ЯВЛЕНИЯ ПРИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ
Деформация материала под воздействием напряжений — явление очень сложное, поэтому его приходится в разных направлениях упрощать, чтобы его можно было понять. Одно из таких упрощений — предположение, что нагрузки прикладываются постепенно, как это, например, делают с образцами при испытании на растяжение и сжатие.
Если стальной стержень, нагруженный на растяжение, подвергнуть постепенно возрастающей нагрузке и измерить его дилатацию ℇ, получается диаграмма, показанная на рисунке.
_1= Граница пропорциональности _2 =Предел упругости 3 =Нижний предел текучести 3’= Верхний предел текучести
В начале дилатация очень мала и пропорциональна напряжению, как того требует закон Гука. Начиная с некоторого определенного напряжения пропорциональность прекращается, и дилатация возрастает быстрее. Точное положение этой границы пропорциональности трудно определить. Чем точнее измерение, тем ниже она получается. Для большинства материалов она лежит при δ=0, и закон Гука тогда представляет собой лишь первое приближение к упругому поведению, первый член разложения в ряд Тейлора функции ℇ=ℇ (δ) в окрестности начала координат. Если стержень разгрузить, замечается, что, когда напряжение не было слишком большим, деформация также исчезает в соответствии с законом Гука. Но и это изменяется, если будет превышено определенное напряжение, лежащее близко к пределу пропорциональности, так называемому пределу упругости; тогда общая деформация состоит из упругой (обратимой) и неупругой (остаточной) частей. И предел упругости также не может быть определен точно; он тем ниже, чем выше точность измерения.
Однако, поскольку она имеет большое техническое значение, так как представляет собой предельную границу значимости почти во всех расчетах в сопротивлении материалов, а одновременно и границу, на которой возникают первые необратимые повреждения, для испытания образцов она строго определяется некоторой принятой конвенцией, поэтому, напр., в качестве предела 0,2% обозначается такое напряжение, при котором. остаточная деформация достигает 0,2%.
Сразу после превышения предела упругости деформация резко возрастает и может быть заметна невооруженным глазом; при почти постоянном напряжении стержень непрерывно удлиняется. Это напряжение называется пределом текучести.
В гидравлических машинах для испытания материалов после начала текучести можно также заметить более или менее выраженное падение напряжения, как показано на графике пунктирной кривой; тогда максимум называют верхним пределом текучести, а постоянное напряжение текучести, которое затем наступает, — нижним пределом текучести.
После достижения определённой деформации, которая почти полностью неупругая, напряжение снова начинает возрастать, материал упрочняется. В этой области нагрузки происходит заметное уменьшение поперечного сечения стержня вследствие (неупругого) бокового сокращения, и дальнейший ход диаграммы напряжений и деформаций зависит прежде всего от того, делится ли при расчёте напряжения сила растяжения P, действующая на стержень, на первоначальное сечение Fo или на текущее сечение F. Для технических целей интерес представляет напряжение P/F. Это напряжение проходит через максимум, который называется прочностью материала, и после прохождения этого максимума стержень в одном месте сильно сужается и разрывается. „Истинное напряжение“ P/F возрастает до разрушения.
Поведение других металлов во многом отличается от описанного здесь. Течение часто не выражено, а упрочнение начинается непосредственно после превышения предела упругости.
У хрупких материалов (камень, стекло, бетон) неупругие деформации вообще малы, и уже при небольшой деформации происходит разрушение. Полная деформация, которую материал претерпевает до разрушения, является мерой пластичности (противоположно: хрупкости) материала, и для стали она точно регламентируется техническими условиями. Однако, поскольку непосредственно перед разрушением дальнейшая деформация концентрируется в окрестности места суженного сечения, получается различное значение деформации при разрушении в зависимости от того, принимается ли за расчетную длину большая или меньшая часть стержня, так что для получения однозначных и взаимно сопоставимых результатов необходимо заранее принять определенную конвенцию. Деформацию при разрушении, как правило, измеряют так, что на круглом стержне диаметра d перед испытанием отмечают расчетную длину l = 10 d и по ее удлинению ∆l вычисляют деформацию при разрушении ℇSl= ∆1/1.
Если требуется испытывать стержни другого сечения, измерительная длина определяется по диаметру круглого цилиндрического стержня, имеющего ту же площадь поперечного сечения.