5.3.1. Механические свойства
Механические свойства характеризуют способность мате- риалов
сопротивляться воздействию внешних механических сил – нагрузок,
которые вызывают в них деформации и внут- ренние напряжения.
Нагрузки
Статические
(действующие постоянно) возникают от оборудова- ния, конструкций,
мебе- ли, людей.
На них рассчитываются здания и сооружения промышленного и граж-
данского строительства
Динамические
(прикладываются вне- запно и вызывают силы инерции) возникают в ре-
зультате природных ката- строф, аварий на пред- приятиях, взрывов и
уда- ров.
На них рассчитываются мосты, тоннели, дорож- ные и аэродромные по-
крытия, прессовые цеха, специальные объекты
Внешние силы, действующие на материал, вызывают его деформации и
могут привести к разрушению.
Сила
Материал
Деформированное состояние (изменение формы и размеров)
Разрушение (завершающая стадия силового воздействия)
Деформативные свойства
Прочностные свойства
Деформативные свойства строительных материалов ха- рактеризуют
способность материала к изменению формы и раз- меров (без изменения
массы).
Деформация – изменение формы и размеров под действием внешних и
внутренних факторов. Деформации происходят вследствие удаления или
сближения частиц, их которых состоит материал (атомов,
молекул).
В зависимости от того, исчезают или нет деформации после снятия
нагрузки (восстанавливаются размеры и форма или нет), деформации
делятся на две группы:
· Обратимые деформации исчезают после снятия нагруз- ки, форма и
размеры восстанавливаются полностью.
Упругие деформации исчезают мгновенно после снятия нагрузки.
Эластические деформации исчезают в течение более или менее
длительного периода времени.
· Необратимые (остаточные), или пластические, дефор- мации
полностью или частично сохраняются после снятия на- грузки.
Зависимость «напряжение – относительная деформация» (s–e) может
быть представлена графически:
а) б)
в) г)
Рис. 5.9. Диаграммы деформации:
а – стекло (упругий хрупкий материал); б – сталь (сохраняет
упругость при значительных напряжениях); в – бетон (хрупкий
материал); г – эластомер (эластичный материал)
Область упругих деформаций (линейная зависимость s–e)
характеризуется модулем упругости Е(модулем Юнга) – тан- генс угла
наклона прямой к оси e. Модуль упругости представ- ляет собой меру
жесткости материала: чем больше энергия межатомных связей, тем
больше модуль упругости (и тем выше температура плавления).
Упругость материалов
Таблица 5.3
Материал
Модуль упругости (103 МПа)
Температура плавления, °С
Железо
Свинец
Полистирол
Каучук
0,02
В зависимости от величины деформации в момент разру- шения
материалы подразделяются на:
– хрупкие – разрушаются без заметных деформаций (бетон, керамика,
каменные материалы);
– пластичные – значительные деформации при разрушении (сталь,
древесина, пластмассы).
Характер и величина деформаций зависят также от скоро- сти
нагружения, влажности и температуры материала. Чаще всего с
увеличением скорости нагружения и с понижением тем- пературы
материала деформации по своему характеру прибли- жаются к
упругопластическим.
Например, у битума при понижении температуры уменьша- ется
пластичность, при отрицательных температурах он разру- шается как
хрупкий материал. То же характерно для стали.
Поэтому более правильно для большинства материалов го- ворить о
пластическом и хрупком состояниях.