Физико-механические характеристики, используемые для оценки материалов

Физико-механические характеристики, используемые для оценки материалов

Любая строительная конструкция, как и все сооружение или здание в целом, должна быть рассчитана на прочность, жесткость и устойчивость, что невозможно сделать, если неизвестны упругие (физические) и механические характеристики материала конструкции. Эти характеристики определяются только экспериментальными методами и приводятся в соответствующих таблицах в справочниках, СНИПах и других нормативных документах.

Величины Е – модуль продольной упругости материала (модуль Юнга), G – модуль сдвига и v – коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) называют упругими постоянными или упругими характеристиками материалов. Е и G имеют размерность напряжения (Па). Эти три упругие характеристики определяют основные физические свойства конструкционных материалов. Физические свойства – это свойства материала, зависящие от внутреннего строения вещества, его атомно-электронной структуры. К физическим характеристикам, помимо уже указанных E, G и V, относят также плотность, тепло- и электропроводность, коэффициент температурного линейного расширения, теплоемкость, температуру плавления.

Конструкционные строительные материалы включают в себя множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, а также других бесчисленных сооружений и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими физико-механическими свойствами. В распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали, сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, железобетон, стекло, древесина, полимеры и т.д.

Модуль продольной упругости материала Е и коэффициент Пуассона V определяются экспериментальным путем с использованием формул

где N – нормальная сила в центрально-растянутом образце; l – длина образца; Δl – абсолютное удлинение образца; А – площадь поперечного сечения образца до деформации; ztr – относительная поперечная деформация; ε = Δl/l – относительная продольная деформация. Модуль сдвига G может быть вычислен по формуле

Постоянные E, G, ν и плотность р для некоторых конструкционных материалов приведены в табл. 2.1. При нагреве материала модуль продольной упругости уменьшается, а коэффициент Пуассона увеличивается.

Плотность материала – степень заполнения объема материала твердым веществом, из которого состоит данный материал. Плотность выражается отношением объемного веса к удельному весу.

Основные механические характеристики конструкционных материалов также определяются экспериментальным путем. Для пластических материалов это σpr – предел пропорциональности, σу – предел текучести, σut – предел прочности; для хрупких материалов – это – предел прочности на растяжение, – предел прочности на сжатие. Предел текучести (физический) – это напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки. Некоторые материалы не имеют четкой площадки текучести. Для них используется условный предел текучести: напряжение, при котором остаточное удлинение образца достигает В табл. 2.2 приведены ориентировочные значения прочностных характеристик для некоторых конструкционных материалов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *