Механические свойства строительных материалов характеризуются способностью материалов сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. По совокупности признаков различают прочность материала при сжатии, изгибе, кручении, ударе и так далее, твердость , упругость, пластичность и истираемость. Прочность это свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Изучением этого свойства материалов занимается специальная наука, которое называется сопротивление материалов. Ниже излагаются общие понятия о прочности материалов , которые необходимы для изучения основных свойств строительных материалов. Материалы находясь в сооружении могут испытывать различные нагрузки. Для строительных конструкций наиболее характерны являются растяжение, сжатие, изгиб и конечно удар. Каменные материалы, как например, гранит или бетон сопротивляются хорошо сжатию и намного хуже примерно в 5…50 раз растяжению, удару, изгибу. Поэтому каменные материалы используют главным образом в конструкциях работающих на сжатие. Такие материалы как металл и древесина работают хорошо на изгиб, сжатие и растяжение, поэтому их используют в конструкциях которые испытывают такие нагрузки. Прочность строительных материалов как правило характеризуется пределом прочности Па. Пределом прочности Па называют напряжение, соответствующее нагрузке вызывающей разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии различных материалов 0,5…МПа и более. Прочность на сжатие определяют испытанием образцов на механических или гидравлических прессах смотри рисунок Схема гидравлического пресса для испытания на сжатие. Для этой цели применяют специально изготовленные образцы, формы куба со стороной 2…30 см. Из более однородных материалов образцы делают меньших размеров, а из менее однородных -больших размеров. Иногда на сжатие испытывают образцы которые имеют форму цилиндров или призм. При испытании металлов на растяжении применяют образцы в виде круглых стержней или полос. При испытании на растяжении вяжущих веществ используют образцы в виде восьмерок. Для определения предела прочности образцы изготовляют в соответствии с указаниями ГОСТов. Размеры и форму образцов строго выдерживают, так как они существенно влияют на результат испытания. Так, призмы и цилиндры меньше сопротивляются сжатию, чем кубы того же поперечного сечения; наоборот, низкие призмы высота меньше стороны больше сопротивляются сжатию, чем кубы. Это объясняется тем, что при сжатии образца плиты пресса плотно прижимаются к опорным плоскостям его и возникающие силы трения удерживают от расширения прилегающие поверхности образца, а боковые центральные части образца испытывают поперечное расширение, которое удерживается только силами сцепления между частицами. Поэтому чем дальше находится сечение образца от плит пресса, тем легче происходит разрушение в этом сечении и образца в целом. По этой же причине при испытании хрупких материалов камня, бетона, кирпича и т. На прочность материала оказывают влияние не только форма и размер образца, но и характер его поверхности и скорость приложения нагрузки. Поэтому для получения сравнимых результатов нужно придерживаться стандартных методов испытания, установленных для данного материала. Схема стандартных методов определения прочности при сжатии. Прочность зависит также от структуры материала, его плотности пористости , влажности направления приложения нагрузки. На изгиб испытывают образцы в виде балочек, расположенных на двух опорах и нагруженных одним или двумя сосредоточенными грузами, увеличиваемыми до тех пор, пока балочки не разрушатся. Предел прочности на изгиб Па определяют по формулам: При двух равных грузах, расположенных симметрично оси балки: В материалах конструкций допускаются напряжения, составляющие только часть предела прочности, таким образом создается запас прочности. При установлении величины запаса прочности учитывают неоднородность материала -чем менее однороден материал, тем выше должен быть запас прочности. При установлении коэффициента запаса прочности важными являются агрессивность эксплуатационной среды и характер приложения нагрузки. Динамической или ударной прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Сопротивление удару важно для материалов, используемых при устройстве фундаментов машин, полов промышленных зданий, дорожных покрытий и т. Коэффициент конструктивного качества к. Следовательно, это прочность, отнесенная к единице объемной массы. Лучшие конструкционные материалы имеют высокую прочность при малой собственной объемной массе. Для некоторых материалов значения к. Для каменных материалов значения к. Теоретическая прочность однородного материала характеризуется напряжением, необходимым для разделения двух примыкающих друг к другу слоев атомов. Теоретическую прочность получают из условия, что в момент разрушения вся энергия упругой деформации, накопленная в объеме между двумя слоями атомов, переходит в поверхностную энергию двух вновь образовавшихся при разрушении поверхностей. Согласно уравнению Орована — Келли: Следовательно, теоретическая прочность материала тем выше, чем больше его модуль упругости и поверхностная энергия и чем меньше межатомное расстояние. Например, теоретическая прочность стали 30 МПа, в то время как прочность обычной стали около МПа, а специальной проволоки — МПа. Теоретическая прочность стекла при комнатной температуре — 14 МПа, прочность на растяжение тонких стеклянных волокон толщиной 3 — 5 мкм — — МПа, а обыкновенного стекла — только 70 — МПа. Следовательно, используется сравнительно небольшая доля потенциальной прочности материала: Агрессивная среда и знакопеременные нагрузки, вызывающие усталость материала, требуют более высокого коэффициента запаса прочности. Запас прочности, обеспечивающий сохранность и долговечность конструкций зданий и сооружений, устанавливают нормами проектирования и определяют видом и качеством материала, условиями работы и классом здания по долговечности, а также специальными техникоэкономическими расчетами. За последние годы в практику строительства внедряются новые методы контроля прочности, позволяющие испытывать без разрушения образцы или отдельные элементы конструкций. Этими методами можно испытывать изделия и конструкции при их изготовлении на заводах и строительных объектах, а также после установки их в зданиях и сооружениях. Известны акустические методы, из которых наибольшее распространение получили импульсный и резонансный. Указанным методам присуще общее основное положение, а именно: Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость не всегда соответствует прочности материала. Для определения твердости существует несколько методов. Твердость каменных материалов оценивают по шкале Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой чертится этим материалом. От твердости материалов зависит их истираемость. Чем выше твердость, тем меньше истираемость. Это свойство материала важно при обработке, а также при использовании его для полов, дорожных покрытий. Гипс или каменная соль. CaCO3 -Легко чертится стальным ножом. CaF2-Чертится стальным ножом под небольшим нажимом. Ca5[PO4]3F-Чертится стальным ножом под большим нажимом. SiO2 Легко чертит стекло, стальным ножом не чертится. Топаз Al2[SiO4] F,OH 2 9. Износом называют разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Износу подвергают материалы для дорожных покрытий и балласта железных дорог. Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых в полах и дорожных покрытиях. Испытание материалов на удар производят на специальном приборе — копре. Деформация — изменение размеров и формы материалов под нагрузкой. Если после снятия нагрузки образец материала восстанавливает свои размеры и форму, то деформацию называют упругой, если же он частично или полностью сохраняет изменение формы после снятия нагрузки, то такую деформацию называют пластической. Деформативные свойства строительных материалов. Упругость — свойство материала восстанавливать после сня тия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой очень малой величины устанавливаемой техническими условиями на данный материал. Пластичность — свойство материала изменять свою форму под нагрузкой без появления трещин без нарушения сплошности и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным материалам относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и т. Хрупкие материалы разрушаются внезапно без значительной деформации. К ним относят каменные материалы. Хрупкие материалы хорошо сопротивляются только сжатию и плохо — растяжению, изгибу, удару. Пластическую, или остаточную, деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, называют необратимой. Основными характеристиками деформативных свойств строительного материала являются: Другие характеристики могут определяться для специальных условий нагружения. Деформация происходит вследствие удаления или сближения атомов, причем смещения атомов пропорциональны деформации тела. На частицы, из которых состоит твердое тело, одновременна действуют силы притяжения и силы отталкивания: Результирующая сила F, равная сумме сил притяжения и отталкивания, изменяется в зависимости от межатомного расстояния. Ее изменение можно наглядно представить используя пружинную модель межатомных сил рис. Когда твердое тело не нагружено, межатомное расстояние остается постоянным хотя атомы совершают непрерывные колебания и результирующая сила равна нулю. При превышении равновесного межатомного расстояния растяжение стержня атомы находятся под. Наоборот, если расстояние между атомами уменьшается сжатие стержня , то возникает отталкивающая сила сжатой пружины см. Модуль упругости представляет собой меру жесткости материала. Материалы с высокой энергией межатомных связей они плавятся при высокой температуре характеризуются и большим модулем упругости табл. Зависимость модуля упругости Е от температуры плавления t пл материала. Поликристаллические изотропные материалы металлы, кристаллические полимеры и др. При хрупком же разрушении пластические деформации невелики рисунок-4, б. Нелинейное соотношение между напряжением и деформацией у некоторых материалов проявляется при относительно невысоких напряжениях. Так, у материалов с конгломератным строением бетонов различного вида оно отчетливо наблюдается уже при напряжениях, больших 0,2 предела прочности. Первоначально для распрямления цепей молекул эластомера требуется низкое напряжение. По мере распрямления цепей молекул сопротивление дальнейшему деформированию возрастает, так как увеличение деформаций вызывает разрыв связей уже выпрямленных молекул рисунок-4, в. Таким образом, диаграммы деформаций позволяют определить модуль упругости и установить его изменение в зависимости от уровня напряженного состояния. Модуль упругости Е связан с другими упругими характеристиками материала посредством коэффициента Пуассона. Силы притяжения и отталкивания в материале различным образом зависят от изменения межатомного расстояния, поэтому значения коэффициента Пуассона реальных материалов сильно отличаются от теоретического и различаются между собой: Объемный модуль упругости, или модуль всестороннего сжатия растяжения , К связан с модулем Юнга следующим соотношением: Экспериментально определив модуль Юнга и коэффициент Пуассона. Прочность материала одного и того же состава зависит от его пористости. Подобная зависимость характерна и для других материалов известняка, керамических материалов и пр. Реальные кристаллические материалы имеют большее или меньшее количество точечных дефектов. Одни из них заключаются в том, что некоторые атомы или ионы смещены в другие положения и могут располагаться даже между узлами кристаллической решетки дефекты Френкеля. Их нормальные места остаются свободными и затем замещаются другими ионами. Следовательно, в узлах решетки могут быть свободные места вакансии. Другого рода дефекты возникнут в результате размещения посторонних атомов или ионов примеси в узлах решетки, где они заменяют основное вещество примеси замещения , или между ними примеси внедрения. Свойства кристаллических материалов зависят от дислокаций кристаллов. Дислокация — это всегда одномерный линейный дефект кристаллической решетки, возникающий или в процессе образования кристалла, или в результате последующих механических, тепловых и других воздействий. Дислокации, бывают краевые, винтовые и смешанные — криволинейные. На рисунке-6 схематически изображена краевая дислокация. Отклонение от идеального строения кристалла вызвано тем, что один слой атомов он расположен на рисунке в экстраплоскости по каким-то причинам оказался незавершенным. По обе стороны от кромки экстраплоскости атомы сдвинуты на угол, соответствующий теоретической прочности кристалла на сдвиг. Стоит приложить внешнее усилие, значительно меньшее теоретической прочности данного кристалла, чтобы осуществить сдвиг на одно межатомное расстояние в плоскости А — А, нормальной к экстраплоскости рис. Схема пластического сдвига путем движения дислокации по П. Продолжая нагружать кристалл, перемещаем дислокацию из одного ряда атомов в другой, пока не вытолкнем дислокацию на грань кристалла. Механизм скольжения, основанный на движении дислокаций, может быть сопоставлен с перемещением по полу ковра с предварительно созданной складкой рисунок При таком способе требуется значительно меньшее усилие, чем в случае перемещения ковра как единого целого. Дислокационная теория рассматривает пластический сдвиг в кристаллических материалах как скольжение путем движения дислокаций. Подвижность дислокаций зависит от того, насколько легко межатомная связь может быть разрушена и вновь восстановлена; ведь каждый раз, когда дислокация перемещается на один шаг межатомное расстояние , должны рваться старые связи и устанавливаться новые. В этом отношении предпочтительнее связи, обеспечивающие одинаковое притяжение во всех направлениях: Дислокации присутствуют почти во всех кристаллических материалах. Они значительно понижают прочность монокристаллов, но зато придают пластичность поликристаллическим телам с металлической связью, делают металл ковким, затрудняют распространение трещин. По данным Ван Флека, теоретическая прочность железа на сдвиг около МПа, но практически кристалл очень чистого железа сдвигается при напряжении, меньшем в раз, — около 7 МПа; для рядовых сталей по Гордону прочность на сдвиг — МПа, для высокопрочных МПа. В реальности дислокаций убеждают и непосредственные наблюдения. Снят кинофильм о движении дислокаций. При механических воздействиях дислокации перемешаются, взаимодействуют между собой и порождают новые дислокаций; в особенности в местах концентрации напряжений. В результате этого их плотность возрастает до 10 10 — 10 13 в сильно наклепанных металлах. Когда дислокаций много больше некоторой критической плотности , они переплетаются словно спутанные нитки , тормозят перемещение друг друга, в результате материал упрочняется. Однако при дальнейшем деформировании материал может сделаться хрупким. Вакансии в кристаллической решетке, межузельные внедренные атомы, дислокации играют важную роль в процессах диффузии, повышают химическую активность, что используется, в частности, в технологии быстротвердеющих цементов. Однако наличие дислокаций и дефектов структуры в готовом материале снижает его стойкость, так как деформированные межатомные связи как и места концентрации напряжений более уязвимы для химических и физических воздействий среды. Следовательно, дислокации следует рассматривать как структурный фактор, регулирующий комплекс наиболее важных свойств кристаллических материалов. Различают хрупкое и пластическое разрушение твердых тел. Хрупкость присуща не только кристаллическим, но и стеклообразным и даже полимерным материалам. Концентрация напряжений в пластине с трещиной по Ван Флеку:. Разрушению пластичных вязких материалов предшествует изменение формы и большая деформация. Большинство материалов при понижении температуры охрупчиваются, у них происходит переход от пластического разрушения к хрупкому. Так ведут себя битумные материалы, некоторые полимеры, металлы и др. Хрупкое разрушение происходит в результате образования и быстрого роста одной или нескольких трещин при возрастающей нагрузке. Трещина как и надрез вызывает концентрацию напряжений около ее вершины рис. В этом месте напряжение оказывается значительно большим, чем можно ожидать из простого уменьшения площади поперечного сечения. Следовательно, местное напряжение может превысить МПа при номинальном то есть среднем по значению напряжении МПа. Трещина как бы разрезает атомные цепочки, и значительная часть нагрузки, которую несли разрезанные атомные цепочки, приходится теперь на атомную связь у конца трещины. Перегруженная связь лопнет раньше других и положение ухудшится, так как следующее звено будет еще больше перегружено. Таким образом, трещина становится по словам Гордона тем инструментом, с помощью которого приложенная извне слабая сила рвет прочные межатомные связи. При распространении трещины материал вблизи трещины разгружается, и вследствие этого выделяется энергия упругой деформации. Объем, в котором выделяется энергия, изображается на рис. Напряжение, необходимое для разрушения растянутой пластины, возрастает у материалов с высоким модулем упругости и большей поверхностной энергией, оно уменьшается при наличии более глубоких поверхностных трещин. В данном материале для каждого напряжения существует своя критическая длина трещин. Сжимающие усилия, в отличие от растягивающих могут передаваться через трещины, не вызывая концентрации напряжений. Поэтому хрупкие материалы всегда оказываются значительно прочнее при сжатии, чем при растяжении. Схема торможения трещин по Куку — Гордону. Торможение трещин при помощи создаваемых в материале внутренних поверхностей раздела используется в современных композиционных материалах. Механизм торможения трещины по Куку — Гордону основан на том, что при распространении трещины кроме напряжений, перпендикулярных трещине, достигающих максимума в ее вершине, возникает растяжение в направлении, параллельном трещине. Растягивающее напряжение, параллельное трещине, равно нулю в вершине трещины и достигает максимума впереди трещины на расстоянии одного- двухатомных размеров от ее вершины. Кончик трещины, который был очень малым, при встрече с поверхностью раздела становится очень большим, устраняется концентрация напряжений в вершине трещины и тенденция к ее распространению рис. Для моделирования поведения упругого материала используют пружину. Упругая деформация идеального подчиняющегося закону Гука твердого тела возникает тотчас после приложения силы и не зависит от времени, как это показано на рис. После снятия нагрузки деформация становится равной нулю, следовательно, деформация упругого твердого тела постоянна и обратима. Идеальная ньютоновская жидкость подчиняется уравнению вязкого течения: Поведение жидкости моделируют демпфером рисунок,б в котором поршень перемещается под действием приложенных сил, при этом жидкость протекает через кольцевой зазор между стенками цилиндра и поршнем. Модель идеальной ньютоновской жидкости:. Поведение материалов, сочетающих упругие и вязкие свойства можно описать с помощью модели Максвелла, которая состоит из пружины и демпфера, соединенные последовательно смотри рисунок,б , при постоянном напряжении. Соответствующий график приведен на рисунке 14,а. Примером вязкого течения является след шин, вдавившихся в асфальтовое покрытие дороги. Он напоминает о повышенной склонности к вязкому течению материала покрытия в жаркую погоду. При высокой температуре вязкое течение проявляется у стекла, металла и других твердых материалов. Модели деформации твердых тел дают возможность получить количественную характеристику скорости релаксационных явлений, протекающих в полимерных и других строительных материалах. Если быстро деформировать тело например, полимер , сохраняя деформацию постоянной, то напряжение постепенно уменьшается. Деформация вызывает перестройку внутренней структуры тела, и требуется некоторый промежуток времени, пока все частицы тела придут в равновесие в соответствии с новыми условиями. Элементарная модель релаксации напряжений при постоянной деформации представляет собой последовательное соединение пружины и демпфера модель Максвелла. Из формулы видно, что релаксация напряжения следует экспоненциальному закону рисунок Скорость релаксации напряжения характеризуется временем релаксации -промежутком времени, в течении которого напряжение уменьшается в е раз. Пример по Ван Флеку. Для увеличения длины каучуковой ленты с 10 до мм необходимо приложить напряжение 8,44 МПа. После выдержки ленты в этом положении в течении 42 сут напряжение снизилось до 4,22 МПа. Печь Кузнецова своими руками. Бензопила Урал ремонт и эксплуатация. Какова основная причина образования оползней. Home ВИДЕО КОНТАКТЫ О проекте Проекты печей Публикации. Геология инструменты Новости печи растворы сантехника строительное черчение строительство. Механические свойства строительных материалов Механические свойства строительных материалов характеризуются способностью материалов сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. В таблицу-2 приведены схемы испытания и расчетные формулы. Схема стандартных методов определения прочности при изгибе и растяжении. Твердость материалов Твердость каменных материалов оценивают по шкале Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Деформативные свойства строительных материалов Упругость — свойство материала восстанавливать после сня тия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Рассмотрим связь строения и деформативных свойств материала. Схема сил взаимодействия между атомами: Влияние строения на прочность материалов Прочность материала одного и того же состава зависит от его пористости. Краевая дислокация в кристаллической решетке: Механическое разрушение Различают хрупкое и пластическое разрушение твердых тел. Концентрация напряжений в пластине с трещиной по Ван Флеку: Влияние внутренних поверхностей на торможение развития трещин: Модели механических свойств строительных материалов Для моделирования поведения упругого материала используют пружину. Модель идеальной ньютоновской жидкости: Сочетание упругих и вязких свойств: Релаксация напряжений Модели деформации твердых тел дают возможность получить количественную характеристику скорости релаксационных явлений, протекающих в полимерных и других строительных материалах. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован. Комментарий Имя E-mail Сайт. Popular Posts Recent Posts. Печь Кузнецова своими руками Январь 15, Бензопила Урал ремонт и эксплуатация Март 3, Как сделать печь Декабрь 26, Состав клея ПВА Октябрь 1, Фибролитовые плиты Ноябрь 27, Какова основная причина образования оползней Июль 11, Лёссовый грунт Июль 7, Карст Июль 6, Механическая суффозия Июль 3, Расчет котлована Июль 2, Регистрация на сайте Войти.
Описание условных знаков
Крашенные ресницы фото
Роза хутор красная поляна на карте россии