Большая Советская Энциклопедия (МЕ)

Большая Советская Энциклопедия

Для оценки качества металла весьма распространены испытания на ударный о изгиб призматических образцов, имеющих на одной стороне надрез. При этом оценивают ударную вязкость (в кгс xм/см² или Мдж/м² ) — работу деформации и разрушения образца, условно отнесённую к поперечному сечению в месте надреза. Широкое распространение получили испытания на ударный изгиб образцов с искусственно полученной в основании надреза трещиной усталости. Работа разрушения таких образцов а_ту находится в целом в удовлетворительном соответствии с такой характеристикой разрушения, как K_1C , и ещё лучше с отношением

Временна'я

зависимость прочности. С увеличением времени действия нагрузки сопротивление пластической деформации и сопротивление разрушению понижаются. При комнатной температуре у металлов это становится особенно заметным при воздействии коррозионной (коррозия под напряжением) или др. активной (эффект Ребиндера) среды. При высоких температурах наблюдается явление ползучести , т. е. прироста пластической деформации с течением времени при постоянном напряжении (рис. 4 , а). Сопротивление металлов ползучести оценивают условным пределом ползучести — чаще всего напряжением, при котором пластическая деформация за 100 ч достигает 0,2 %, и обозначают его s_0,2/100 . Чем выше температура t , тем сильнее выражено явление ползучести и тем больше снижается во времени сопротивление разрушению металла (рис. 4 , б). Последнее свойство характеризуют т. н. пределом длительной прочности, т. е. напряжением, которое при данной температуре вызывает разрушение материала за заданное время (например, s^t₁₀₀ , s^t₁₀₀₀ и т. д.). У полимерных материалов температурно-временная зависимость прочности и деформации выражена сильнее, чем у металлов. При нагреве пластмасс наблюдается высокоэластическая обратимая деформация; начиная с некоторой более высокой температуры развивается необратимая деформация, связанная с переходом материала в вязкотекучее состояние. С ползучестью связано и др. важное механическое свойство материалов — склонность к релаксации напряжений, т. е. к постепенному падению напряжения в условиях, когда общая (упругая и пластическая) деформация сохраняет постоянную заданную величину (например, в затянутых болтах). Релаксация напряжений обусловлена увеличением доли пластической составляющей общей деформации и уменьшением её упругой части.

Если на металл действует нагрузка, периодически меняющаяся по какому-либо закону (например, синусоидальному), то с увеличением числа циклов N нагрузки его прочность уменьшается (рис. 4 , в) — металл «устаёт». Для конструкционной стали такое падение прочности наблюдается до N = (2—5) x10⁶ циклов. В соответствии с этим говорят о пределе усталости конструкционной стали, понимая под ним обычно амплитуду напряжения

ниже которой сталь при повторно-переменной нагрузке не разрушается. При |s_min | = |s_max | предел усталости обозначают символом s_{– 1} . Кривые усталости алюминиевых, титановых и магниевых сплавов обычно не имеют горизонтального участка, поэтому сопротивление усталости этих сплавов характеризуют т. н. ограниченными (соответствующими заданному N ) пределами усталости. Сопротивление усталости зависит также от частоты приложения нагрузки. Сопротивление материалов в условиях низкой частоты и высоких значений повторной нагрузки (медленная, или малоцикловая, усталость) не связано однозначно с пределами усталости. В отличие от статической нагрузки, при повторно-переменных нагрузках всегда проявляется чувствительность к надрезу, т. е. предел усталости при наличии надреза ниже предела усталости гладкого образца. Для удобства чувствительность к надрезу при усталости выражают отношением

характеризует асимметрию цикла). В процессе уставания можно выделить период, предшествующий образованию очага усталостного разрушения, и следующий за ним, иногда довольно длительный, период развития трещины усталости. Чем медленнее развивается трещина, тем надёжнее работает материал в конструкции. Скорость развития трещины усталости dl/dN связывают с коэффициентом интенсивности напряжений степенной функцией:

Различают сопротивление термической усталости, когда появляющиеся в материале напряжения обусловлены тем, что в силу тех или иных причин, например из-за формы детали или условий её закрепления, возникающие при циклическом изменении температуры тепловые перемещения не могут быть реализованы. Сопротивление термической усталости зависит и от многих других свойств материала — коэффициентов линейного расширения и температуропроводности, модуля упругости, предела упругости и др.

Лит.: Давиденков Н. Н., Динамические испытания металлов, 2 изд., Л. — М., 1936; Ратнер С. И., Разрушение при повторных нагрузках, М., 1959; Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейдерович Р. М., Несущая способность и расчеты

деталей машин на прочность, 2 изд., М., 1963; Прикладные вопросы вязкости разрушения, пер. с англ., М., 1968; Фридман Я. Б., Механические свойства металлов, 3 изд., М., 1974; Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов, под ред. А. Т. Туманова, т. 2, М., 1974.

С. И. Кишкина.

Рис. 4. Изменение механических свойств конструкционных материалов в функции времени (или числа циклов).

Рис. 3. Образец со специально созданной в вершине надреза трещиной усталости для определения K_1C . Испытания на внецентренное (а) и осевое (б) растяжение.

Рис. 1. Схемы деформации при разных способах нагружения: а — растяжение, б — сжатие, в — изгиб, г — кручение (пунктиром показана начальная форма образцов).

Рис. 2. Типичная диаграмма деформации при растяжении конструкционных металлов.

Механические связи

Механи'ческие свя'зи, ограничения, налагаемые на положение или движение механической системы. См. Связи механические .

Механические ткани растений

Механи'ческие тка'ни расте'ний, арматура растений, стереометрическая система тканей, обеспечивающих прочность растений, т. е. их способность противостоять воздействию статических (например, сила тяжести) и динамических (например, порывы ветра) нагрузок. К М. т. р. относятся: колленхима , склеренхима , каменистые клетки , во вторичной коре — лубяные волокна , а в древесине — либриформ . К М. т. р. иногда относят некоторые покровные ткани, толстостенные трахеиды, располагающиеся в поздних годичных слоях хвойных и выполняющие наряду со своей основной функцией также и механическую. Тонкостенные, нежные ткани также играют механическую роль, если находятся в состоянии тургора ; они заполняют пространство между М. т. р. и тем самым увеличивают прочность растения. Выполнение основных функций М. т. р. обеспечивается сильными утолщениями клеточных оболочек, прочной связью клеток друг с другом, большой упругостью оболочек, а также и характером распределения М. т. в растении. По упругости и прочности при растяжении М. т. р. (например, склеренхима) близки к стали, мало уступают по упругости каучуку, а по способности противостоять динамическим нагрузкам без деформаций значительно превосходят сталь. Начало систематическому изучению М. т. р. было положено нем. ботаником С. Шведенером (1874), а в России — В. Ф. Раздорским (с 1912), создавшим теорию осуществления строительно-механических принципов в строении растений. Раздорский рассматривает растение и его органы не как конструкции, статически сопротивляющиеся внешним механическим воздействиям (как полагал Шведенер), а как динамическую систему живого организма, меняющуюся в зависимости от внешних условий. Механические ткани травянистых растений образуют сетку («каркас»), часть их тяжей проходит наклонно; сплетение тканей, перегородки в узлах полых стеблей, кожица и сросшиеся с ней периферические части обеспечивают особую прочность стебля. Во вторичной коре древесных растений арматурная сетка состоит из тяжей и пластинок лубяных механических волокон и склереид. В древесине тяжи либриформа армируют основную массу сосудов и трахеид. На М. т. р. влияют условия среды, например у растений, живущих в воде, они развиты очень слабо. Мощность М. т. р. повышается с увеличением интенсивности освещения, влажности почвы, а также с понижением влажности воздуха.

Лит.: Раздорский В. Ф., Анатомия растений, М., 1949; его же, Архитектоника растений, М., 1955.

О. Н. Чистякова.

Механический состав почвы

Механи'ческий соста'в по'чвы, гранулометрический состав почвы, содержание в почве элементарных (неагрегированных) частиц различного размера. Обычно М. с. п. выражают в процентах к весу абсолютно сухой почвы. Подробнее см. Почва .

Механический эквивалент света

Механи'ческий эквивале'нт све'та, отношение потока излучения , принадлежащего к видимой области спектра, к создаваемому этим излучением световому потоку . Понятие М. э. с. применяется обычно к монохроматическому свету . М. э. с. является функцией длины волны света l; функция, обратная М. э. с. — отношение светового потока к потоку излучения, — называется спектральной световой эффективностью излучения (или спектральной чувствительностью среднего глаза, световым эквивалентом мощности, видностью излучения). Своё наименьшее значение, равное 0,00147 вт/лм, М. э. с. принимает при l = 555 нм (спектральная чувствительность глаза при этой длине волны максимальна).