Кожний матеріал володіє набором властивостей, які визначають його подальші характеристики. Одним з таких якостей є опірність механічним навантаженням, яка називається граничним напруженням. Під цим поняттям розуміють не тільки руйнування матеріалу в точці зламу, але також поява залишкової деформації. Іншими словами, це протидія зовнішнім силам, які призводять до послаблення міцності. Стаття розповідає про те, що собою являє така напруга, як розраховується і як визначається.
Що це за показник?
Граничне напруга матеріалу – це максимальна сила розривного натягу, яку необхідно прикласти на площу його поперечного перерізу, з яким він зможе чинити опір до повного свого руйнування або зламу. Проста формула розрахунку виглядає так: напруга дорівнює силі, діленої на площу. З неї видно, що, чим більше площа, тим меншу силу треба прикласти. Це ж справедливо і навпаки. Чим менше поперечний переріз заготовки, тим більше зусиль потрібно, щоб зламати її.
Однак показники жорсткості у різних матеріалів не однакові. Одні володіють крихкістю, інші – еластичністю. Гранично допустима напруга для кожного визначається за допомогою механічних випробувань. Результат вважається досягнутим, коли на поверхні зразка з’являються зовнішні ознаки порушення цілісності. Вони можуть виражатися у вигляді руйнування або зламу. Для останнього застосовується термін «межа плинності». Перше говорить про крихкість, друге – про пластичності.
Обидва поняття пов’язані з граничним напруженням, при якому порушується міцність матеріалу. Розглянемо більш докладно, як розмежовані ці два поняття.
Напруга і плинність
Жорсткість матеріалів можна розділити на такі два поняття, як крихкість і пластичність:
Напруження, яке виникає в поперечному перерізі зразка, називають розрахунковим. Далі ми розглянемо його детальніше.
Формули для розрахунку напруги
Розрахунок граничних напружень виконується за наступної формулою:
- s = s(перед.) / n.
Де:
- s – нормальне напруження, направлене перпендикулярно поверхні виробу;
- s(перед.) – граничне напруження, яке призводить до повного руйнування зразка або до його деформації, і для пластичних (м’яких) матеріалів значення передбачає межа плинності, а для крихких елементів – межа міцності;
- n – нормований коефіцієнт запасу міцності, який необхідний для компенсації тимчасових перевантажень на робочі конструкції, виконані з цього матеріалу.
Для розрахунку дотичних навантажень використовують формулу:
- t = s / 1 + v.
В ній:
- t – дотичне напруження;
- v – коефіцієнт Пуассона, який застосовується до конкретного матеріалу конструкції.
Висновок
Показник напруги є важливим параметром для розрахунку міцності робочої конструкції. Він використовується при проектуванні несучих елементів. Допомагає визначити ступінь виконання деталлю свого функції і її термін служби.
