Каждый материал обладает набором свойств, которые определяют его дальнейшие характеристики. Одним из таких качеств является сопротивляемость механическим нагрузкам, которая называется предельным напряжением. Под этим понятием понимают не только разрушение материала в точке излома, но также появление остаточной деформации. Иными словами, это противодействие внешним силам, которые приводят к ослаблению прочности. Статья рассказывает о том, что собой представляет такое напряжение, как рассчитывается и как определяется.
Что это за показатель?
Предельное напряжение материала - это максимальная сила разрывного натяжения, которую необходимо приложить на площадь его поперечного сечения, которому он сможет сопротивляться до полного своего разрушения или излома. Простая формула расчета выглядит так: напряжение равно силе, деленной на площадь. Из нее видно, что, чем больше площадь, тем меньшую силу нужно приложить. Это же справедливо и наоборот. Чем меньше поперечное сечение заготовки, тем больше усилия потребуется, чтобы сломать ее.
Однако показатели жесткости у разных материалов не одинаковые. Одни обладают хрупкостью, другие - эластичностью. Предельно допустимое напряжение для каждого определяется с помощью механических испытаний. Результат считается достигнутым, когда на поверхности образца появляются внешние признаки нарушения целостности. Они могут выражаться в виде разрушения или излома. Для последнего применяется термин «предел текучести». Первое говорит о хрупкости, второе - о пластичности.
Оба понятия связаны с предельным напряжением, при котором нарушается прочность материала. Рассмотрим более подробно, как разграничены эти два понятия.
Напряжение и текучесть
Жесткость материалов можно разделить на такие два понятия, как хрупкость и пластичность:
- Первое предполагает разрушение структуры образца уже при малых воздействующих силах. Эластичные материалы сопротивляются внешнему воздействию, оставляя лишь остаточную деформацию в виде излома. Отсюда следует, что для пластичных элементов критерием непрочности служит изгиб, так как он наступает раньше, чем полное разрушение.
- Для того чтобы загнуть образец, нужно приложить меньше усилий, чем для разрыва. Поэтому для пластичных деталей предельным напряжением является предел текучести. Хрупкие изделия тоже обладают текучестью, но для них этот показатель слишком мал.
Напряжение, которое возникает в поперечном сечении образца, называют расчетным. Далее мы рассмотрим его подробнее.
Формулы для расчета напряжения
Расчет предельных напряжений выполняется по следующее формуле:
- s = s(пред.) / n.
Где:
- s - нормальное напряжение, направленное перпендикулярно поверхности изделия;
- s(пред.) - предельное напряжение, которое приводит к полному разрушению образца или к его деформации, и для пластичных (мягких) материалов значение подразумевает предел текучести, а для хрупких элементов - предел прочности;
- n - нормированный коэффициент запаса прочности, который необходим для компенсации временных перегрузок на рабочие конструкции, выполненные из этого материала.
Для расчета касательных нагрузок используют формулу:
- t = s / 1 + v.
В ней:
- t - касательное напряжение;
- v - коэффициент Пуассона, который применяется к конкретному материалу конструкции.
Заключение
Показатель напряжения является важным параметром для расчета прочности рабочей конструкции. Он используется при проектировании несущих элементов. Помогает определить степень выполнения деталью своей функции и ее срок службы.
