НАУКА О ПРОЧНОСТИ

ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Т|аборатория, в которой исследуют прочность материалов, * несколько напоминает заводской цех. Здесь также рас­положились рядами различные испытательные машины и приборы. Среди них и мощные гидравлические прессы,

Развивающие усилия в десятки тонн, и маленькие чувстви­тельные приборы — тензометры, улавливающие деформа­цию в десятитысячные доли миллиметра, и оптические установки, создающие наглядную картину распределения напряжений в деталях сложной формы.

Разнообразны машины, различны их назначения, но все они помогают ре­шить общую задачу — определить механические свойства материала, те свойства, которые впослед­ствии будут использованы инженером, проектирую­щим машину или соору­жение.

Важнейшие механиче­ские свойства металла определяют испытанием металлического образца на растяжение. Проводят это испытание на специальном прессе. Универсальный винтовой пресс (рис. 6) применяется сейчас повсе­местно. Создание этого пресса — заслуга извест­ного русского исследова­теля Андрея Григорьевича Гагарина. Сконструиро­ванный много лет назад, этот пресс до сих пор счи­тается одной из лучших испытательных машин. С его помощью можнсГ проверять 'материал не только на сжатие, но, применив несложные приспособле­ния, также и на растяжение, изгиб, кручение. Например, для растяжения образца служит так называемый. ревер­сор, показанный на рис. 6 в верхнем левом углу.

Включён ток. Электродвигатель вращает массивную гайку пресса. Винт, охватываемый гайкой, опускается
и сдавливает реверсор с закреплённым в нём стальным образцом. Испытываемый образец растягивается. Автома­тическое устройство записывает усилие, развиваемое прес­сом, и деформацию образца. На бумажном листе, обёрну­том вокруг насаженного на гайку барабана, перо остав­ляет кривую, определяющую взаимосвязь усилий и дефор­маций. Диаграмма, автоматически вычерчиваемая во

Время опыта, называется диаграммой растяжения. Чем больше растяжение, тем больше поворот бара­бана, чем больше сила, развиваемая прессом, тем выше подъём пера. Таким образом, перо, перемеща­ясь вверх и вниз, оставляет на бумажной ленте кри­вую, которая точно фикси­рует непрерывное измене­ние напряжений и дефор­маций, происходящее во время опыта.

Прямая, которую вы ви­дите на рис. 7, и показы­вает, что напряжение рас­тёт пропорционально де­формации. Чем больше деформация, тем больше и напряжение. И наоборот, с увеличением напряжения, с увеличением нагрузки, соответственно возрастает и дефор­мация. Понятно, что величины деформации и напряжения в материале тесно связаны друг с другом.

Посмотрим на кривую, вычерчиваемую в процессе опыта. Растёт деформация, и вместе с neii увеличивается напряжение в металле. Варабли ещё говеем немного повернулся, а перо уже поднялось почти до половины высоты бумажной лепты, вычертни на нон прямую, круто идущую вверх.

Поясним это на примере. Токарь обтачивает вал, и под давлением резца деталь прогибается. Станочник увеличи­вает подачу, и давление инструмента на деталь растёт. Вот давление увеличилось вдвое, прогиб вала возрос так­же вдвое. Давление утроилось, и в такой же мере увели­
чился прогиб. Эта закономерность и отражается ползу­щей вверх прямой линией диаграммы. Растёт нагрузка, и пропорционально ей увеличивается деформация.

Но вдруг картина меняется. Линия в точке А начинает искривляться. Это — сигнал о нарушении пропорциональ­ности между усилиями и деформациями. Напряжение, при котором теряет силу закон пропорциональности деформа­ций и напряжений, называют пределом пропорционально­сти. У разных материалов его величина различна.

До тех пор, пока напряжение не превышает предела пропорциональности, отношение напряжения к относитель­ному удлинению *) остаётся постоянным. Это постоянное отношение называется модулем упругости материала.

Модуль упругости — очень важная характеристика ма­териала, она показывает его жёсткость, т. е. способность материала противостоять деформирующему действию нагрузок. Чем больше модуль упругости, тем жёстче мате­риал. Поясним это на двух металлах — стали и меди.

Испытывая сталь и медь, можно заметить, что при одинаковых напряжениях относительное удлинение сталь­ного стержня будет вдвое меньше, чем медного. Это озна­чает, что сталь труднее поддаётся деформации, что она жёстче меди. И действительно, модуль упругости стали приблизительно вдвое больше модуля упругости меди. Сталь — очень жёсткий материал. Даже когда напряже­ние уже достигло предела пропорциональности, удлинение образца всё ещё остаётся ничтожно малым, совершенно незаметным для глаза.