4-я теория в общем виде, также допускает учет двух типов разрушения.

• Энциклопедия современной техники строительство, главный редактор В. А. Кучеренко, издательство «Советская энциклопедия», Москва 1964
• Филоненко-Бородич М. М. [и др.], Курс сопротивления материалов, 4 изд., М., 1955—56;
• Ильюшин А. А., Ленский В. С., Сопротивление материалов, М., 1959;
• Фридман Я. Б., Механические свойства металлов, 2 изд., М., 1952;
• Н а д а и А., Пластичность и разрушение твердых тел, пер. с англ., М., 1954;
• Болотин В. В., Статистические методы в строительной механике, М., 1965;
• Когтрелл А. X., Дислокации и пластическое течение в кристаллах, пер. с англ., М., 1958.

UP

Ваше имя:

Комментарий:

Введите код на картинке ( регистр важен)