Упругость материала

Детали конструкций работают на растяжение, сжатие, изгиб или кручение, при этом происходит деформация их материала.

Напряжение – мера внутренних сил, возникающих при деформации материала, численно представляющая собой отношение усилия P (растяжения или сжатия) к площади F поперечного сечения образца или детали:

.

Упругость – свойство материала восстанавливать свою форму и объем при прекращении внешних воздействий. Упругость это очень важная характеристика материалов, т.к. от нее зависит жесткость конструкции. Она обусловлена взаимодействием между атомами и молекулами и их тепловым движением. Плотность материалов определяет во многом значения других показателей, в том числе и их упругость.

Количественных характеристик упругих свойств материалов несколько; важнейшими из них являются модули Е упругости Юнга (модуль

продольной упругости) и коэффициент Пуассона  (модуль поперечной упругости).

Модуль Юнга Е представляет собой меру жесткости материала и отражает сопротивляемость материала упругой деформации. Он практически не зависит от структуры материала и хорошо коррелируется с температурой его плавления. Жесткость конструкции повышается с увеличением модуля упругости.

Коэффициент Пуассона отражает соотношение между продольными и поперечными деформациями. Величина этого коэффициента для материалов находится в пределах 0,2…0,45, составляя для большинства металлов ~ 0,3.

Начальный участок диаграммы растяжения представляет собой прямую линию. Крутизна этого участка (отношение напряжения к деформации) является характеристикой металла — модулем упругости Юнга (модулем Е).

Модуль Юнга Е – отношение величины напряжения  к вызванной им относительной деформации  (рис.2.1):

.

Рис. 2.1. Изменение напряжения  в зависимости от относительного удлинения  материала

Относительное удлинение (сжатие)  испытываемого материала определяется по формуле:

^,

г

де l и l₀– длины образца, соответственно, после растяжения и начальная.

Коэффициент Пуассона – относительное изменение поперечного размера тела d/d_о, деленное на относительное изменение его длины l /l_о:

Жесткость – способность материала к наименьшему изменению размеров и формы при заданной нагрузке. Чем больше жесткость материала образца, или детали, тем происходят меньшие изменения его формы и размеров при нагружении.

Модуль упругости определяют по диаграмме растяжения образца, но это возможно и ультразвуковым методом.

Ультразвуковой метод основан на зависимости скорости распространения F_р ультразвуковых колебаний (частота выше 20 кГц) в материалах от их упругости Е и плотности ρ:

, м/с,

где Е- модуль упругости Юнга, ГПа;

ρ — плотность материала, кг/м³;

к- коэффициент взаимосвязи.

Челябинское научно- производственное предприятие «Интерприбор» выпускает большую номенклатуру малогабаритных приборов для неразрушающего контроля строительных материалов. В лабораторных работах №2…№5 используются некоторые из них: прибор определения прочности бетонов Оникс-2.51, измерители влажности ВИМС -2.1 и теплопроводности материалов МИТ-1, ультразвуковой прибор Пульсар -1.1, двухканальный гигрометр ТЕМП-3.2.1.

Достоинства этих приборов:

1. Применяются в качестве методов неразрушающего контроля.

2. Дисплей и управление процессом измерения у этих приборов построены по одинаковым принципам.

3. Приборами выполняется первичная обработка информации (определяются среднее значение и ошибка измерений), проводится накопление ее и возможна связь с компьютером.

4. Для повышения точности измерений в программу вводится название исследуемого материала, т.е. закладываются некоторые основные его характеристики.

5. Приборы определяют какую то физическую величину (стабилизация температуры, скорость,…), которая далее пересчитывается в характеристику материала (теплопроводность, прочность материала,…).

При использовании этих приборов сначала устанавливаются параметры:

— в пункте «режим работы» — поверхностное или сквозное прозвучивание;

-в пункте «материал» — вид испытываемого материала;

— в меню «калибровка» — измеряемый параметр: скорость ультразвука, плотность, прочность и др.;

— в подменю «коэффициенты характеристик» — задать (ранее определенные опытным путем) коэффициенты для пересчета зависимости «скорость распространения УЗК – измеряемый параметр».

Кроме этих электронных приборов в работах используются такие простейшие измерительные средства как весы рычажные и электронные, линейки и штангенциркули.

Характеристика ультразвукового прибора Пульсар 1.1

Прибор Пульсар 1.1 предназначен для определения времени и скорости распространения ультразвуковых волн (УЗВ) в твердых материалах при поверхностном, угловом и сквозном прозвучиваниях (рис 2.

3).

Рис. 2.3. Схемы прозвучивания материалов

Основные области применения прибора Пульсар 1.1:

1. Определение прочности бетона (ГОСТ 17624-87).

2. Определение прочности кирпича и камней силикатных (ГОСТ 24332).

3. Поиск дефектов в бетонных сооружениях.

4. Определение глубины трещин.

5. Оценка пористости, трещиноватости и анизотропии композитных материалов.

6. Определение модуля упругости и плотности

   .

7. Контроль качества дорожных покрытий.

В меню прибора заложены основные виды контролируемых материалов:

— бетоны;

— кирпичи;

— абразивы;

— другие материалы, задаваемые пользователем.

Основные функции прибора:

1. Способы прозвучивания: сквозное и поверхностное (см. рис.2.3).

Рис. 2.4. Вид электронного блока: 1 – вход приемного преобразователя, 2 – выход излучающего преобразователя

2. Виды акустического контроля:

— сухой контакт с коническим титановыми наконечниками или полиуретановыми протекторами;

— с контактной смазкой полиуретановыми протекторами.

Ультразвуковой прибор обеспечивает измерение времени сквозного прохождения ультразвуковых колебаний через образец.

Образцы изготовляются или принимаются готовые изделия в виде стержня квадратного или круглого сечения. Требования к размерам образцов:

L  d; d > 0,34  ,

где L и d — длина и диаметр (ширина) образца, мм;

 — длина волны ультразвуковых колебаний, м.

Клавиатура прибора состоит из 9 клавиш (рис.2.4). Клавиша « » используется для включения и выключения прибора. Если измерения не выполняются, происходит автоматическое отключение прибора через заданное оператором время.

Клавиша «М» служит для перевода прибора из режима меню в режим измерения (measuring), а также для фиксации очередного результата в памяти (memory).

Клавиша «F» является функциональной и предназначена для:

Клавишами «», «» управляется курсор (мигающий знак, цифра и т.п.) в режиме установки параметров работы и осуществляется просмотр памяти результатов по номерам из режима измерения.

Клавиши «», «» предназначены для:

• выбора строки меню;

• просмотра памяти результатов по датам из режима измерения;

• установки числовых значений (кратковременное нажатие изменяет значение на единицу, а при удержании происходит непрерывное увеличение числа).

Клавишей «С» выполняется проверка на контрольных образцах, включение курсора при установке даты и времени, удаление результата непосредственно после его получения.

Клавиша « » (подсветка) включает/ выключает подсветку индикатора. Используется совместно с другими клавишами, т.е. при ее удерживании нажимается другая клавиша.

Модуль упругости материала определяется с использованием режима сквозного прозвучивания в следующей последовательности:

1. Включить прибор клавишей « ».

2. Измерить линейкой или штангенциркулем размер контролируемого образца материала (расстояние между излучателем и приемником) и ввести это значение через пункт главного меню База измерения.

3. В меню «Режим работы « указать «Сквозное прозвучивание».

4. В меню «Установки» указать число измерений в серии (например, 6). В этом случае после шести последовательных измерений прибор покажет среднее значение измеряемого параметра R, коэффициент вариации W и относительную ошибку измерений H.

5. В меню «Материал» указать клавишами «», «» материал (бетон, кирпич, абразив, разные), а клавишами «», «» состав или вид исследуемого материала.

6. В меню «Калибровка» указать «Коэффициенты характеристик» (см. пример для бетона тяжелого). При измерении модуля упругости необходимо задавать коэффициенты для пересчёта зависимости «скорость распространения – модуль упругости» в следующем виде:

,

где Е – модуль упругости;

V – скорость ультразвука, м/с;

 — объемный вес материала, г/см³;

 — коэффициент.

7. Установить датчики на контролируемый объект. В процессе измерений оператор прижимает усилием 5 …10 кг излучатель и приемник к контролируемому объекту до получения устойчивых показаний.

8. Убедиться в отсутствии грубых отклонений показаний от ожидаемого уровня и при стабильных показаниях нажать клавишу М, зафиксировав в памяти этим результат.

9. Снять датчик с объекта измерения, при этом показания на дисплее автоматически удерживаются до очередного прижатия.

10. Далее повторить измерения на других участках объекта, каждый раз фиксируя результат нажатием клавиши М, последний результат серии фиксируется клавишей М с выдачей среднего значения серии измерений R, ошибки измерения H и коэффициента вариации W. Выполняются 6 измерений, при этом датчики каждый раз переставляются.

Для получения более точного результата измерений рекомендуется удерживать датчик на объекте в течение 10… 30 секунд, наблюдая за сменой показаний и фиксируя результат по максимальной скорости ультразвука; разброс показаний вызван ненадежностью акустического контакта и неизбежными помехами, поэтому при измерениях датчик должен быть неподвижен.

УПРУГОСТЬ, МОДУЛЬ УПРУГОСТИ, ЗАКОН ГУКА

УПРУГОСТЬ, МОДУЛЬ УПРУГОСТИ, ЗАКОН ГУКА. Упругость – свойство тела деформироваться под действием нагрузки и восстанавливать первоначальную форму и размеры после ее снятия. Проявление упругости лучше всего проследить, проведя простой опыт с пружинными весами – динамометром, схема которого показана на рис.1.

При нагрузке в 1 кг стрелка-индикатор сместится на 1 деление, при 2 кг – на два деления, и так далее. Если нагрузки последовательно снимать, процесс идет в обратную сторону. Пружина динамометра – упругое тело, ее удлинение Dl, во-первых, пропорционально нагрузке P и, во-вторых полностью исчезает при полном снятии нагрузки. Если построить график, отложить по вертикали оси величины нагрузки, а по горизонтальной – удлинение пружины, то получаются точки, лежащие на прямой, проходящей через начало координат, рис.2. Это справедливо как для точек, изображающих процесс нагружения так и для точек, соответствующих нагрузке.

Угол наклона прямой характеризует способность пружины сопротивляться действию нагрузки: ясно, что «слабая» пружина (рис.3). Эти графики называются характеристиками пружины.

Тангенс угла наклона характеристики называется жесткостью пружины С. Теперь можно записать уравнение деформирования пружины Dl = P / C

Жесткость пружины С имеет размерность кг / см\up122 и зависит от материала пружины (например, сталь или бронза) и ее размеров – длины пружины, диаметра ее витка и толщины проволоки, из которой она сделана.

В той или иной мере все тела, которые можно считать твердыми, обладают свойством упругости, но заметить это обстоятельство можно далеко не всегда: упругие деформации обычно очень малы и наблюдать их без специальных приборов удается практически только при деформировании пластинок, струн, пружин, гибких стержней.

Прямым следствием упругих деформаций являются упругие колебания конструкций и природных объектов. Можно легко обнаружить дрожание стального моста, по которому идет поезд;иногда можно услышать, как звенит посуда, когда на улице проезжает тяжелый грузовик; все струнные музыкальные инструменты так или иначе преобразуют упругие колебания струн в колебания частичек воздуха;в ударных инструментах тоже упругие колебания (например, мембраны барабана) преобразуются в звук.

При землетрясении происходят упругие колебания поверхности земной коры; при сильном землетрясении кроме упругих деформаций возникают пластические (которые остаются после катаклизма как изменения микрорельефа), а иногда появляются трещины. Эти явления не относятся к упругости: можно сказать, что в процессе деформирования твердого тела сначала всегда появляются упругие деформации, потом пластические, и, наконец, образуются микротрещины. Упругие деформации очень малы – не больше 1%, а пластические могут достигнуть 5–10% и более, поэтому обычное представление о деформациях относится к пластическим деформациям – например, пластилин или медная проволока. Однако, несмотря на свою малость, упругие деформации играют важнейшую роль в технике: расчет на прочность авиалайнеров, подводных лодок, танкеров, мостов, туннелей, космических ракет – это, в первую очередь, научный анализ малых упругих деформаций, возникающих в перечисленных объектах под действием эксплуатационных нагрузок.

Еще в неолите наши предки изобрели первое дальнобойное оружие – лук и стрелы, используя упругость изогнутой ветки дерева; потом катапульты и баллисты, построенные для метания больших камней, использовали упругость канатов, свитых из растительных волокон или даже из женских длинных волос. Эти примеры доказывают, что проявление упругих свойств было давно известно и давно использовалось людьми. Но понимание того, что любое твердое тело под действием даже небольших нагрузок обязательно деформируется, хотя и на очень малую величину, впервые появилось в 1660 у Роберта Гука, современника и коллеги великого Ньютона. Гук был выдающимся ученым, инженером и архитектором. В 1676 он сформулировал свое открытие очень кратко, в виде латинского афоризма: «Ut tensio sic vis», смысл которого состоит в том, что «какова сила, таково и удлинение». Но опубликовал Гук не этот тезис, а только его анаграмму: «ceiiinosssttuu». (Таким образом тогда обеспечивали приоритет, не раскрывая сути открытия.)

Вероятно, в это время Гук уже понимал, что упругость – универсальное свойство твердых тел, но считал необходимым подтвердить свою уверенность экспериментально. В 1678 вышла книга Гука, посвященная упругости, где описывались опыты, из которых следует, что упругость есть свойство «металлов, дерева, каменных пород, кирпича, волос, рога, шелка, кости, мышцы, стекла и т. п.» Там же была расшифрована анаграмма. Исследования Роберта Гука привели не только к открытию фундаментального закона упругости, но и к изобретению пружинных хронометров (до того были только маятниковые). Изучая различные упругие тела (пружины, стержни, луки), Гук установил, что «коэффициент пропорциональности» (в частности, жесткость пружины) сильно зависит от формы и размеров упругого тела, хотя материал играет решающую роль.

Прошло более ста лет, в течение которых опыты с упругими материалами проводили Бойль, Кулон, Навье и некоторые другие, менее известные физики. Одним из основных опытов стало растяжение пробного стержня из изучаемого материала. Для сравнения результатов, полученных в разных лабораториях, нужно было либо использовать всегда одинаковые образцы, либо научиться исключать слияние размеров образца. И в 1807 появилась книга Томаса Юнга, в которой был введен модуль упругости – величина, описывающая свойство упругости материала независимо от формы и размеров образца, который использовался в опыте. Для этого нужно силу P, приложенную к образцу, разделить на площадь сечения F, а произошедшее при этом удлинение Dl разделить на первоначальную длину образца l. Соответствующие отношения – это напряжение s и деформация e.

Теперь закон Гука о пропорциональности можно записать в виде:

s = Еe

Коэффициент пропорциональности Е называется модулем Юнга, имеет размерность, как у напряжения (МПа), а обозначение его есть первая буква латинского слова elasticitat – упругость.

Модуль упругости Е – это характеристика материала того же типа, как его плотность или теплопроводность.

В обычных условиях, чтобы продеформировать твердое тело, требуется значительная сила. Это означает, что модуль Е должен быть большой величиной – по сравнению с предельными напряжениями, после которых упругие деформации сменяются пластическими и форма тела заметно искажается.

Если измерять величину модуля Е в мегапаскалях (МПа), получатся такие средние значения:

Сталь	20·104
Медь	10·104
Алюминий	7·104
Стекло	7·104
Кость	3·104
Дерево	1·104
Резина*	0,001·104

Физическая природа упругости связана с электромагнитным взаимодействием (в том числе с силами Ван-дер-Ваальса в решетке кристалла). Можно считать, что упругие деформации связаны с изменением расстояния между атомами.

Упругий стержень имеет еще одно фундаментальное свойство – утоньшаться при растяжении. То, что канаты при растяжении становятся тоньше, было известно давно, но специально поставленные опыты показали, что при растяжении упругого стержня всегда имеет место закономерность: если измерить поперечную деформацию e’, т.е. уменьшение ширины стержня db , деленное на первоначальную ширину b, т.е.

и разделить ее на продольную деформацию e, то это отношение остается постоянным при всех значениях растягивающей силы P, то есть

(Полагают, что e’< 0 ; поэтому используется абсолютная величина). Константа v называется коэффициентом Пуассона (по имени французского математика и механика Симона Дени Пуассона) и зависит только от материала стержня, но не зависит от его размеров и формы сечения. Величина коэффициента Пуассона для разных материалов изменяется от 0 (у пробки) до 0,5 (у резины). В последнем случае объем образца в процессе растяжения не изменяется (такие материалы называются несжимаемыми). Для металлов значения различны, но близки к 0,3.

Модуль упругости E и коэффициент Пуассона вместе образуют пару величин, которые полностью характеризуют упругие свойства любого конкретного материала (имеются в виду изотропные материалы, т.е. такие, у которых свойства не зависят от направления; пример древесины показывает, что это не всегда так – ее свойства вдоль волокон и поперек волокон сильно различаются. Это – анизотропный материал. Анизотропными материалами являются монокристаллы, многие композиционные материалы (композиты) типа стеклопластика. Такие материалы тоже в известных пределах обладают упругостью, но само явление оказывается значительно более сложным).

Если от рассмотрения растяжения стержня перейти к рассмотрению некоторого упругого тела, подверженного действию заданных сил, то следует выбрать некоторую точку M и перейти к рассмотрению ее малой окрестности в виде параллелепипеда с ребрами, параллельными координатным осям XYZ. Как известно (см. ДЕФОРМАЦИЯ), на гранях параллелепипеда действуют напряжения, которые задаются тензором s, что приводит к деформациям, которые задаются тензором e.

В общем случае закон Гука устанавливает связь между компонентами этих тензоров, которую можно записать в виде:

,

,

,

, ,

В последние три уравнения входит величина G, которая называется модулем сдвига и выражается через E и v по формуле:

Модуль сдвига можно непосредственно определить из опыта на кручение круглого образца.

В физике для идеального газа вводится уравнение состояния (уравнение Клапейрона – Менделеева). Можно сказать, что закон Гука – это уравнение состояния для идеально упругого тела.

Владимир Кузнецов

Эластичность | Определение, примеры и факты

Закон Гука

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Огюстен-Луи Коши Софи Жермен Ктесибий Александрийский

Похожие темы:

Закон Гука предел эластичности пластичность пластичность жесткость

Просмотреть весь связанный контент →

эластичность , способность деформированного материального тела возвращаться к своей первоначальной форме и размеру при устранении сил, вызывающих деформацию. Говорят, что тело с этой способностью ведет себя (или реагирует) эластично.

В большей или меньшей степени большинство твердых материалов проявляют упругие свойства, но существует предел величины силы и сопутствующей деформации, в пределах которой возможно упругое восстановление для любого данного материала. Этот предел, называемый пределом упругости, представляет собой максимальное напряжение или силу на единицу площади внутри твердого материала, которая может возникнуть до начала остаточной деформации. Напряжения, выходящие за предел упругости, вызывают текучесть или текучесть материала. Для таких материалов предел упругости отмечает конец упругого поведения и начало пластического поведения. Для большинства хрупких материалов напряжения, превышающие предел упругости, приводят к разрушению практически без пластической деформации.

Викторина «Британника»

Физика и естественное право

Предел упругости заметно зависит от типа рассматриваемого твердого тела; например, стальной стержень или проволока могут быть упруго растянуты только примерно на 1 процент от их первоначальной длины, в то время как для полос из некоторых резиноподобных материалов можно достичь упругого удлинения до 1000 процентов. Однако сталь намного прочнее резины, потому что сила растяжения, необходимая для достижения максимального упругого удлинения в резине, меньше (примерно в 0,01 раза), чем сила, необходимая для стали. Упругие свойства многих твердых тел при растяжении лежат между этими двумя крайностями.

Различные макроскопические упругие свойства стали и резины являются результатом их очень разных микроскопических структур. Эластичность стали и других металлов возникает из-за короткодействующих межатомных сил, которые, когда материал не нагружен, удерживают атомы в правильном порядке. Под напряжением атомная связь может быть нарушена при весьма малых деформациях. Напротив, на микроскопическом уровне каучукоподобные материалы и другие полимеры состоят из длинноцепочечных молекул, которые раскручиваются по мере растяжения материала и сжимаются при упругом восстановлении. Математическая теория упругости и ее приложения к инженерной механике связаны с макроскопической реакцией материала, а не с основным механизмом, который ее вызывает.

В простом испытании на растяжение упругая реакция материалов, таких как сталь и кость, характеризуется линейной зависимостью между напряжением растяжения (силой растяжения или растяжения на единицу площади поперечного сечения материала), σ , и коэффициент удлинения (разность между расширенной и начальной длинами, деленная на начальную длину), e . Другими словами, σ пропорционально e; это выражается σ = Ee , где E, константа пропорциональности, называется модулем Юнга. Значение E зависит от материала; отношение его значений для стали и резины составляет около 100 000. Уравнение σ = Ee известно как закон Гука и является примером основного закона. Он выражает в терминах макроскопических величин что-то о природе (или строении) материала. Закон Гука в основном применим к одномерным деформациям, но его можно распространить и на более общие (трехмерные) деформации путем введения линейно связанных напряжений и деформаций (обобщения 9). 0035 σ и e ), которые учитывают сдвиг, скручивание и изменения объема. Полученный в результате обобщенный закон Гука, на котором основана линейная теория упругости, дает хорошее описание упругих свойств всех материалов при условии, что деформации соответствуют растяжениям, не превышающим примерно 5 процентов. Эта теория обычно применяется при анализе инженерных сооружений и сейсмических возмущений.

Предел упругости в принципе отличается от предела пропорциональности, который знаменует конец упругого поведения, описываемого законом Гука, а именно, при котором напряжение пропорционально деформации (относительная деформация) или, что то же самое, такой, при котором нагрузка пропорциональна перемещению. Предел упругости почти совпадает с пределом пропорциональности для некоторых эластичных материалов, так что иногда их нельзя различить; тогда как для других материалов между ними существует область непропорциональной упругости.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.

Подпишитесь сейчас

Линейная теория упругости неадекватна для описания больших деформаций, которые могут возникнуть в резине или в мягких тканях человека, таких как кожа. Упругий отклик этих материалов нелинейный, за исключением очень малых деформаций, и для простого растяжения может быть представлен определяющим законом σ = f ( e ), где f ( e ) является математической функцией e , которая зависит от материала и приближается к Ee , когда e очень мало. Термин нелинейный означает, что график σ , построенный против e , не является прямой линией, в отличие от ситуации в линейной теории. Энергия Вт ( e ), запасенная в материале под действием напряжения σ представляет площадь под графиком σ = f ( e ). Она доступна для перевода в другие виды энергии, например, в кинетическую энергию снаряда катапульты.

Функция запасенной энергии Вт ( e ) может быть определена путем сравнения теоретического соотношения между σ и e с результатами экспериментальных испытаний на растяжение, в которых σ и e измерено. Таким образом, упругая реакция любого твердого тела на растяжение может быть охарактеризована с помощью функции запасенной энергии. Важным аспектом теории упругости является построение конкретных форм функции энергии деформации по результатам экспериментов с трехмерными деформациями, обобщающими описанную выше одномерную ситуацию.

Функции энергии деформации можно использовать для прогнозирования поведения материала в условиях, когда прямое экспериментальное тестирование нецелесообразно. В частности, их можно использовать при проектировании узлов инженерных сооружений. Например, резина используется в подшипниках мостов и опорах двигателей, где ее упругие свойства важны для поглощения вибраций. Стальные балки, пластины и оболочки используются во многих конструкциях; их эластичная гибкость способствует выдерживанию больших нагрузок без повреждения или разрушения материала. Эластичность кожи является важным фактором успешной практики пересадки кожи. В математических рамках теории упругости решаются задачи, связанные с такими приложениями. Результаты, предсказанные математикой, в решающей степени зависят от свойств материала, включенных в функцию энергии деформации, и можно смоделировать широкий спектр интересных явлений.

Газы и жидкости также обладают упругими свойствами, так как их объем изменяется под действием давления. Для небольших изменений объема объемный модуль κ газа, жидкости или твердого тела определяется уравнением В ₀ , где P — давление, уменьшающее объем V ₀ фиксированной массы материала до V . Поскольку газы обычно легче сжимаются, чем жидкости или твердые тела, значение κ для газа намного меньше, чем для жидкости или твердого тела. В отличие от твердых тел, жидкости не могут выдерживать напряжения сдвига и имеют нулевой модуль Юнга. См. также деформацию и течение.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Эриком Грегерсеном.

Что такое эластичный материал? — Определение, свойства и типы.

0064 поделиться

В нашей повседневной жизни многие материалы используются для удовлетворения основных потребностей. Эти материалы ведут себя в зависимости от их свойств. Эластичные материалы — это такие материалы, которые восстанавливают свою первоначальную форму после снятия нагрузки. Другими словами, материал с упругими свойствами восстанавливать свою первоначальную форму за счет изменения направления нагрузки называется эластичным материалом .

Эластичный материал подчиняется закону крючков. Согласно этому закону, деформация материала пропорциональна приложенному напряжению; следовательно, это называется пределом пропорциональности эластичного материала.

Загрузить полные примечания к формуле SOM в формате PDF

Прочитать статью полностью

Что такое эластичный материал?

Когда упругий материал деформируется внешней силой, деформация испытывает внутреннее сопротивление и возвращается в исходное состояние после устранения внешней силы.

Кривая напряжение-деформация, отображающая зависимость между напряжением (средняя восстанавливающая внутренняя сила на единицу площади) и деформацией, используется для характеристики упругости материалов (относительная деформация). Кривая часто бывает нелинейной, но при достаточно малых деформациях ее можно представить как линейную. Теперь обсудим свойства, типы и испытания эластичных материалов.

Свойства эластичного материала

Эластичные материалы всегда обратно пропорциональны деформации материала. В котором материал остается одним и тем же до и после снятия внешней нагрузки. Эластичный материал, имеющий предел нагрузки, известен как предел упругости.

Вплоть до предела упругости диапазон нагрузки прямо пропорционален скорости деформации. Этот диапазон кривизны представляет собой прямую линию и проходит через начало координат. Длина этой прямой зависит от свойств эластичного материала; это известно как предел пропорциональности.

Типы эластичных материалов

Эластичные материалы различаются в зависимости от условий загрузки или разгрузки. В этих условиях материал ведет себя в зависимости от интенсивности нагружения как мгновенное или внезапное нагружение или постепенное нагружение. Как правило, мы рассматриваем линейно-упругий материал или нелинейно-упругий материал.

• Линейно-эластичный материал — этот тип материала применяется под нагрузкой и показывает линейный график между напряжением и деформацией, проходящей через начало координат. Конструкционная сталь принята как линейно-упругий материал, который мы используем в методе расчета предельных состояний.
• Нелинейно-эластичный материал — этот тип материала применяется под нагрузкой и показывает нелинейный график между напряжением и деформацией, проходящей через начало координат. Нелинейный упругий материал является скалярной функцией параметра деформации. Нелинейно-эластичный материал представляет собой искусственный материал, также известный как сверхэластичный материал.

Например, мы рассматриваем резину как неэластичный материал, и ее наклон (ds/de) приблизительно параболический, проходящий через начало координат, известное как модуль касательной.

Испытание эластичного материала

Испытание эластичного материала на машине с равномерным растяжением. В этой машине, когда образец стального стержня помещают между анкером и прикладывают контролируемое растягивающее усилие, определенная точка натяжения меняется на противоположную, материал восстанавливает свою первоначальную форму; это явление можно записать на бумаге в виде кривой напряжения-деформации. Этот тест также известен как стресс-тест. На приведенной ниже кривой точки от O до B представляют собой упругую область.

Значение эластичности материала можно назвать модулем упругости. Это представлено E. Этот модуль упругости прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален деформации. Из этого теста мы можем получить модуль упругости различных материалов.

• Модуль упругости мягкой стали = 210 ГПа
• Модуль упругости мягкой стали меди = 120 ГПа
• Модуль упругости мягкой стали чугуна = 130 ГПа
• Модуль упругости мягкой стали бетона = 1 7 ГПа
• Модуль упругости мягкой стали пластик = 2 ГПа
• Модуль мягкой стали стекла = 50-90 ГПа
• Модуль упругости мягкой стали резины = 0,02 ГПа

Здесь мы заключаем, что мягкая сталь более эластична, чем резина и пластик.

Часто задаваемые вопросы об эластичном материале

• Что такое эластичный материал?

  Эластичные материалы — это материалы, которые после снятия нагрузки возвращаются к своей первоначальной форме. Другими словами, эластичный материал — это материал, способный восстанавливать свою прежнюю форму за счет изменения направления нагрузки.

• Что такое модуль упругости Юнга?

  Модуль упругости Юнга также известен как модуль упругости. Обозначается буквой E. Это способность любого материала восстанавливать свою первоначальную форму при разгрузке. Это рассматривается как отношение напряжения к деформации.

  Модуль упругости ( E ) = σ/ε

  Где σ — приложенное напряжение в МПа, а ε — деформация материала.

• Как мы рассматриваем эластичность материала?

  Эластичность, большее сопротивление любой силе, называется эластичностью этого материала. А высокое значение эластичности считается эластичным материалом. Поскольку сталь при растяжении демонстрирует меньшее изменение длины по сравнению с исходной длиной, это означает, что сталь обладает высокой эластичностью.

• Почему в качестве упругого материала в бетоне широко используется сталь, а не какой-либо другой материал?

  Мы знаем, что высокоэластичные материалы обладают такими свойствами, как высокое сопротивление приложенной растягивающей нагрузке. Мы знаем, что в строительных работах чаще всего используются такие материалы, как медь, бронза, стекло, резина, пластик, железо и т. д. Из всех этих материалов сталь обладает более высокой устойчивостью к растягивающим усилиям, поэтому в бетоне для изнашивания растягивающей нагрузки обычно используется сталь.

• Какова прочность эластичных материалов?

  Эластичные материалы показывают прочность как модуль упругости, и этот эластичный материал определяется как отношение напряжения к деформации. Мы знаем, что деформация не имеет единицы измерения, только напряжение имеет единицу измерения в виде МПа или ГПа, следовательно, единица измерения напряжения аналогична единице измерения упругого материала как единица модуля упругости.