Для расчетов машин, строительных сооружений, механических конструкций модули упругости являются ключевыми параметрами. Характеристики определяют жесткость тестируемого материала, его способность увеличивать внутренние напряжения по мере наращивания мощности внешних упругих воздействий. Показатели, отображающие сопротивляемость упругим деформациям, необходимы для формирования систем, в каждой точке которых воздействие внешних физико-механических усилий уравновешивается внутренними силами.
Основой изучения напряженно-деформированного состояния материалов являются лабораторные испытания. По результатам исследований судят о возможности применения детали, оценивают целесообразность возведения конструкции и сооружения здания.
Варианты испытаний для определения модуля упругости
Под действием внешних усилий все реальные тела деформируются – изменяют объем и конфигурацию. Если после прекращения воздействия тело принимает первоначальные размеры и форму, реакцию считают упругой и определяют ее модуль. Отметим, что любое механическое действие сопряжено с деформационными изменениями, но при малых значениях остаточными деформациями пренебрегают.
Модули упругости определяют при всех видах воздействий, вызывающих деформационные изменения с последующим восстановлением объемов и форм. При приложении усилий в упругих материалах возникают обратимые смещения атомов, после чего они возвращаются в положение равновесия относительно кристаллической решетки. Чем выше значение упругой деформации, тем жестче исследуемый материал, тем интенсивней в нем развиваются напряжения при приложении нагрузки.
Виды испытаний, предназначенных для определения модуля упругости:
- Растяжение. Приложение растягивающих усилий позволяет получить информацию об устойчивости арматурных каркасов, буксировочных и подъемных тросов, деревянных балок и стропилин, изделий из композитов и армированных пластиков к наиболее распространенным для изделий эксплуатационным воздействиям.
- Сжатие. Воздействие сжимающими нагрузками предоставляет сведения о сопротивляемости фундаментных оснований, элементов металлических и деревянных ферм, несущих стен (из всех видов стройматериалов), колонн, арочных сводов, перекрытий.
- Кручение. Испытательные усилия имитируют завинчивание крепежа, сверление деталей и конструкций, работу валов промышленного оборудования и машин, которые передают крутящий момент функциональным частям механизмов. Воздействия, изменяющие форму и объем посредством кручения, зачастую сочетаются с приложением сжимающих сил или с растяжением. Например, растяжение цилиндрической пружины сопряжено с кручением проволоки.
- Сдвиг. Сдвиговые нагрузки вызывают в упругих телах равные по модулю, но противоположные по направленности моменты сил. Механизм приложения сдвиговой нагрузки превращает условный параллелепипед в наклонный вариант аналогичного объема. Определение модуля упругости при сдвиге позволяет прогнозировать поведение изделий при установке заклепок, разрезании фольги и бумаги, трении сопряженных деталей механизмов.
- Изгиб. Технически прикладывается комплекс усилий: растяжение и сжатие. Воздействие характерно для эксплуатации рычагов, компонентов железнодорожного полотна, потолочных плит строительных конструкций. Изгибу свойственны различия в силе приложения и сохранение нейтральной зоны, не подвергающейся деформации.
Значения изотермических модулей упругости не являются постоянными физическими величинами, на них влияет тип обработки, изменение химического состава, температура материала. Информацию об изотермических упругих характеристиках получают при проведении испытаний, моделирующих механические воздействия в статическом режиме. Модули упругости определяют по графикам зависимости возникших в материале напряжений от величины деформации или рассчитывают, используя зафиксированные экстензометрами показания деформационных изменений.
Аппаратура для определения значений модулей упругости
Испытания с целью определения способности материалов противостоять внешним механическим усилиям с восстановлением формы и размеров после удаления нагрузки потребуют следующего оборудования:
Работающие в компании «ГОСТ» менеджеры-консультанты с компетенциями и профессиональным статусом экспертов ответят на вопросы, порекомендуют и помогут выбрать основное оборудование и вспомогательные средства для испытаний.