Коэффициент конструктивного качества.

 

(К.К.К.) – условный коэффициент эффективности материла, равный отношению показателей прочности R_сж (Мпа) к относительной плотности материала (безразмерная величина)

                                                                         К.К.К. = R/d                                                       (1.30.)

Где d – относительная плотность равная ρ_о (кг/м³)

Чем выше К.К.К. материала, тем эффективнее материал, так имеет высокую прочность при малой средней плотности.

Повышения К.К.К. можно добиться снижением плотности материала и увеличением его прочности.

       ТВЕРДОСТЬ – Способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела; ее определяют различными методами. При определении твердости по методу Бринелля в поверхность испытуемого образца вдавливают при заданной нагрузке шарик определенного диаметра из закаленной хромистой стали. По диаметру отпечатка вычисляют число твердости НВ

                                                               НВ=Р/F=                                        (1.31.)

Где Р – нагрузка на шарик, кгс, Н; F – площадь поверхности отпечатка, мм²; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.

       Твердость хрупких материалов, например природных каменных материалов, определяют по шкале твердости /шкала Мооса/, состоящей из 10 специально подобранных материалов /расположенных по возрастающей твердости:

1 - тальк; 2 - гипс; 3 - кальцит; 4 - флюорит; 5- апатит; 6- ортоклаз; 7- кварц; 8- топаз; 9- корунд;

10 – алмаз./

       Испытуемый материал имеет число твердости между двумя минералами по шкале Мооса, из которых один чертит данные материалы, а другой сам чертится испытуемым материалом.

       динамическая (ударная) прочность – способность материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Она характеризуется работой Дж/м³ /количеством работы/, затраченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема материала/. Испытание проводят на специальном приборе – копре

       Истираемость – способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий, истирание определяют на специальных машинах /круги истирания, пескоструйные машины и др./ и выражают потерей массы образца, отнесенной к площади истирания

                                                                 И = (m_o-m_и)/ F_o, г/см²                                                (1.32.)

где m_o,m_и – масса образца до и после испытания, г; F – площадь истирания, см²

       Механический износ – способность уменьшаться в массе и объеме под действием ударных и истирающих усилий.                        И_из = [(m_o- m_из)/ m_o] * 100, %                                     (1.33.)

 

Где: m_o, m_из – масса образца до и после испытания, г.

 

Деформативные свойства.

 

       Под влиянием внешних факторов материалы могут изменять свои размеры и форму, т.е. деформироваться.

       При приложении к материалу /образцу/ внешних сил изменяются расстояния между атомами, происходит изменение линейных размеров деформируемого тела на значение ∆ℓ в направлении действия сил /при растяжении – удлинение, при сжатии – укорочение/

       Мерой деформации является относительная деформация ε, равная отношению абсолютной деформации ∆ℓ к первоначальному значению линейного размера образца ℓ_о

                                                           ∆ℓ = ℓ_к - ℓ_о   ;  ε = ∆ℓ/ℓ_о                                                 (1.34.)

где: ℓ_о – первоначальная рабочая длина образца, мм; ℓ_к – конечная длина после разрыва, м ε – относительная деформация

  ∆ℓ - абсолютная деформация

            Различают деформации: I. упругие – исчезающие после снятия нагрузи. 2. пластические или остаточные – не исчезающие после снятия нагрузки.

       Механические свойства того или иного материала характеризуются диаграммой растяжения (или сжатия), представляющей собой график зависимости между растягивающей силой, Р и удлинением образца ∆ℓ, или диаграммой деформаций, у которой на оси абсцисс отложены относительные удлинения - ∆ℓ/ℓ, а на оси ординат – напряжения .

       На рис. 1 представлены диаграммы деформаций для стекла «а», стали «б», бетона «в», эластомера «г». По виду диаграмм деформации стекло, и бетон относятся к хрупким материалам, а сталь и эластомер к пластичным.

       Хрупкие материалы под действием возрастающей статической нагрузки разрушаются /мгновенно/ в результате образования быстрого роста одной или нескольких трещин, т.е. хрупкие материалы не деформируются перед разрушением. (рис. 1,»а» и «в»).

К хрупким материалам относятся все виды природных и искусственных каменных материалов, керамические материалы, стекло и др. Пластичные материалы в этих же условиях под действием возрастающей статической нагрузки значительно деформируются, заметно изменяя свою форму и объем, и только затем разрушаются (рис. 1 б,г) металлы, металлические сплавы, ряд пластмасс, глины, резины и др.

            а)                                    б)                                    в)                               г)

                                                                                                      

 

                                                           А

                                                                     В

 

                                   Е                                   Е                                    Е                              Е

 

Рис.1.1. схемы диаграмм деформаций Е от напряжения .

а/стекла; б/стали; в/бетона; г/эластомера;

А-В – площадь текучести

 

УПРУГОСТЬ – способность материала самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил

модуль упругости – характеризует жесткость материала. Чем выше модуль упругости, тем менее пластичен материал.

модуль упругости Е /модуль Юнга/ связывает упругую относительную деформацию ε и одноосное напряжение  соотношением, выражающим закон Гука:

                                                                          ε = /Е                                                             (1.35.)

ХРУПКОСТЬ - свойства материала под действием нагрузки разрушаться без заметной пластической деформации

пластичность – способность материала изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь и сохранять их после снятия нагрузки.

ползучесть – способность материала деформироваться при длительном постоянном действии внешних сил.

релаксация – самопроизвольное снижение первоначальных напряжений в материале за счет внутренней перегруппировки атомов и переориентации внутримолекулярной структуры.

предельная растяжимость – деформация материала в момент разрушения при центральном растяжении.