Деформації і напруги
Пружністю твердого тіла називають його властивість самопроіз-вільно відновлювати первинну форму і розміри після припинення дії зовнішньої сили. Пружна деформація повно-стю зникає після припинення дії зовнішньої сили, тому її прийнято називати оборотної.
Пластичністю твердого тіла називають його властивість змінювати форму або розміри під дією зовнішніх сил, не руйнуючись, причому після припинення дії сили тіло не може самопр-довільно відновлювати свої розміри і форму, і в тілі залишається деяка залишкова деформація, яка називається пластичної де-формацією.
Пластичну або остатачную деформацію, що не зникає після зняття навантаження, називають н е о б р а т і м про і.
Крихкістю твердого тіла називають його здатність руйнуючої-тися без освіти помітних залишкових деформацій.
Основними характеристиками деформативних властивостей будівельного матеріалу є: модуль пружності, коефі-цієнт Пуассона, модуль зсуву, об'ємний модуль пружності (модуль всебічного стиску), граничні деформації (розтягується-ня, стиснення та ін.), Повзучість. Інші характеристики можуть оп-чати для спеціальних умов нагруженйя.
Відносна деформація дорівнює відношенню абсолютної деформації # 8710; l початкового лінійного розміру / тіла:
Деформація відбувається внаслідок видалення або зближення атомів, причому зміщення атомів пропорційні деформації тіла.
Напруга - міра внутрішніх сил, що виникають в Деформівні-руемой тілі під впливом зовнішніх сил.
Модуль пружності Е (модуль Юнга) 'пов'язує пружну де-формацію і одновісне напруга лінійним співвідношенням, що виражає закон Гука **:
При відносному розтягуванні (стисканні) напруження визначає-ся за формулою
, де Р - діюча сила; F - площа початкового поперечного перерізу елемента.
Марки цегли встановлюються за показаннями міцності на стиск і вигин.
Міцність - здатність матеріалів чинити опір руйнуючої шению і деформацій від внутрішньої напруги, що виникають в результаті впливу зовнішніх сил або інших факторів, таких як нерівномірне осідання, нагрівання і т. П. Оцінюється вона меж міцності. Так називають напругу, що виникає в матеріалі від дії навантажень, що викликають його руйнування.
Розрізняють межі міцності матеріалів при стисненні, рас тяженіі, вигині, зрізі та ін. Вони визначаються випробуванням стандартних зразків на випробувальних машинах. Межа міцності при стисненні і розтягуванні Rсж (Р). МПа, обчислюється як відношення навантаження, руйнує матеріал Р, Н, до площі поперечного перерізу F, мм 2:
Межа міцності при вигині Rи. МПа, обчислюють як відношення моменту, що вигинає M, Н х мм, до моменту опору зразка. мм 3:
Кам'яні матеріали добре працюють на стиск і значно гірше (в 5-50 разів) на розтягнення і вигин. Інші матеріали - метал, деревина, багато пластмаси - добре працюють як на стиск, так і на розтягнення і вигин.
Межа міцності визначається випробуванням зразків матеріалів стандартних розмірів на спеціальних приладах (пресах) шляхом руйнування їх і визначення руйнівного зусилля.
Величина зусилля руйнівного зразок ділиться на площу поперечного перерізу зразка, і виходить напруга R (в кг / см 2), при якому зруйнувався зразок; це і є межа міцності.
Межа міцності деяких матеріалів (наприклад, бетону, розчину, каменю) називається їхньою маркою.
Марка каменю позначає межа міцності каменю (в кг / см 2) при стисненні.
Важливою характеристикою матеріалів є коефіцієнт конструктивної якості. Це умовна величина, яка дорівнює відношенню межі міцності матеріалу R, МПа, до його відносної щільності:
Коефіцієнт конструктивної якості для важкого бетону марки 300 дорівнює 12,5; стали марки Ст5-46, деревини дуба при розтягуванні - 197. Матеріали з більш високим коефіцієнтом конструктивної якості є і більш ефективними.
Пружність - здатність матеріалів під впливом навантажень змінювати форму і розміри і відновлювати їх після припинення дії навантажень.
Пружність оцінюється межею пружності буп. МПа, який дорівнює відношенню найбільшого навантаження, що не викликає залишкових деформацій матеріалу, PУП. Н, до площі первісного поперечного перерізу F0. мм 2:
Пластичність - здатність матеріалів змінювати свою форму і розміри під впливом навантажень і зберігати їх після зняття навантажень. Пластичність характеризується відносним подовженням або звуженням.
Руйнування матеріалів може бути крихким або пластичним. При крихкому руйнуванні пластичні деформації незначні.
Релаксація - здатність матеріалів до мимовільного зниження напружень при постійному впливі зовнішніх сил. Це відбувається в результаті міжмолекулярних переміщень в матеріалі. Релаксація оцінюється періодом релаксації - часом, протягом якого напруга в матеріалі знижується в е = 2,718 рази, де е - основа натурального логарифма. Період релаксації становить від 1 х 10 -10 секунд для матеріалів рідкої консистенції і до 1 х 10 10 секунд (десятки років) у твердих.
Твердість - здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього більш твердого матеріалу.
Для різних матеріалів вона визначається за різними методиками. Так, при випробуванні природних кам'яних матеріалів користуються шкалою Мооса, складеної з 10 мінералів, розташованих в ряд, з умовним показником твердості від 1 до 10, коли більш твердий матеріал, який має більш високий порядковий номер, дряпає попередній. Мінерали розташовані в наступному порядку: тальк або крейда, гіпс або кам'яна сіль, кальцит або ангідрит, плавиковий шпат, апатит, польовий шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз.
Твердість металів, бетону, деревини, пластмас оцінюють вдавленням в них сталевої кульки, алмазного конуса або піраміди.
Твердість матеріалу не завжди відповідає міцності. Так, деревина має міцність, однакову з бетоном, але значно меншу твердість.
Стираність - здатність матеріалів руйнуватися під дією зусиль стирання. Стираність І в г / см 2 обчислюється як відношення втрати маси зразком m1 -m2 в г від впливу зусиль стирання до площі стирання F в см 2;
Визначається І шляхом випробування зразків на колі стирання або в поличному барабані. Ця характеристика враховується при призначенні матеріалів для підлоги, сходових ступенів і майданчиків, доріг.
Знос - властивість матеріалу чинити опір одночасному впливу стирання і ударів. Знос матеріалу залежить від його структури, складу, твердості, міцності, стійкості до тертя. Знос визначають на пробах матеріалів, які відчувають в обертовому барабані зі сталевими кулями або без них. Чим більше втрата маси проби випробуваного матеріалу (у відсотках до первісної масі проби), тим менше його опір зносу.
Крихкість - властивість матеріалу раптово руйнуватися під впливом навантаження, без попереднього помітної зміни форми і розмірів. Крихкому матеріалу, на відміну від пластичного, не можна надати при пресуванні бажану форму, так як такий матеріал під навантаженням дробиться на частини, розсипається. Тендітні камені, скло, чавун і ін.