V. G. Mikulskiy

Bukilish kuchi (MPa) ikkita tayanchda nurlar shaklida material namunasini sinab ko'rish orqali aniqlanadi. Ular halokatga qadar bir yoki ikkita konsentrlangan kuchlar bilan yuklanadi. Cho'zilish kuchi an'anaviy ravishda materiallarning qarshiligi uchun egilish kuchlanishi bilan bir xil formula yordamida hisoblanadi:­­­

Rp ^ M / Vt, (1,26)

bu erda M - egilish momenti; W - qarshilik momenti.

Namuna	Eskiz				Hisoblash formulasi	Material	Standart namuna o'lchami, sm
Kub						Beton Yechim	10x10x10 15x15x15 20x20x20 7,07 x 7,07 x 7,07
			¥			Tabiiy tosh	5x5x5 va boshqalar.
Silindr			n			Beton	d = 15; h = 30
						Tabiiy tosh	d = h = 5, 7.10, 15
Prizma			L		R =? - ^ pr 2 a	Beton	a = 10; 15; yigirma h = 40, 60, 80
						Yog'och	a = 2; A = 3
Kompozit namuna	L				* II va | “O	G'isht	to a va II II ss ek Oh gb>
Namuna yarmi - tsement-qum ohakdan tayyorlangan prizma­­	Chorshanba 2	a	6.25		ft, | CD II	Sement	a = 4; 5 = 25 sm2
Tsilindagi maydalangan tosh (shag'al) namunasi­­	■ to'lovlarl l PT				z ^^ ioc	Beton uchun qo'pol agregat	d = 15; h = 15

1.4-jadval


Siqilish kuchi uchun standart sinov usullari sxemalari




Jadval 1.5 da test sxemalari va tegishli hisoblash formulalari ko'rsatilgan. Ushbu formulalar, aniq aytganda, materialning elastik ishi chegaralarida va siqilish va kuchlanishga bir xil qarshilikda amal qiladi. Ushbu shartlar moddiy vayronagarchilik bosqichida bajarilmaydi. G'isht va beton nurlarning egilishini sinovdan o'tkazishda vayronagarchilik pastki kuchlanish zonasida boshlanadi, chunki bu materiallar siqilishga qaraganda ancha past kuchlanish kuchiga ega. Shuning uchun, formulalarga ko'ra, g'isht, shlyapa, tsement, yo'l betonining standart mustahkamligi xarakteristikasi bo'lgan egilishda yakuniy quvvatning shartli qiymati hisoblanadi.­

1.5-jadval

Bukilish va valentlik mustahkamligini aniqlashning standart usullari

Namuna	Sinov sxemasi						Hisoblash formulasi		Material	Standart namuna o'lchami, sm­
Bükme testi
Prizma, tabiatdagi g'isht						th G		2bh2	Sement		4x4x16
		1*							G'isht		12x6,5x25
Prizma		► / i				G		R = ri bh2	Beton		15x15x60
									Yog'och		2x2x30
Kuchlanish sinovi
Rod, sakkizinchi raqam, prizma	R* 'I	'(V		4				^Rp a2	Beton		10x10x70 10x10x40
									Chelik		d = \
		Kimga R			l = 5; l> \ 0d
Silindr	R R			L					Beton	d = 15

Ta'sirga chidamliligi (dinamik yoki zarba kuchi) - materialning zarba yuklari ostida sinishiga qarshilik ko'rsatish xususiyati. Bu standart namunani birlik hajmiga (J / m3) yoki namunaning tasavvurlar maydoniga (J / m2) yo'q qilish uchun sarflangan ish miqdori bilan tavsiflanadi. Mashina poydevorini, sanoat binolarining pollarini, yo'l qoplamalarini va boshqalarni qurishda ishlatiladigan materiallar uchun zarba qarshiligi muhim ahamiyatga ega.­­

Maxsus kuch Materialning (strukturaviy sifat koeffitsienti) quvvat ko'rsatkichi R (MPa) ning nisbiy zichlikka (o'lchovsiz qiymat) nisbatiga teng:

Ry = R / d. (1,27)

Shuning uchun u zichlik birligi uchun kuchdir. Eng yaxshi konstruktiv materiallar past ichki zichlik bilan yuqori quvvatga ega.

Ba'zi materiallar uchun Ry qiymatlari quyida keltirilgan: shisha tolali uchun - 450/2 = 225 MPa, yog'och (nuqsonlarsiz) - 100 / 0,5 = 200 MPa, yuqori mustahkam po'lat - 1000 / 7,85 = 127 MPa, po'lat - 390/7 , 85 = 51 MPa.

Tosh materiallari uchun Ry qiymatlari: engil konstruktiv beton uchun - 40 / 1,8 = 22,2 MPa, og'ir beton - 40 / 2,4 = 16,6 MPa, engil beton - 10 / 0,8 = 12,5 MPa, g'isht - 10 / 1,8 = 5,56 MPa .

Ry ning o'sishiga materialning zichligini kamaytirish yoki uning kuchini oshirish orqali erishish mumkin.

Nazariy kuch bir hil material atomlarning ikkita qo'shni qatlamini ajratish uchun zarur bo'lgan kuchlanish bilan tavsiflanadi. Rmeopning nazariy mustahkamligi sinish momentida atomlarning ikki qatlami orasidagi hajmda to'plangan barcha elastik deformatsiya energiyasi sinish paytida yangi hosil bo'lgan ikkita sirtning sirt energiyasiga aylanishi shartidan olinadi:­­

Rmeop = ^ Eega, (1,28)

bu erda E - elastiklik moduli; E - 1 sm2 qattiq jismning sirt energiyasi, a - atomlararo masofa (o'rtacha 2'10'8 sm).

Elastik modul va sirt energiyasi qanchalik baland bo'lsa va atomlararo masofa qanchalik kichik bo'lsa, materialning nazariy mustahkamligi shunchalik yuqori bo'ladi.­

Yuqoridagi ifodaga ko'ra, qattiq jismning kuchi 43 ga teng

E / 5 va E / 10 qiymatlari orasida bo'lishi kerak. Misol uchun, po'latning nazariy quvvati 30000 MPa, oddiy po'latning quvvati taxminan 400 MPa, maxsus simniki esa 3000 MPa. Xona haroratida shishaning nazariy mustahkamligi 14000 MPa, yupqa shisha tolalar (qalinligi 3-5 mikron) 3500-5000 MPa, oddiy shisha esa atigi 70-150 MPa. Materialning potentsial quvvatining nisbatan kichik qismi qo'llaniladi: materialning tuzilishidagi teshiklar, yoriqlar va nuqsonlar mavjudligi sababli kuch kamayadi.

Strukturaning kuchga ta'siri

Xuddi shu tarkibdagi materialning mustahkamligi uning g'ovakliligiga bog'liq. Shaklda. 1.11 tsement betonining mustahkamligi grafigini ko'rsatadi, g'ovaklilikning 12,4 dan 15,2% gacha oshishi bosim kuchini 37,5 dan 26 MPa gacha qisqartirganligini ko'rsatadi. Xuddi shunday qaramlik boshqa materiallarga (ohaktosh, keramik materiallar va boshqalar) xosdir.­­



Guruch. 1.11. Tsement betonining mustahkamligining g'ovaklikka bog'liqligi egri chizig'i

bo'sh ish o'rinlari (vakansiyalar) mavjud. Boshqa turdagi nuqsonlar paydo bo'ladi
Haqiqiy kristalli materiallar ko'proq yoki kamroq nuqta nuqsonlariga ega. Ulardan biri shundaki, ba'zi atomlar yoki ionlar boshqa pozitsiyalarga ko'chiriladi va hatto kristall panjara joylari orasida joylashgan bo'lishi mumkin. Ularning normal joylari erkin qoladi va keyin boshqa ionlar bilan almashtiriladi. Binobarin, panjara joylari begona atomlar yoki nopok ionlarning asosiy moddani (o'rnini bosuvchi aralashmalar) yoki ular orasiga (interstitsial aralashmalar) almashtiradigan panjara joylariga joylashtirish natijasida paydo bo'lishi mumkin.­­­­

Kristalli materiallarning xossalari kristall dislokatsiyalariga bog'liq.

Dislokatsiya - Bu har doim kristall panjaraning bir o'lchovli (chiziqli) nuqsoni bo'lib, u kristall hosil bo'lish jarayonida yoki keyingi mexanik, termal va­



boshqa ta'sirlar. Dislokatsiyalar chekka, vida va­

shany - egri chiziqli.

Guruch. 1.12. Kristal panjaradagi dislokatsiya egri chizig'i:

I - ekstraplane
Shaklda. 1.12 sxematik tarzda chekka dislokatsiyani ko'rsatadi. Kristalning ideal tuzilishidan chetga chiqishiga atomlarning bir qatlami (u ekstra tekislikdagi rasmda joylashgan) negadir toʻliq boʻlmaganligi sabab boʻladi. Atomlarning "qo'shimcha" qatlamining 1-D chekkasi chekka dislokatsiya deb ataladigan chiziqli nuqsonni hosil qiladi (u 1.12-rasmda a. belgisi bilan ko'rsatilgan). Ekstratekislik chetining har ikki tomonida atomlar kristallning nazariy siljish tekisligiga mos burchak bilan siljiydi. Ekstra tekislikka normal A ~ A tekislikda atomlararo bir masofaga siljishni amalga oshirish uchun berilgan kristallning nazariy kuchidan ancha kam tashqi kuchni qo'llash kerak (1.13-rasm).­­­­­­


Guruch. 1.13. Dislokatsiya harakati bilan plastik kesish sxemasi

Guruch. 1.14. Gilamning sirg'anish naqsh sifatida buklanishi: AA'-BB '- gilamning harakatlanishi
Kristalni yuklashni davom ettirib, dislokatsiyani kristall yuziga surgunimizcha, dislokatsiyani atomlarning bir qatoridan ikkinchisiga o'tkazamiz. Dislokatsiyaning harakatiga asoslangan surma mexanizmini polda oldindan yaratilgan burmali gilamning harakati bilan solishtirish mumkin (1.14-rasm). Ushbu usul bilan gilamni umuman ko'chirishga qaraganda ancha kam harakat talab etiladi.

Dislokatsiya nazariyasi kristalli materiallardagi plastik kesishni dislokatsiya harakati orqali sirpanish deb hisoblaydi. Dislokatsiyaning harakatchanligi atomlararo aloqani qanchalik oson yo'q qilish va qayta tiklash mumkinligiga bog'liq; axir, har safar dislokatsiya bir qadam (interatomik masofa) harakat qilganda, eski aloqalarni uzish va yangilarini o'rnatish kerak. Shu munosabat bilan, barcha yo'nalishlarda bir xil jalb qilishni ta'minlaydigan aloqalar afzalroqdir: metall va ion. Oddiy haroratda kovalent kristallardagi dislokatsiyalar faol emas, chunki kovalent bog'lanish yo'nalishli, eng kuchli va eng qattiqdir.­

Dislokatsiyalar deyarli barcha kristall materiallarda mavjud. Ular monokristallarning kuchini sezilarli darajada kamaytiradi, lekin ular polikristal jismlarga metall bog'lanish bilan plastisiya beradi, metallni egiluvchan qiladi va yoriqlar tarqalishiga to'sqinlik qiladi. Temirning nazariy kesish kuchi taxminan 7000 MPa ni tashkil qiladi, ammo amalda juda sof temirning kristalli 1000 marta kamroq - taxminan 7 MPa kuchlanishda kesiladi; oddiy po'latlar uchun kesish kuchi 150-250 MPa, yuqori quvvatli po'latlar uchun - 1500 MPa. Dislokatsiyalar harakati bilan kristallarning past kuchini tushuntirishni tasdiqlovchi dalil mo'ylovlarning mexanik xususiyatlarini o'rganish natijalaridir. Chetlari dislokatsiyalarsiz o'stirilgan turli xil materiallardan yasalgan mo'ylovlar plastik oqim belgilarisiz 5-6% gacha elastik deformatsiyadan o'tishga qodir. Dislokatsiyasiz "mo'ylovlar" siljish modulining 5% gacha bo'lgan siljish kuchlanishlariga bardosh bera oladi; bu oddiy kristallarnikidan bir necha marta kattaroqdir. To'g'ridan-to'g'ri kuzatishlar dislokatsiyalar haqiqatida ham ishonchli. Dislokatsiyalar yuzaga chiqadigan joylar "cho'ntaklar" ko'rinishidagi kimyoviy qirqish orqali aniqlanadi.­­­­­­­­­­­

Dislokatsiya zichligi (ya'ni, 1 sm2 maydonni kesib o'tgan dislokatsiyalar soni) juda yuqori bo'lishi mumkin - 107-108 (tavlangan metallarda). Mexanik ta'sir ostida dislokatsiyalar harakat qiladi, bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi va yangi dislokatsiyalarni hosil qiladi, ayniqsa stress kontsentratsiyali joylarda. Natijada, ularning zichligi 10-1013 gacha oshadi (og'ir ish bilan qotib qolgan metallarda). Ko'p dislokatsiyalar mavjud bo'lganda (ma'lum bir kritik zichlikdan ortiq), ular bir-biriga bog'lanadi (chalkash iplar kabi), bir-birining harakatini sekinlashtiradi, natijada material mustahkamlanadi. Biroq, keyingi deformatsiyadan so'ng, material mo'rtlashishi mumkin.

Kristal panjaradagi bo'sh o'rinlar, oraliq (ko'milgan) atomlar, dislokatsiyalar diffuziya jarayonlarida muhim rol o'ynaydi, kimyoviy faollikni oshiradi, bu, xususan, tez qattiqlashuvchi sementlar texnologiyasida qo'llaniladi. Biroq, tayyor materialda dislokatsiyalar va strukturaviy nuqsonlar mavjudligi uning qarshiligini pasaytiradi, chunki deformatsiyalangan atomlararo aloqalar (shuningdek, stress kontsentratsiyasi joylari) atrof-muhitning kimyoviy va fizik ta'siriga ko'proq moyil bo'ladi. Binobarin, dislokatsiyalar kristall materiallarning eng muhim xossalari majmuasini tartibga soluvchi strukturaviy omil sifatida qaralishi kerak.

Yoriqlar mexanikasi

Qattiq moddalarning mo'rt va plastik yo'q qilinishini farqlang. Mo'rt sinish oldingi kichik plastik deformatsiya bilan birga keladi, shuning uchun mo'rtlik materialning sezilarli deformatsiyaga duchor bo'lmasdan "to'satdan" qulab tushish xususiyati sifatida aniqlanadi. Mo'rtlik nafaqat kristall, balki shishasimon va hatto polimerik materiallarga ham xosdir.­

Plastmassa (yopishqoq) materiallarni yo'q qilishdan oldin shakl o'zgarishi va katta deformatsiya sodir bo'ladi.

Ko'pgina materiallar haroratning pasayishi bilan mo'rt bo'ladi. Ular plastik turdagi halokatdan mo'rtga o'tishni ko'rsatadi. Bu bitumli materiallar, ba'zi polimerlar, metallar va boshqalarning xatti-harakati.­­

Mo'rt vayronagarchilik ortib borayotgan yuk bilan bir yoki bir nechta yoriqlarning shakllanishi va tez o'sishi natijasida yuzaga keladi.­

Yoriq (chetik kabi) uning uchi yaqinida kuchlanish kontsentratsiyasini keltirib chiqaradi (1.15-rasm). Ushbu nuqtada, kuchlanish tasavvurlar maydonining oddiy pasayishidan kutilganidan sezilarli darajada kattaroqdir.­



Guruch. 1.15.Yoriq plastinkada stress konsentratsiyasi­
Yoriq uchidagi kuchlanish s nominal kuchlanish s „, yoriqning uzunligi (chuqurligi) 1 va yoriq uchidagi egrilik radiusi r ga bog'liq.­­

_Kimga = /// r) (1-29)

Stress kontsentratsiyasi koeffitsienti stk = cr (l + 2V // r) 100 yoki hatto 1000 ga teng bo'lishi mumkin, agar yoriq uchining radiusi atom radiusi bilan mutanosib bo'lsa, yoriq chuqurligi faqat 0,1 va 10 mkm bo'lsa-da. Binobarin, 35-100 MPa nominal (ya'ni o'rtacha tasavvurlar) kuchlanishida mahalliy kuchlanish 7000 MPa dan oshishi mumkin. Yoriq, go'yo atom zanjirlarini kesib tashlaydi va kesilgan atom zanjirlari tomonidan ko'tarilgan yukning muhim qismi endi yoriq oxiridagi atom aloqasiga tushadi. Haddan tashqari yuklangan havola boshqalarga qaraganda tezroq yorilib ketadi va vaziyat yomonlashadi, chunki keyingi havola yanada ko'proq yuklanadi. Shunday qilib, yoriq tashqi tomondan qo'llaniladigan kuchsiz kuch kuchli atomlararo aloqalarni buzadigan vositaga aylanadi.

Yoriq tarqalganda, yoriq yaqinidagi material tushiriladi va buning natijasida deformatsiya energiyasi chiqariladi. Energiya chiqadigan hajm rasmda ko'rsatilgan. 1,15 birlik balandligi silindrining yarmi hajmi sifatida, son jihatdan l / 2 / 2 ga teng. Chiqarilgan energiya U d qo'llaniladigan stress st, elastik modul E va yorilish chuqurligiga bog'liq / (ichki yoriqning yarmi uzunligi). );­­­

<13 °)

Ikkita yangi sinish sirtining shakllanishi energiya sarfini talab qiladi

(7 l= 2E1 /, (1.31)

bu erda E1 - sirt birligi uchun sirt energiyasi.

Agar yoriq uzunligi ma'lum bir "kritik Griffits uzunligi" dan oshsa, bunda bo'shatilgan elastik deformatsiya energiyasi yangi hosil bo'lgan sirtlarning energiyasidan kattaroq bo'lsa, yoriq o'z-o'zidan o'sib boradi.­

l / st2 / E = 2E}, (1,32)

qayerda



Cho'zilgan plastinkani sindirish uchun zarur bo'lgan kuchlanish elastiklikning yuqori moduli va yuqori sirt energiyasiga ega bo'lgan materiallarda ortadi, chuqurroq sirt yoriqlari mavjudligida u kamayadi.­­

Ushbu materialda har bir kuchlanish o'z * A.A. Griffits (1893-1963) - mexanika sohasidagi ingliz olimi.Kritik sinish uzunligi. Chuqurligi 1 kr dan oshadigan yoriqlar ma'lum bir kuchlanishga qodir va elastik to'lqinning tarqalish tezligiga (1,5-2 km / s) yaqinlashadigan tezlikda o'z-o'zidan o'sib boradi.

Siqilish kuchlari, kuchlanish kuchlaridan farqli o'laroq, stress kontsentratsiyasini keltirib chiqarmasdan, yoriqlar orqali uzatilishi mumkin. Shuning uchun, mo'rt materiallar har doim kuchlanishdan ko'ra siqilishda ancha kuchliroqdir. Misol uchun, tabiiy tosh materiallarda (granit va boshqalar) kuchlanish kuchi faqat 1 / 40-1 / 60 siqish kuchiga teng. Mo'rt materiallar ham yomon ta'sir va portlash qarshiligiga ega.­­

Tormozlash materialda yaratilgan ichki interfeyslar yordamida yoriqlar zamonaviy kompozitsion materiallarda qo'llaniladi.­

Yoriqning sekinlashuvi mexanizmi yoriqning tarqalishi jarayonida yorilishga perpendikulyar bo'lgan, uning uchida maksimal darajaga yetadigan kuchlanishlardan tashqari, yoriqga parallel yo'nalishda kuchlanish paydo bo'lishiga asoslanadi. Yorilishga parallel bo'lgan kuchlanish kuchlanishi yorilish uchida nolga teng va uning uchidan bir yoki ikki atom o'lchovi masofasida yoriq oldida maksimal darajaga etadi. Cho'zilgan materialda yorilishga parallel bo'lgan maksimal kuchlanishning uning yuzasiga perpendikulyar yo'naltirilgan maksimal kuchlanishga nisbati taxminan 1/5 ni tashkil qiladi. Agar interfeysdagi yopishqoqlik kuchi materialning kuchining 1/5 qismidan kattaroq bo'lsa, u holda sirt yiqilmaydi, yoriq faqat uni kesib o'tadi va materialning harakati o'zgarmaydi, ya'ni. u mo'rt bo'lib qoladi. Agar bog'lanish kuchi materialning kuchlanish kuchining 1/5 qismidan kam bo'lsa, u holda,­­­



tuzoq shakllangan, qodir
kichik maydonda qulab tushdi va yoriqni yamoqqa soldi (1.16-rasm).


Guruch. 1.16. Yoriqlarni inhibe qilish sxemasi
Juda kichik bo'lgan yoriq uchi interfeys bilan uchrashganda juda katta bo'lib, yoriq uchidagi kuchlanish kontsentratsiyasini va uning tarqalish tendentsiyasini yo'q qiladi (1.17-rasm).­­


Guruch. 1.17. Ichki yuzalarning yoriqni kechiktirishga ta'siri:a) ichki yuzalarni o'z ichiga olgan tolali material; b) bir hil material
Mexanik xususiyat modellari

Materiallarning mexanik xossalari reologik omillar yordamida modellashtiriladi: elastiklik, plastiklik va pishiqlik.­

Reologiya - Moddaning deformatsiyalari va suyuqligi haqidagi fan, kuchlanish va vaqtga qarab materiallarning turli deformatsiyalarini o'rganadi.­­

Yopishqoqlik - namunaning deformatsiyasi paytida materialning mexanik energiyani yutish qobiliyati.


Guruch. 1.18. Ideal (Guk qonuniga bo'ysunuvchi) qattiq jismning modeli:a) elastik deformatsiyaning grafigi; b) bahor modeli
Elastik materialning harakatini taqlid qilish uchun bahor ishlatiladi. Ideal tananing elastik deformatsiyasi kuch qo'llanilgandan so'ng darhol sodir bo'ladi va rasmda ko'rsatilganidek, vaqtga bog'liq emas. 1.18. Yukni olib tashlaganingizdan so'ng, deformatsiya nolga teng bo'ladi, shuning uchun elastik qattiq jismning deformatsiyasi doimiy va teskari bo'ladi.

Ideal (Nyuton) suyuqlik yopishqoq oqim tenglamasiga bo'ysunadi

(1-34) bu yerda r - siljish kuchlanishi (Pa); t - vaqt (lar); d) - yopishqoqlik (Pa s).

Doimiy siljish kuchlanishida viskoz oqimning deformatsiyasi vaqtga mutanosib ravishda ortadi (1.19-rasm, a). Suyuqlikning xatti-harakati amortizator tomonidan taqlid qilinadi (1.19.6-rasm), unda piston qo'llaniladigan kuchlar ta'sirida harakat qiladi, suyuqlik esa silindr devorlari va piston orasidagi halqali bo'shliqdan oqib o'tadi.­


Guruch. 1.19. Ideal (Nyuton) suyuqlik modeli:

a) yopishqoq oqim deformatsiyasining grafigi;

b) damper modeli

Guruch. 1.20. Elastik va yopishqoq xususiyatlarning kombinatsiyasi:

k) elastik va yopishqoq elementlar ketma-ket joylashtirilgan (Maksvell modeli);­

b) elastik-qovushqoq deformatsiyalar grafigi



Elastik va yopishqoq xususiyatlarni birlashtirgan materiallarning xatti-harakatlarini doimiy stressda ketma-ket ulangan bahor va damperdan tashkil topgan Maksvell modeli * yordamida tasvirlash mumkin (1.20-rasm, a). t0 vaqtning birinchi momentida qarshilik elastik element tomonidan hosil bo'ladi va doimiy kuchlanishda o'zgarmagan elastik deformatsiya elr paydo bo'ladi. Vaqt oralig'ida t0 dan deformatsiya viskoz oqim tufayli kuchayadi (u prujinaga biriktirilgan damper bilan taqlid qilinadi). Yukni olib tashlagan tx vaqtida deformatsiyaning elastik komponenti nolga teng, ammo yopishqoq siljish £ ejax saqlanib qoladi, chunki u qaytarilmaydi. Shuning uchun asfalt-beton, plastmassa va boshqalarning umumiy deformatsiyasi s. Elastik va yopishqoq komponentni o'z ichiga oladi:­

& ~ £ nazorat ■ * "& visc •

Guk qonuniga va £ visc uchun yuqoridagi formulaga muvofiq, biz yopishqoq-elastik deformatsiya uchun quyidagi tenglamani olamiz:

D. Maksvell (1831-1879) - ingliz fizigi, klassik elektrodinamika yaratuvchisi.

£ = a / E + at / m], (1,35)

£ = s (1 / E + t / 7]). (1,36)

Tegishli grafik rasmda ko'rsatilgan. 1.20, b. Yopishqoq oqimga misol qilib yo'lning asfalt yuzasiga bosilgan shinalar izidir. Bu issiq havoda qoplama materialining yopishqoq oqimiga moyilligini eslatadi. Yuqori haroratlarda viskoz oqim shisha, metall va boshqa qattiq materiallarda paydo bo'ladi.­­­

Stressni yengillashtirish

Dam olish - deformatsiyaning boshlang'ich qiymati o'zgarishsiz qolishi sharti bilan, materialning kuchlanishlarni o'z-o'zidan kamaytirish xususiyati.

Qattiq jismlarning deformatsiya modellari polimer va boshqa qurilish materiallarida yuzaga keladigan bo'shashish hodisalari tezligining miqdoriy tavsifini olish imkonini beradi. Agar siz tanani (masalan, polimerni) tezda deformatsiya qilsangiz, deformatsiyani doimiy ravishda ushlab tursangiz, unda kuchlanish asta-sekin kamayadi. Deformatsiya tananing ichki tuzilishini qayta qurishga olib keladi va tananing barcha zarralari yangi sharoitlarga muvofiq muvozanatga kelguncha ma'lum vaqt talab etiladi.­­

Doimiy deformatsiyada kuchlanishni yumshatishning elementar modeli buloq va amortizatorning ketma-ket ulanishidir (Maksvell modeli). Ushbu model uchun umumiy deformatsiya £ elastik va yopishqoq komponentlar yig'indisiga teng (1.20-rasmga qarang).­­

^£ = £ nazorat + £ visc = const. (1,37)

Demak,

^{d £}ynp 1 dt = - £ yopishqoq ldt- C1 -38)

£ elm = a / E va a £ visc = -at / y / ekan, biz olamiz

(daldi) - (yi Yo) = - a! t], (1,39)

qayerda

- = --dt. (1,40)

O- T]

Biz gevşeme vaqti konstantasini kiritamiz A = r) / E, keyin

a = aoe, (1-41)

bu erda st - t vaqt ichida kuchlanish; st0 - boshlang'ich kuchlanish. Formula shuni ko'rsatadiki, stressning yengilligi eksponensial qonunga amal qiladi (1.21-rasm). Stressning bo'shashish tezligi gevşeme vaqti bilan tavsiflanadi - bu vaqt oralig'ida stress dastlabki bilan solishtirganda e faktoriga kamayadi (bu erda e - tabiiy logarifmlarning asosi).


Guruch. 1.21. Doimiy deformatsiya orqali stresslarni yumshatish
Materiallarning deformatsiya xususiyatlari haroratga bog'liq. Ular qizdirilganda yumshaydi va piroplastik (gil, shisha va boshqalar) yoki kauchukga o'xshash (chiziqli polimerlar) holatga aylanadi, keyin eriydi va suyuqlikka aylanadi. Shuning uchun, haroratga qarab, material elastik, viskoelastik va yopishqoq xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin. Ushbu uchta holatni qamrab olgan harorat oralig'idagi materiallarning deformatsiyalarini tahlil qilish uchun uchta elementni o'z ichiga olgan modeldan foydalanish mumkin: 1 - elastik; 2 - viskoelastik; 3 - yopishqoq (1.22-rasm, a). Ushbu modelning umumiy deformatsiyasi har bir ketma-ket joylashgan elementning deformatsiyasi yig'indisiga teng:­­­­­

£ = ^ 2 ■

Modelning har bir elementi alohida ishlaganligi sababli, u E va tj ning o'ziga xos qiymatlari bilan tavsiflanadi, shuning uchun

£ = & / Ex + c / E1 (\ - e ^ 'Er1r, r) + (1-42)

Shaklda. 1.22, b vaqt ichida deformatsiyaning rivojlanishini ko'rsatadi. Stress ta'siri tugagandan so'ng, vaqt momentidan boshlab, deformatsiyaning elastik r va viskoelastik e2 komponentlari nolga teng bo'ladi va yopishqoq deformatsiya qaytarilmasdir.­

Tashqi tomondan

Guruch. 1.22.Viskoelastiklik modeli:

a)deformatsiya modeli; 1 - elastik element; 2 - viskoelastik element (Kelvin reologik tanasi); 3 - yopishqoq element; b) vaqt bo'yicha deformatsiya rivojlanishining reologik egri chizig'i

Qattiqlik, aşınma, aşınma

Qattiqlik Ular materialning boshqa qattiq jismning kirib kelishiga qarshilik ko'rsatish xususiyatini chaqiradilar. Tabiiy tosh materiallarining qattiqligi Mohs shkalasi bo'yicha baholanadi, o'nta mineral bilan ifodalanadi, ularning har biri o'tkir uchi bilan oldingi barcha narsalarni tirnaydi. Ushbu shkala 1 dan 10 gacha bo'lgan qattiqlik tartibidagi minerallarni o'z ichiga oladi:­­­­

1. 
   Talk Mg3 [Si4Oio] [OH] 2 - tirnoq bilan osongina tirnalgan.
   
2. 
   Gips CaSO42H2O - tirnoq bilan tirnalgan.
   
3. 
   Kalsit CaCO3 - po'lat pichoq bilan osongina tirnalgan.
   
4. 
   Fluorit (flora shpati) CaF2 - engil bosim ostida po'lat pichoq bilan tirnalgan.
   

* V. Kelvin (1824-1907) - lord, ilmiy kashfiyotlar uchun ingliz fizigi V. Tomson tomonidan olingan unvon.

5. 
   Apatit Ca5 [PO4] ZR - kuchli bosim ostida pichoq bilan tirnalgan
   

- abraziv (abraziv va silliqlash) materiallari sifatida ishlatiladigan shishani osongina tirnalgan.­
onam.

6. 
   Ortoklaz K [AlSi3O8]
   
7. 
   Kvarts SiO2
   
8. 
   Topaz Al2 [SiO4] [F, OH] 2
   
9. 
   Korund A12O3
   
10. 
    Olmos C
    

Yog'och, metallar, beton va boshqa ba'zi qurilish materiallarining qattiqligi po'lat shar yoki qattiq uchini (konus yoki piramida shaklida) bosish orqali aniqlanadi. Sinov natijasida qattiqlik soni HB - P / F hisoblanadi, bu erda F - chuqurlik yuzasi maydoni.

Ularning aşınması materiallarning qattiqligiga bog'liq: qattiqlik qanchalik baland bo'lsa, aşınma kamroq bo'ladi.

Aşınma material namunasining boshlang'ich massasining yo'qolishi bilan baholanadi, aşınma yuzasi maydoniga tegishli va (g / sm2) formula bilan hisoblanadi.­­

I = (ml -t2) / F, (1,43)

bu erda va m2 - ishqalanishdan oldingi va keyin namunaning massasi.

Materialning aşınmaya bardoshliligi standart usullar yordamida aniqlanadi: aşınma doirasi va abraziv moddalar (kvars qumi va zımpara). Bu xususiyat yo'llar, pollar, zinapoyalar va boshqalarning ishlashi uchun muhimdir.­

Aşınma - bu aşınma va ta'sirlarning bir vaqtning o'zida ta'siriga qarshi turish uchun materialning xususiyati. Aşınma po'lat sharli yoki aylanma barabanda sinovdan o'tgan materiallar namunalarida aniqlanadi. Aşınma ko'rsatkichi sinov natijasida material namunasining vazn yo'qotishidir (dastlabki og'irlikning% da).­­­

O'z-o'zini nazorat qilish uchun savollar

1. 
   Mikrodarajada materiallarning tuzilishini aniqlash uchun qanday baholash usullari mavjud?
   
2. 
   Og'ir va gazbeton, keramik g'isht va yog'och uchun haqiqiy va o'rtacha zichlik, g'ovaklik, zichlik koeffitsienti, issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik sig'imining raqamli qiymatlari va o'lchamlari qanday?
   
3. 
   Og'ir va gazbeton, keramik g'isht va yog'och uchun son o'lchovli siqilish, egilish va tortishish kuchlari qanday?
   
4. 
   Materiallarning siqilish, egilish, taranglikda mustahkamligini aniqlash uchun qanday namunalar shakllari va sinov sxemalari qo'llaniladi?­
   
5. 
   Stress-deformatsiya koordinatalarida qanday deformatsiyalar elastik, plastmassa, mo'rt materiallarni ko'rsatadi?
   
6. 
   Materiallarning mexanik xususiyatlarini qanday simulyatsiya qilish mumkin?
   

qo'shimcha adabiyotlar

1. 
   Sivuxin D.V.Umumiy fizika kursi. -M: Fan, 1979-1989, IV jild.
   
2. 
   Smirnov A.F.Materiallarning mustahkamligi. - M: O'rta maktab, 1975 yil.
   
3. 
   Glinka N.A.Umumiy kimyo. - L .: Kimyo, 1985, 25-nashr.
   
4. 
   Reyner M.Reologiya. - M., 1965 yil.
   
5. 
   V.S. GorshkovBirlashtiruvchi moddalarni fizik-kimyoviy tahlil qilish usullari. -M .: Oliy maktab, 1981 yil.
   
6. 
   "Texnik jihatdan tartibga solish to'g'risida" Federal qonuni. - M., Os-89, 2003 .-- 48s (Amaliy qonun).
   
7. 
   Popov K.N., Kaddo M.B., Kulkov O.V.Qurilish materiallari sifatini baholash / Ed. K.N. Popov. - M., ASV nashriyoti, 1999 yil­
   
8. 
   Rybev I.A.Qurilish materiallari fani. - M. Oliy maktab, 2002 y.
   

II bob. KOMPOZIT MATERIALLAR TUSHUNCHASI

1. 
   Umumiy ma'lumot
   

Kompozit materiallar - bu ikki yoki undan ortiq komponentlardan har birining individualligini saqlab qolgan holda olingan heterofazli tizimlar.

Butun hajm bo'ylab uzluksiz bo'lgan komponentlardan biri matritsadir. Kompozitsiya hajmiga bo'lingan yana bir uzluksiz komponent mustahkamlovchi yoki mustahkamlovchi komponent hisoblanadi. Matritsa materiallari metallar, ularning qotishmalari, keramika, noorganik va organik bog'lovchilar, polimerlar bo'lishi mumkin. Kuchaytiruvchi komponentlar ko'pincha nozik dispers kukun zarralari yoki turli tabiatdagi tolali materiallardir.­­­

Kompozit materiallarda - kompozitlarda, o'xshash bo'lmagan komponentlar sinergik effekt yaratadi - asl komponentlarning xususiyatlaridan farq qiladigan yangi material sifati. Strukturaviy kompozitlarda asosiy narsa po'latning o'xshash xususiyatidan taxminan 15 baravar yuqori bo'lgan yuqori o'ziga xos quvvat (konstruktiv sifat koeffitsienti) hisoblanadi.­­­

Dunyoda kompozit materiallar ishlab chiqarish jadal sur'atlar bilan o'sib bormoqda. 1977 yilda G'arbiy Evropa va AQShda mos ravishda 350 ming tonna kompozit sotilgan; 1986 yilda - allaqachon 1 million tonna, ya'ni. 10 yil davomida - ishlab chiqarishni uch baravar oshirish. 2000-2005 yillarda. kompozit materiallarning yillik iste'moli 2,5-3,0 mln.t.ga yetdi.Shu bilan birga, yetakchi G'arb mamlakatlarida po'lat iste'moli pasaymoqda. Kamroq - 4 baravar massani, tayyor mahsulot ishlab chiqarishda yuqori (2-3 baravar) hosildorlikni, uzoqroq xizmat qilish muddatini (2-3 baravar) hisobga olgan holda, 1,0 tonna kompozit nazariy jihatdan 15-25 tonnani almashtirishi mumkin va deyarli 4-5 tonna po'latdir.­­­

Kompozit materiallar nomining paydo bo'lishi texnologiyaning tubdan yangi yo'nalishi bilan bog'liq bo'lib, asosan samolyot, raketa va mashinasozlik uchun yuqori quvvatli materiallarni olish imkonini beradigan texnologiyalar yaratilgan. Qurilishda qo'llaniladigan bunday materialga misol sifatida polimer matritsa va shisha tolali shishadan iborat shisha tolalar kiradi. Binobarin, qurilish uchun yangi materiallarni yanada yaratish kompozit materiallar nazariyasi va texnologiyasidan foydalangan holda rivojlanishi mumkin. Keling, ularni 57-da haqiqiy kompozitlar deb ataymiz­­

boshqalardan farqli o'laroq, ko'plab qurilish materiallarini o'z ichiga oladi: beton, temir-beton, tolali temir-beton, asbest tsement, sunta, tolali taxta va boshqalar.­

2. 
   Kompozitning tarkibi va tuzilishi
   

Kompozitning mexanik va boshqa xususiyatlari uchta asosiy parametr bilan belgilanadi: mustahkamlovchi komponentlarning yuqori mustahkamligi, matritsaning qattiqligi va matritsa-qattiqlashtiruvchi interfeysdagi bog'lanishning mustahkamligi. Ushbu parametrlarning nisbati materialning mexanik xususiyatlarining butun majmuasini va uni yo'q qilish mexanizmini tavsiflaydi. Kompozitning ishlashi dastlabki komponentlarni to'g'ri tanlash bilan ham, ularning asl xususiyatlarini saqlab qolishni ta'minlaydigan oqilona ishlab chiqarish texnologiyasi bilan ta'minlanadi.­­­­­

Armatura va matritsali materiallarning xilma-xilligi, shuningdek, mustahkamlash sxemalari kompozitsiyani tanlash, komponentlarning nisbatlarini o'zgartirish va hokazolar orqali mustahkamlik, qattiqlik, ish harorati va boshqa xususiyatlarni maqsadli ravishda sozlash imkonini beradi.

Tolali kompozit materiallar uchun bir nechta tasniflar mavjud, masalan, materialshunoslik (komponentlarning tabiati bo'yicha); konstruktiv (mustahkamlash turi va uning matritsadagi yo'nalishi bo'yicha). Kompozitlarning bir nechta katta guruhlarini ajratish mumkin: polimer matritsali (plastmassalar), metall matritsali (metall kompozitlar), keramik matritsali va uglerodli matritsali.­

Mustahkamlovchi tolalarning tabiatiga qarab, masalan, polimer matritsasida quyidagi kompozitsiyalar ajralib turadi: shisha tolali, uglerod tolasi, boroplastika, organoplastika va boshqalar. Xuddi shu narsa boshqa matritsalar uchun ham amal qiladi.­

Kompozit mustahkamlash usullaridan ham ajralib turadi: parallel-uzluksiz tolalar bilan mustahkamlangan qatlamlardan ixcham shakllangan, xaotik va fazoviy mustahkamlovchi matolar bilan mustahkamlangan.­­

Armatura turiga ko'ra kompozitlarni ikki guruhga bo'lish mumkin: dispersiya bilan qotib qolgan va tolali, ular tuzilishi va yuqori mustahkamlik hosil qilish mexanizmi bilan farqlanadi.­­

Dispersiya bilan qotib qolgan kompozitlar - matritsasida nozik dispers zarrachalar bir tekis taqsimlangan material, ularning optimal miqdori 2-4% ni tashkil qiladi. Ammo qattiqlashuv effekti zarrachalarning kattaligi va ularning yaqinlashishi bilan bog'liq, ya'ni. diqqat. Masalan, d = 0,001-0,1 mikron kichik zarrachalar bilan qattiqlashganda, hajm konsentratsiyasi 15% ga yetishi mumkin; 1,0 mkm dan ortiq zarralar uchun hajm konsentratsiyasi 25% yoki undan ko'p bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, mustahkamlik, qattiqlik, issiqlikka chidamlilik oshadi, elastiklik saqlanib qoladi (masalan, matritsa - bitum, kauchuk, polimer; mustahkamlovchi zarralar - bo'r, slyuda, uglerod, kremniy, ohaktosh). Bunday materiallarda yuklanganda butun yuk matritsa tomonidan so'riladi.­­­

Elyaf kompozitsiyalarida yuqori quvvatli tolalar tashqi yuklar ostida asosiy stresslarga bardosh beradi va kompozitning qattiqligi va mustahkamligini ta'minlaydi. Elyafli kompozit strukturaning o'ziga xos xususiyati tolalarning plastik matritsadagi bir xil taqsimlanishidadir, ularning hajm ulushi 75% yoki undan ko'proqqa yetishi mumkin.­­­­

Armatura tolalari bir qator operatsion va texnologik talablarga javob berishi kerak. Birinchisiga mustahkamlik, qattiqlik, zichlik, ma'lum bir harorat oralig'ida xususiyatlarning barqarorligi, kimyoviy qarshilik va boshqalarga qo'yiladigan talablar kiradi.­

Materiallarning nazariy mustahkamligi moddaning elastik moduli va sirt energiyasining ortishi bilan ortadi va qo'shni atom tekisliklari orasidagi masofaning oshishi bilan kamayadi (1.3-jadvalga va (1.28) formulaga qarang).­

Shunday qilib, yuqori quvvatli qattiq jismlar yuqori elastik modullarga va sirt energiyasiga va birlik hajmiga eng ko'p atomlar soniga ega bo'lishi kerak. Beriliy, bor, uglerod, azot, kislorod, alyuminiy va kremniy bu talablarga javob beradi. Eng kuchli materiallar har doim ushbu elementlardan birini o'z ichiga oladi va ko'pincha faqat ushbu elementlardan iborat.­­­

Elyaf kompozitsiyalarini yaratishda yuqori quvvatli shisha, uglerod, borik va organik tolalar, metall simlar, shuningdek, bir qator karbidlar, oksidlar, nitridlar va boshqa birikmalarning tolalari va mo'ylovlari ishlatiladi. Kompozitlarda mustahkamlovchi komponentlar monofilamentlar, iplar, simlar, to'plamlar, to'rlar, matolar, lentalar va kanvaslar shaklida qo'llaniladi.­

Texnologik talablarga ular asosidagi mahsulotlar uchun yuqori samarali ishlab chiqarish jarayonini yaratish imkonini beradigan talablar kiradi. Muhim talab, shuningdek, tolalarning matritsa materiali bilan mosligi, ya'ni. tarkibiy qismlarning mexanik xususiyatlarining dastlabki qiymatlarini saqlab, kuchli tola-matritsa bog'lanishiga erishish imkoniyati.­­

Izotrop va anizotrop materiallarda deformatsiyalar va kuchlanishlar o'rtasidagi munosabatlar har xil. Izotrop elastik jismda kuchlanish va deformatsiyalarning asosiy o'qlari bir-biriga to'g'ri keladi, anizotrop jismda esa mos kelmaydi. Agar qattiqlashtiruvchi ma'lum bir tartibda yotqizilgan tolalar tizimi bo'lsa, unda turli yo'nalishlarda kompozitning elastik modullari sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Bunday anizotrop jismlarda deformatsiyalangan holatning har bir komponenti (matritsa va sertleştirici) kuchlanish holatining har bir komponentiga bog'liq. Binobarin, anizotrop jismda kuchlanish va deformatsiyalangan holatlarning bosh o'qlari bir-biriga to'g'ri kelmaydi.­­­­­­

Bir tomonlama tolali qadoqlangan kompozitlar monotrop deb ataladi (2.1-rasm). Monotropik kompozitlarda elastik modullar va Puasson nisbatlari o'qlar yo'nalishi bo'yicha turli qiymatlarga ega. Kompozitlar uchun anizotropiyaning eng tipik turi bu ortotropiya bo'lib, u uchta o'zaro perpendikulyar tekislikka simmetriyaga ega. Bu erda monotropiyaga qarab, XhY o'qlari notekis bo'ladi.


Guruch. 2.2. Oddiy kompozit modelni hisoblash sxemasi



Matritsa materiallari. Matritsa kompozitsiyaning mustahkamligini ta'minlaydi, mahsulot shaklini va mustahkamlovchi tolalarning nisbiy o'rnini o'rnatadi, ta'sir qiluvchi stresslarni material hajmiga taqsimlaydi, tolalarga bir xil yukni ta'minlaydi va tolani yo'q qilish paytida uning qayta taqsimlanishini ta'minlaydi. zarralar. Matritsa materiali mahsulotlarni ishlab chiqarish usulini, berilgan o'lcham va shakldagi tuzilmalarni bajarish imkoniyatini, shuningdek, texnik jarayonlarning parametrlarini va boshqalarni belgilaydi. Matritsalarga qo'yiladigan talablarni operatsion va texnologikga bo'lish mumkin. Operatsion talablar matritsa materialining mexanik va fizik-kimyoviy xususiyatlari bilan bog'liq bo'lgan talablarni o'z ichiga oladi, ular turli xil operatsion omillar ta'sirida kompozitsiyaning ishlashini ta'minlaydi. Texnologik talablar kompozitsiyani olish jarayonlari bilan belgilanadi, ya'ni.­­­­­­

Texnologik operatsiyalarning maqsadi - ma'lum hajmdagi tarkibda matritsadagi (bir-biriga tegmasdan) tolalarning bir xil taqsimlanishini ta'minlash; tolalarning xususiyatlarini maksimal darajada saqlab qolish, asosiysi - kuch; tola-matritsa interfeysida etarlicha ishonchli shovqinni yaratish.­­­­

Bo'lim chegaralari. Avvalo, tola va matritsa o'rtasidagi yopishtiruvchi (yopishtiruvchi) o'zaro ta'sir kompozitsiyalarning xossalari darajasini va ularning ish paytida ishlashini belgilaydi. Kompozitdagi mahalliy kuchlanishlar odatda materialning sinishi boshlanadigan interfeys yaqinida yoki to'g'ridan-to'g'ri maksimal qiymatlariga etadi. Interfeys yukning matritsadan tolalarga samarali o'tkazilishini ta'minlashi kerak. Matritsa va tolaning chiziqli kengayishining harorat koeffitsienti farqi yoki uning qotib qolish vaqtida bog'lovchining kimyoviy qisqarishi natijasida termal va qisqarish kuchlanishlari ta'sirida interfeysdagi yopishtiruvchi birikma yo'q qilinmasligi kerak. Tolalarni tashqi ta'sirlardan himoya qilish ham asosan interfeysdagi yopishqoq o'zaro ta'sir bilan belgilanadi.­­­­­­­­

3. 
   Kompozitning xossalarini shakllantirishda matritsa va sertleştiricini baholash
   
   
   
   

Dispersiya bilan qotib qolgan kompozitlarda zarrachalar mexanik cheklov yordamida matritsaning deformatsiyasini cheklaganda qattiqlashtiruvchi ta'sir ko'rsata boshlaydi. Bu zarrachalar orasidagi masofaning ularning diametriga nisbati, shuningdek, matritsa va zarrachalarning elastik xususiyatlarining funktsiyasidir. Odatda, VM matritsasi V4 zarrachalari bilan mustahkamlangan Ek kompozitning elastiklik moduli aralashmalar qoidasiga muvofiq quyidagi qiymatdan pastroq qiymatga ega *:­­

EK = EUVM + E4V4. (2.1)

Aralashmalarning qoidasi (qo'shimchalar) - bu butun ob'ektga mos keladigan miqdorning qiymati uning qismlari miqdorining qiymatlari yig'indisiga teng bo'lgan xususiyatdir.­

Ushbu tenglama egiluvchanlikning yakuniy modulining nisbiy qismi sifatida ifodalangan ma'lumotlarni beradi. Chunki zarrachalar bilan mustahkamlangan kompozitning elastiklik modullari quyidagi munosabatni qondirishi kerak (komponentlardagi kuchlanishlar tengligi):­

Ek = EMECH / UMECH + O'QITISH, (2.2)

bu tenglamadan har qanday ijobiy og'ish matritsaning cheklanishini anglatishi kerak, ya'ni. zarrachalarning kuchaytiruvchi ta'siri.­

Elyaf kompozitsiyalarida, yuqorida aytib o'tilganidek, ikkita komponent - tolalar va matritsa kiradi, bu esa yuqori kuchlanish va egilish kuchini beradi. Bunga biz oddiy model yordamida tolali kompozitning mustahkamligini tahlil qilish orqali ishonch hosil qilamiz: kompozitsiyadan ajratilgan hajmga teng bo'lgan va parallel ravishda joylashtirilgan tolalar bilan mustahkamlangan parallelepiped (2.2-rasm).­­

Uv tolasi va Um matritsasi tarkibi birlik sifatida olingan kompozit hajmining ulushlarida berilgan, shuning uchun:

QURILISH MOLLARI Materialshunoslik 3

Qurilish materiallari texnologiyasi 3

MUQADDIMA 3

KIRISH 6