Механические свойства материалов: упругость, твердость и истираемость
Упругость - свойство материалов восстанавливать форму и объем (у твердых
материалов) или только объем (у вязких и жидких) после прекращения действия деформирующих сил. Наибольшее напряжение, при котором еще не обнаруживается пластическая (остаточная) деформация, называется пределом
упругости. Различают также условный предел упругости - наименьшее напряжение, которое вызывает появление необратимой пластической деформации. В границах упругих деформаций действителен закон Р.Гука- деформация материала пропорциональна действующей силе (каково удлинение,
такова и сила). Этот закон, сформулированный в 1676 г., был позднее уточнен Т. Юнгом в его современном определении - напряжение при упругой деформации тела пропорционально относительной деформации
Модуль упругости для данного материала - величина постоянная, измеряемая, как и
напряжение, в паскалях (Па). Модуль упругости характеризует жесткость материала (изделия)-его способность сопротивляться образованию деформации при воздействии внешних сил. В случае простых деформаций (в пределах закона Гука) при растяжении -сжатии жесткость численно определяется как произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения. Отношение модуля Юнга к средней плотности материала называют удельной жесткостью (или удельным модулем упругости), Характеристики жесткости материала широко используются
при решении задач сопротивления материалов.
Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. В более общем виде это свойство характеризует стойкость материала к деформированию или разрушению при местном силовом воздействии. Твердость определяется структурой материала. Количественно показатель твердости оценивают различными способами, например, при испытании металлов и пластмасс по диаметру
отпечатка от вдавливаемого в поверхность испытываемого материала специального индентора (шарика). Числа твердости являются вторичными, производными механическими характеристиками, зависящими от первичных основных характеристик (модуля упругости, предела прочности и др.), а также от принятого способа испытания. Твердость каменных материалов оценивают по методу Мооса с помощью минералов, указанных в шкале твердости, содержащей 10 эталонов.
Характеристика твердости имеет значение при выборе материалов для покрытия полов и дорожных покрытий, при определении способа механической обработки поверхности мате¬риалов, а также может быть использована для косвенной оценки других
свойств данного материала (прочность, истираемость и др.).
Истираемость
- свойство материала уменьшайся в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирающих усилий (обычно в условиях трения с применением абразива). Количественно истираемость оценивается потерей массы образца, отнесенной к площади истирания в г/см2.
Сопротивление
истираемости -свойство, обратное истираемости, характеризует главный эксплуатационный показатель материалов для полов и других покрытий, подвергаемых трению. Показатели истираемости (И) различных строительных материалов по потере массы в г/см2 (для шлакоситаллов И =0,01-0,03, гранита-0,03-0,07, керамических плиток для по¬лов -0,08, поливинилхлоридных линолеумов -0,02-0,04, релина-0,03, полимерцементных покрытий полов -0,04) трудносопоставимы, поскольку плотности этих материалов находятся в весьма широких
пределах. Поэтому такой способ более пригоден для сопоставления внутри отдельных групп материалов. Для оценки истираемости применяют и другие способы, включая данные ускоренных натурных испытаний (например, в турникетах метро).
Выносливость
материала характеризует его способность сопротивляться усталостному разрушению. Это свойство оценивается числом циклов повторно-переменных напряжений до возникновения макротрешины или полного разрушения. Последнее происходит вследствие усталости материалов, характеризующей изменение физико-мехаиичееких свойств под действием длительных циклических нагружений, которые порождают необратимые накапливающиеся деформации в наиболее напряженных звеньях конструкций. Выносливость материалов важно учитывать при проектировании
конструкций инженерных сооружений и промышленных зданий, в период эксплуатации которых постоянно действуют циклически изменяющиеся во времени нагрузки.